La recuperación del comercio era la
importancia principal en el crecimiento de los pueblos medievales, pero otras
fuerzas también contribuían a este movimiento.
Cambios en
la agricultura tuvo un efecto marcable en el crecimiento de los pueblos. Los
métodos mejorados en las granjas y la tecnología aumentaban la producción de la
comida, mejoraba los estándares de vida y contribuían al aumento en la
población. Al mismo tiempo, los progresos tecnológicos redujeron el número de
personas que trabajaban en estas áreas. Por ejemplo el uso de la potencia del
agua de conducir molinos, inventado antes de los tiempos de Cristo, vino a ser
de uso común en Europa para los tiempos de las cruzadas.
Al
comienzo del siglo XI más tierras se convirtieron en tierras cultivables cuando
los bosques fueron arrasados, se drenaron los pantanos, y muchas tierras fueron
reclamadas inundadas
por el mar. Los lores que trabajaron muchas de estas
tierras salvajes necesitaron trabajadores para cavar las zanjas, construir los
diques, cortar la madera, y desgarrar los troncos de los arboles.
Leonardo Da Vinci (1452-1519)
En 1502
fue nombrado Ingeniero militar por César Borgia. De 1506 a 1508 se dedica al estudio
de los elementos fluidos. Había ideado un barco submarino. Este barco dotado de
ruedas con paletas, debería navegar a 50 millas por hora. Un mecanismo
accionado con las manos pondría en movimiento las paletas que medirían 90 cm.
de largo
Galileo Galilei (1564-1642).
Trató de un líquido-termómetro según galileo con un
tanque cilíndrico, transparente hecho del cristal del boro silicato, que se
llena de un líquido tal como agua , en la cual se contienen varios cuerpos
flotantes, que tiene gravedades volumétricas diferentes y de tal modo
dependiendo de la subida de la temperatura, sube o se
hunde. Además
de esto Galileo estableció un taller para fabricar
instrumentos como brújulas magnéticas, termómetros y telescopios. También llegó
a ser un experto en la construcción de fortificadores militares.
Siglo
XVII
En
Inglaterra las vías acuáticas también sobrellevaron un cambio. Los ríos fueron drenados para hacerlos más
navegables y en 1761 uno de los primeros canales modernos de la época fue
excavado. Construido por el
dique del puente para unir algunas de las minas de carbón de la ciudad de
Manchester, este camino acuático de 7 millas fue tan extenso que el precio del
carbón en Manchester cayó en un 80%. Hacia 1830 Inglaterra tenía una de los
mejores sistemas de vías acuáticas dentro de tierra en el occidente. Así se expandió una manía de “canales” que llegó
hasta Estados Unidos donde el canal Erie fue terminado en 1825.
A partir
de este siglo, los que marcaron un hito en la historia de la mecánica de
Fluidos fueron notables científicos que dedicaron su tiempo y mente en ello, a
continuación algunos de ellos.
Mariotte, Edme (1620-1684)
Construyó
el primer túnel de aire y probó modelos en él.
Pascal, Blaise (1623-1662)
Desarrolló
su propia teoría sobre el vacío y publicó sus experiencias científicas al
respecto, que repetían el experimento de Torricelli, bajo el título de
"nuevos experimentos sobre el vacío". La física le debe sobre todo el
principio que lleva su nombre, en el que se basa la prensa hidráulica.
Principio
de Pascal: Dado un recipiente provisto de varios
tubos laterales y una central con un émbolo, si, una vez colocado el líquido en
su interior se ejerce una fuerza T en el émbolo produciendo una presión P= T/s,
se puede ver como el nivel aumenta en todos los tubos, hasta igualar las
alturas. Esto es lo que establece el principio de Pascal: "La presión ejercida en la
superficie libre de un líquido se transmite íntegramente a todos los puntos de
la masa líquida."
Torricelli, Evangelista (1608-1647)
Inventó el
barómetro de mercurio, con el que demostró la existencia de la presión
atmosférica.
A la vez,
fue el primero que trató de calcular la presión atmosférica, para la que empleó
un tubo de aproximadamente un metro de longitud, cerrado en un extremo, que
llenó de mercurio sin dejar burbujas. Tapó su extremo libre y lo introdujo
-invertido- en un recipiente, que también contenía mercurio. Al destapar el
tubo su columna mercurial descendió hasta 76cm. Lo cual indica que en la
superficie libre de la cubeta actúa a una presión que impide el descenso total
y que ésta es igual que la presión hidrostática de la columna de mercurio de
76cm. Además, la
diferencia entre las
superficies libres de la cubeta y el nivel de la columna
mercurial es la misma aunque la longitud del tubo que la contiene aumente. Tor es una unidad llamada así en
honor a Torricelli. Es la presión ejercida por una columna de 1mm de mercurio.
