Historia de la Mecánica de Fluidos

República Bolivariana de Venezuela

Universidad Católica Andrés Bello - Extensión Guayana

Facultad de Ingeniería - Escuela de Ingeniería Civil

Cátedra: Mecánica de Fluidos I

Integrantes:

González, Brianner

Pino, Sebastian

Solórzano, John

Historia de la Mecánica de Fluidos

La Mecánica de Fluidos es la rama de la física y la sub-rama de la mecánica que estudia la dinámica y la cinemática de los fluidos ante la acción de fuerzas aplicadas. Se puede afirmar que los conocimientos de la Mecánica de Fluidos son científicos, porque conforman teorías corroboradas por la experimentación. Dentro de la Mecánica de Fluidos existen subdivisiones según el fluido, sea un gas como la Dinámica de los gases o sea un líquido como la Hidromecánica, la Hidráulica y la Hidrostática.

Digamos que la historia de la Mecánica de Fluidos es paralela a la historia de la civilización. Esto ha ocurrido así debido a la gran importancia que tienen algunos fluidos en el desarrollo de la vida humana como lo es el agua.

Se entiende que desde el comienzo de la civilización existe la mecánica de los fluidos pero; desde que surgió la era cristiana y la caída del imperio romano se detuvieron los avances en la mecánica de fluidos, se podría decir que esta fue una época de adormecimiento científico, es decir, todos los trabajos de la época fueron abandonados por mucho tiempo debido  al constate ataque de pueblos bávaros del norte europeo, estos conquistadores nuevos no conocían de leyes , de ciencia y de ninguno de estos temas civilizados, incluso los bávaros destruyeron bibliotecas enteras retrasando las investigaciones de la época.

Leonardo da Vinci hizo notables contribuciones a diferentes áreas de la ciencia, pero especialmente a la hidráulica. Fue el primero en realizar un estudio científico sobre la circulación del aire alrededor de la tierra, es decir, el inicio de la meteorología.

Envangelista Torricelli vivió en Italia entre 1608 y 1647, este formuló la ecuación para la velocidad promedio de un chorro. Después de esto aparecieron investigadores como Otto von Guericke (1602-1686), que fue famoso por sus experimentos como el de Hemisferios de Magdeburgo, que probaron que la atmósfera ejercía fuerzas significativas, el resultado de sus experimentos dieron origen a la Neumática. El mismísimo y reconocido Blaise Pascal (1623-1662) que fue el autor de la Ley Pascal e Issac Newton quien nació y vivió en Gran Bretaña entre los años 1642 y 1727. Newton fue uno de los que más aportes hizo a la mecánica de fluidos, tales como Ley de Viscosidad Dinámica y la relación tensión interna de un fluido igual al coeficiente por gradiente de velocidad; esta ley le da el nombre de newtonianos a los fluidos que cumplen con estas características tales como el agua y gases como el aire.

Luego de Newton se puede seguir con Daniel Bernoulli, quien escribió el primer libro de Mecánica de Fluidos y aportó el Teorema de Bernoulli. Leonardo Euler (1707-1783), es considerado otro de los grandes contribuidores de la Mecánica de Fluidos, el gran arquitecto de la Matemática actual y del modelo matemático de la dinámica de fluidos para fluidos ideales; el único error que cometió fue no considerar el efecto de la viscosidad en dichos modelos matemáticos.

Luis Cauchy (1789-1857), su contribución más importante para la Mecánica de Fluidos es su desarrollo para expresar el estado de tensiones en un medio continuo. Jose Luis de Lagrange (1736-1813), fue otro de los grandes talentos con contribuciones a la mecánica de fluidos, como por ejemplo, la ecuación que hoy en día se conoce como de Bernoulli, en realidad es la integral que realizó Lagrange de la ecuación de cantidad de movimiento presentada por Euler para un fluido sin viscosidad. . Se puede luego citar a Jean D’Alembert (1717-1783), autor de la famosa paradoja de D’Alembert. Dicha paradoja hace referencia a la discrepancia que encontraba D’Alembert de la fuerza de un flujo de un fluido ideal sobre un cilindro, con lo que él observaba en los experimentos. Más adelante se puede hablar de Venturi (1746-1822), quien estudió la salida de líquidos por agujeros y boquillas. Más reciente se puede mencionar a Poiseuille (1799-1869) quien aportó la ecuación de resistencia en capilares y a Claude Navier (1785-1836), quien presentó las ecuaciones conocidas como Navier-Stoke; Navier al presentar esas ecuaciones, consideradas una de las mayores contribuciones a la ciencia, llamó la atención en su presentación, ya que, expresó que quizá las mismas no fuesen nada nuevo, porque en realidad usaba el concepto propuesto por Newton para tratar los efectos de la viscosidad.

