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Aquae

La atracción del agua, el principio de Bernoulli

Para realizar este experimento necesitaremos: hilo, una pelota de ping-pong y cinta aislante.

Pegamos el hilo a la pelota con la cinta aislante. Con un grifo abierto, acercamos la pelota mientras sujetamos el otro extremo y… ¡la pelota se mantiene en la corriente! ¿Pero, por qué? Lo que ocurre es una variante del principio de Bernoulli. Este establece que la presión lateral del aire en movimiento es menor que la del aire inmóvil que le rodea. Aquí, presión del agua que se mueve a un lado de la bola, es menor que la del aire inmóvil del otro lado. Al intentar alejar la bola del chorro, el aire la empuja hacia atrás de nuevo evitando que se separe.

El principio de Bernoulli

En dinámica de fluidos, el principio de Bernoulli establece que un aumento en la velocidad de un fluido ocurre simultáneamente con una disminución en la presión estática o una disminución en la energía potencial del fluido. El principio lleva el nombre de Daniel Bernoulli, quien lo publicó en su libro Hydrodynamica en 1738. Bernoulli dedujo que la presión disminuye cuando aumenta la velocidad del flujo. Sin embargo fue Leonhard Euler quien derivó la ecuación de Bernoulli en su forma habitual en 1752. El principio solo es aplicable para flujos isentrópicos. Cuando los efectos de procesos irreversibles (como turbulencias) y procesos no adiabáticos (por ejemplo, radiación de calor) son pequeños y pueden despreciarse.

El principio de Bernoulli se puede aplicar a varios tipos de flujo de fluidos. Esto da como resultado varias formas de la ecuación de Bernoulli. Existen diferentes formas de la ecuación de Bernoulli para diferentes tipos de flujo. La forma simple de la ecuación de Bernoulli es válida para flujos incompresibles (por ejemplo, la mayoría de los flujos de líquidos y gases que se mueven a un número de Mach bajo). Se pueden aplicar formas más avanzadas a flujos comprimibles con números de Mach más altos (ver las derivaciones de la ecuación de Bernoulli).

Conservación de la energía

El principio de Bernoulli se puede derivar del principio de conservación de la energía. Esto establece que, en un flujo constante, la suma de todas las formas de energía en un fluido a lo largo de una línea de corriente es la misma en todos los puntos de esa línea de corriente. Esto requiere que la suma de energía cinética, energía potencial y energía interna permanezca constante.

Por lo tanto, un aumento en la velocidad del fluido, lo que implica un aumento en su energía cinética (presión dinámica), ocurre con una disminución en (la suma de) su energía potencial (incluida la presión estática) y la energía interna. Si el fluido sale de un depósito, la suma de todas las formas de energía es la misma en todas las líneas de corriente. Esto es porque en un depósito la energía por unidad de volumen (la suma de la presión y el potencial gravitacional) es la misma en todas partes.

Segunda Ley del Movimiento de Isaac Newton

El principio de Bernoulli también se puede derivar directamente de la Segunda Ley del Movimiento de Isaac Newton. Si un pequeño volumen de fluido fluye horizontalmente desde una región de alta presión a una región de baja presión, entonces hay más presión detrás que adelante. Esto da una fuerza neta sobre el volumen, acelerándolo a lo largo de la línea de corriente.

Las partículas de fluido están sujetas únicamente a la presión y a su propio peso. Si un fluido fluye horizontalmente y a lo largo de una sección de una línea de corriente, donde la velocidad aumenta, puede deberse únicamente a que el fluido en esa sección se ha movido de una región de mayor presión a una región de menor presión; y si su velocidad disminuye, solo puede ser porque se ha movido de una región de menor presión a una región de mayor presión. En consecuencia, dentro de un fluido que fluye horizontalmente, la velocidad más alta ocurre donde la presión es más baja y la velocidad más baja ocurre donde la presión es más alta.