1Tor = 1mm de Hg de donde se deduce 1atm = 760 Tor
Sir Isaac Newton (1642-1727)
La aceleración es
fundamental en Mecánica de Fluidos, ya que aparece en la segunda ley de Newton. Pero el
mayor aporte de Newton en la mecánica de fluidos obedece a la ecuación que él propuso por primera vez en 1687:
Los fluidos que responden a esta
ecuación se les llaman fluidos
newtonianos.
La viscosidad de un fluido newtoniano es una auténtica
propiedad termodinámica y varía con la temperatura y la presión.
Siglo
XVIII
Mientras
tanto apareció en el medio la innovación de una máquina de vapor. Construido
debido a experimentos aplicados en el siglo XVII, un planchador inglés llamado Thomas
Newcomen inventó una máquina de vapor. Cerca de 1705, las máquinas de Newcomen
fueron bastamente empleadas para bombear hacia fuera agua de las minas.
Este fue
un modelo de los que se le encomendó a James Watt reparar en 1763. Su nueva
máquina fue patentada en 1769, y era 4 veces más eficiente que su
predecesora. Después que Watt encontró una manera de hacer que ésta rotara en
1781, se usó para más usos aparte de bombear agua. En los siguientes siglos los
vapores se convirtieron de uso común en viajes hacia las islas y travesías
costeras cortas.
Con la máquina de vapor de Newcomen, se comienza y explora un
nuevo amanecer tecnológico en la historia humana, es lo que llamamos "La
Revolución Industrial".
D´Alembert, Jean le Rond (1717-1783)
Jean D’Alembert era un
pionero en el estudio de ecuaciones diferenciales e inició su uso en de la
física. Él estudió el equilibrio y el movimiento de líquidos. En 1741 lo
admitieron en la academia de París de ciencia, donde él trabajó para el resto
de su vida. Él era un amigo de Voltaire. En 1744 él aplicó los resultados al
equilibrio y al movimiento de líquidos. Él hizo trabajos importantes en la
fundación de análisis y en 1754 en un artículo de Derecho Diferencial en el
volumen 4 de una enciclopedia sugirió que la teoría límite estaba fuertemente
fundada.
Borda, Jean Charles (1733-1799)
Borda,
matemático
francés y astrónomo náutico. Él trabajó con fluidos mecánicos,
estudió el flujo de fluidos en diversas situaciones tales como naves, artillerías, bombas e instrumentos científicos. Con
su instrumento él midió un arco, un meridiano y fue un impulsor importante de
la fuerza en la introducción del sistema decimal. Borda hizo un buen uso de cálculo
y del experimento de unificar áreas de la física.
Bernoulli, Daniel (1700-1782)
Relaciona
las presiones, alturas y velocidades de 2 partículas de un líquido
incompresible y carente de viscosidad, situadas en distintos puntos de una
conducción. La
expresión:
p+d*g*h+½d*v2 = constante
Constituye el teorema de Bernoulli,
que se enuncia de la siguiente manera: «la suma de la presión estática, p (debida
al movimiento aleatorio de las partículas), de la presión dinámica, ½ d* v2,
y de la presión hidrostática, d*g*h (debida al propio peso del líquido),
permanece constante a lo largo del líquido en movimiento.»
Formuló la
Ley homónima que establece la relación entre la altura que alcanza un líquido
cuando asciende por el interior de un tubo capilar y el diámetro de este mismo
tubo. Al introducir dentro de un líquido un tubo de vidrio de radio pequeño se
observa que el líquido es de los que mojan el recipiente, y que sufre un
descenso en el caso de los líquidos que no mojan a la vasija. Los tubos que permiten la
observación de estos fenómenos se denominan tubos capilares, aludiendo dicho
nombre a su pequeño diámetro, que puede ser del orden de un cabello. Estas condiciones permiten
enunciar la ley de Jurín: «la altura alcanzada por un líquido en un tubo
capilar es proporcional a la tensión superficial e inversamente proporcional al
radio del tubo y a la densidad de líquido».
Euler, Leonard (1707-1783).
Cuando él
introdujo el análisis de infinitos, dio el primer tratamiento analítico
completo del álgebra,
de la teoría de ecuaciones, de la trigonometría, y de la geometría analítica.
Él también trabajó con cálculo y sus variaciones, teoría del número, y números
imaginarios.
Euler dio
una descripción de una vista posible para analizar los problemas en mecánica.
Esta descripción es apropiada para la Mecánica de fluidos y trata del campo del
flujo y se denomina método descriptivo euleriano. En el método euleriano
calculamos el campo de presiones p(x, y, z, t) del flujo, y no los cambios de
presión p (t) que experimenta una partícula al moverse.
Pitot, Henri (1695-1771)
Construyó
un dispositivo de doble tubo para indicar la velocidad del agua a través de una
cabeza diferencial.
Chezy, Antoine (1718-1798)
Formuló
parámetros de similitud para predecir las características de flujos de un canal
tomadas de las medidas de otro canal.