Tiempo después Jorge Stock (1819-1903), llegó a las mismas ecuaciones que Navier pero a través de otro método y camino diferente. Stokes realizó la hipótesis de las sustancias que hoy en día se modelan con las ecuaciones de Navier-Stokes.

Basados en el modelo de fluido ideal de Roberto Boyle (1662), físicos y matemáticos desarrollaron la rama de Mecánica de Fluidos denominada Hidrodinámica Clásica. Los aportes de Leonardo Euler pueden ser considerados en esa dirección,  pero para nada debe ser tomado eso como un desmerecimiento de los mismos, ya que fueron de los más importantes. Sin embargo, como fue comentado antes, el error cometido por Euler fue despreciar los efectos de la viscosidad, es decir, de la fricción interna del fluido, quizá influenciado por el modelo de fluido ideal. En particular la Hidrodinámica Clásica no era considerada de uso práctico por los ingenieros de entonces, a no ser incorporándole correcciones a través de factores. Por lo tanto todos los conocimientos desarrollados hasta entonces a través de los siglos, conformaban la rama de la Mecánica de Fluidos denominada Hidráulica. Esta englobó todos los conocimientos hasta ahí desarrollados en el manejo del agua en canales, ríos, sistemas de irrigación, entre otros, y en la medida que el desarrollo tecnológico exigía diseñar sistemas de conducción de fluidos y otros.

 La Hidráulica fue quien ocupó esos espacios, sin embargo aun cuando sus fórmulas permitían diseñar, sus ecuaciones o modelos matemáticos, no conseguían explicar ciertos principios del movimiento de los fluidos. En contraste, mientras con la Hidrodinámica Clásica se conseguían explicar aspectos fundamentales, la misma no podía ser usada para el cálculo en ingeniería, a no ser usando coeficientes de corrección. La más famosa de estas diferencias quedó registrada en la historia con el nombre de Paradoja de D’Alembert, como fue comentado anteriormente. Es decir cuando D’Alembert trataba de verificar sus cálculos experimentando con el flujo de aire sobre un cilindro, observaba que existía en realidad una fuerza de arrastre sobre el mismo, resultando para él en una paradoja que fue aclarada recién un siglo más tarde.

Es decir, más que dos ramas, existía una ruptura en la Mecánica de Fluidos. La Hidráulica con resultados prácticos pero con falencias en los fundamentos y la Hidrodinámica Clásica,  explicando aspectos fundamentales pero fallando en los cálculos prácticos.

Quizá un poco a destiempo, dentro de la Mecánica de Fluidos en particular también se vivió la reconsideración de la importancia de la fricción interna de los fluidos en movimiento, es decir, la importancia de la viscosidad aun para los gases como el aire. La reconsideración que las ecuaciones propuestas por Euler eran solo válidas para fluidos ideales, sin rozamientos. Esto llevó a una convergencia de la Hidrodinámica Clásica con la Hidráulica, siendo posible de ahí en más, explicar el origen de los coeficientes que se usaban en los cálculos. Algunos de los aportes notables en esta Nueva Alianza en los fluidos, fueron la teoría de la capa limite desarrollada por Prandtl (1905) y los realizados por Reynolds (1899) en Gran Bretaña, quien estudió en forma sistemática la importancia de las fuerzas viscosas en comparación con las de inercia en tuberías, entre muchas otras cosas.

Bibliografía

•    http://fisicanibasmecanicadefluidos.blogspot.com/
•   https://books.google.co.ve/books?id=F_T0BUqzVhsC&pg=PA18&dq=historia+de+la+mecanica+de+fluidos&hl=es-419&sa=X&redir_esc=y#v=onepage&q=historia%20de%20la%20mecanica%20de%20fluidos&f=false
• http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtual/publicaciones/actualidad/a%C3%B1o2_n15_2002/mecanica_fluidos.htm