Accesos directos a las distintas zonas del curso

Ir a los contenidos

Ir a menú navegación principal

Ir a menú pie de página

FÍSICA DE FLUIDOS

Curso 2020/2021 Subject code61044052

FÍSICA DE FLUIDOS

SUBJECT NAME
FÍSICA DE FLUIDOS
CODE
61044052
SESSION
2020/2021
DEPARTMENT
FÍSICA MATEMÁTICA Y DE FLUÍDOS
DEGREE IN WHICH IT IS OFFERED
GRADO EN FÍSICA
COURSE
CUARTO CURSO
SEMESTRE  1
OBLIGATORIAS
ECTS
6
HOURS
150.0
LANGUAGES AVAILALBLE
CASTELLANO

PRESENTACIÓN Y CONTEXTUALIZACIÓN

Física de Fluidos es una asignatura de carácter obligatorio dentro de la materia de Mecánica y Ondas del Grado en Física, que se imparte durante el primer semestre del cuarto curso. Tiene asociados 6 créditos ECTS (de 25 horas cada uno) y no tiene prácticas de laboratorio.

La Física de Fluidos estudia el comportamiento a nivel macroscópico del tipo de medios continuos conocidos como fluidos (típicamente líquidos y gases). Al contrario que los sólidos, los fluidos no presentan resistencia a la deformación (no tienen forma definida), sino a la velocidad de deformación. Esto hace que la presencia de cualquier esfuerzo cortante aplicado se traduzca en el movimiento macroscópico de unas regiones de fluido respecto a otras, lo cual distingue a los medios fluidos de los sólidos. Dependiendo de las condiciones en que tiene lugar este movimiento, o flujo, se observan distintos regímenes, cuyo estudio es el objeto fundamental de la Física de Fluidos.

El tipo de sistemas estudiados en Física de Fluidos incluye a los gases y los líquidos habituales, esto hace que la aplicabilidad de esta materia sea muy amplia. En particular la Física de Fluidos es un ingrediente fundamental en áreas como meteorología, medicina o ingeniería. Desde el punto de vista teórico la Física de Fluidos es una de las teorías de campos fundamentales de la física.

La física de fluidos se basa en la aproximación del continuo y en la hipótesis de equilibrio local. Cuando estas aproximaciones son aplicables las variables físicas relevantes del sistema  (presión, velocidad, densidad, etc.) pueden describirse por medio de funciones del espacio y el tiempo, es decir, campos. Las ecuaciones de conservación que describen la evolución de los sistemas fluidos se obtienen formulando en términos de estos campos los principios básicos de conservación habituales en física (conservación de la masa, del momento y de la energía) y tienen la forma de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales.

Concretamente, en este curso aplicaremos los principios fundamentales de conservación (de la masa, momento, energía y especies en el caso de una mezcla) a una partícula fluida para deducir las ecuaciones fundamentales de la Mecánica de Fluidos (ecuaciones de continuidad, de Navier-Stokes y de transferencia de calor y masa, respectivamente). Tras deducir las ecuaciones de conservación, se muestra que pueden formularse en términos de ciertos números adimensionales, definidos como cocientes de las escalas y parámetros características del problema (p. ej. los números de Mach, de Reynolds, de Prandtl, etc.). Se estudia el significado físico de cada uno de estos números y los distintos regímenes de flujo que pueden encontrarse en función de los valores de algunos de ellos (p. ej. flujo compresible o incompresible dependiendo del número de Mach, flujo laminar o turbulento dependiendo del número de Reynolds, etc.). Para ello se analizan las configuraciones de flujo sencillas más representativas de cada caso.

Las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales que gobiernan el comportamiento de los fluidos son matemáticamente tan complicadas que, en la mayoría de los casos, es imposible encontrar soluciones exactas. A esto contribuye especialmente el carácter no lineal de estas ecuaciones y también el número de variables independientes (3 variables espaciales 1 variable temporal). De hecho, las ecuaciones de Navier-Stokes constituyen uno de los problemas abiertos más activos en el campo de las ecuaciones diferenciales en derivadas parciales.

La Física de Fluidos es una de las teorías de campos más fundamentales en física, tiene aplicaciones en multitud de campos, tanto de física teórica como aplicada. Por su propia estructura esta asignatura se apoya en todas las asignaturas de matemáticas estudiadas en el grado. En cuanto a los contenidos físicos esta asignatura se apoya directamente en las asignaturas de mecánica y termodinámica, y sirve de base a otras teorías de campos, como por ejemplo relatividad general.