Venturi, Giovanni Batista (1746-1822)
Físico
italiano, que se distinguió por sus estudios sobre hidráulica, los sonidos
audibles y el color. El efecto Venturi se basa en la aplicación del teorema de
Bernoulli y la ecuación de continuidad
LaGrange, Joseph-Louis (1736-1813)
El aporte
de LaGrange a la
mecánica de fluidos fue el método que sigue a las partículas en su movimiento,
se denomina a esta ecuación descripción lagrangiana. Esta ecuación es más apropiada para la
mecánica de sólidos. Sin embargo, los análisis numéricos de algunos flujos con
límites muy marcados, como el movimiento de gotitas aisladas, se llevan a cabo
mejor en coordenadas lagrangianas.
Jurín, James
(1684-1750)
Médico,
fisiológico y matemático británico que formuló la Ley homónima que establece la
relación entre la altura que alcanza un líquido cuando asciende por el interior
de un tubo capilar y
el diámetro de este mismo tubo.
Ludwig Hagen, Gotthilf Heinrich (1797-1884)
Condujo
estudios originales sobre la resistencia y la transición entre flujos laminares
y turbulentos.
Siglo
XIX
Reynolds, Osborne (1842-1912)
Reynolds
mediante diversas experiencias, demostró en 1883, que la velocidad crítica es
directamente proporcional a la viscosidad “µ”del
fluido, e inversamente proporcional a su densidad "d" y al diámetro
"f" de la tubería, de modo que Vk viene dada por:
Vk= 2400 (µ / d*f)
Que al
multiplicar y dividir el segundo miembro por la velocidad "v" del
fluido queda la forma: Vk= 2400 (µ *v/d*v*f)
El
cociente (d*v*f/ µ) recibe el
nombre de "número de Reynolds" y se representa por R. R= (d*v*f/ µ) (Un fluido
viscoso, al circular por una tubería, puede hacerlo un régimen laminar o
turbulenta). El número de Reynolds es siempre importante haya o no superficie
libre, su efecto puede despreciarse sólo fuera de las regiones donde hay
gradientes altos de velocidad.
Weisbach, Julius (1806-1871)
Incorporó
lo hidráulico en tratados de ingeniería mecánica basado en experimentos
originales; notables para patrones de flujo, coeficientes adimensionales,
presas y ecuaciones de resistencia.
Stokes, George Gabriel (1819-1903)
George
estableció la ciencia de la hidrodinámica con su ley de la viscosidad. Stokes publicó un ensayo sobre
movimiento incompresible del líquido en 1842-43 y líquido en fricción en
movimiento y equilibrio y movimiento elástico sólido en 1845.
Lord Rayleigh (John
William Strutt)
(1842-1919)
Rayleigh
descubrió el argón en 1895, el trabajo del gas inerte que le ganó un premio
Nobel, en 1904.
Poiseuille, Jean Louis (1799-1869)
Desarrolló
pruebas meticuloso en la resistencia de flujos a través de tubos capilares.
Manning, Robert (1816-1897)
Propuso
varias fórmulas para resistencia de canales abiertos.
Claude Louis Marie Henri Navier (1785-1836)
Navier
hizo contribuciones a las series de Fourier Y a su aplicación. Él dio las
ecuaciones bien conocidas de Navier-Stokes para un líquido incompresible en
1821. En 1822 él dio las ecuaciones para los líquidos viscosos.
Siglo XX
El hombre
explora el espacio en este siglo. Muy relacionado al siglo XX los avances en la
tecnología de aviación y tecnología militar tenía como fin la
exploración del espacio. El área
más allá de la atmósfera de la tierra, la cual se extiende alrededor de cientos
de millas. Al
principio de siglo, los científicos comenzaron trabajos intensivos sobre los
cohetes proyectiles dirigidos por la presión de gases en combustión.
Robert H.
Goddard, americano, pionero en el campo, discutió los principios del uso de
cohetes para vuelos espaciales en un ensayo científico de 1919, y despegó el
primer cohete de combustible líquido en 1926. Alemania y la Unión Soviética
fueron los países que desarrollaron esta nueva tendencia del siglo XX, y luego
E.U.
Ludwig Prandtl (1875-1953)
El
concepto introducido de la capa del límite y se considera generalmente ser el
padre de mecánicos fluidos actuales En 1901 él
se hizo profesor de mecánica en la universidad de Hannover, en donde él
continuó sus esfuerzos anteriores de proporcionar a una base teórica sana para
la mecánica de fluidos En 1904 Prandtl concibió la idea
de la capa del límite, que colinda la superficie de un cuerpo que se mueve a
través de un líquido. Es quizás el descubrimiento más grande de la historia de la mecánica de fluidos. Mostró que
los efectos fricciónales en un
líquido levemente viscoso están confinados a un cerca de capa delgada a la
superficie del cuerpo; el resto del flujo se puede considerar no viscoso. La
idea condujo a una manera racional de simplificar las ecuaciones de movimientos
en las diversas regiones del campo del flujo.
Weber, Moritz (1871-1951)
Enfatizó
el uso del principio de similitud en el estudio del flujo de fluidos y formuló
parámetros de similitud capilar.
