En física , un fluido es un líquido , gas u otro material que puede moverse y deformarse continuamente ( fluir ) bajo una tensión cortante aplicada o una fuerza externa. [1] Tienen un módulo de corte cero o, en términos más simples, son sustancias que no pueden resistir ninguna fuerza cortante que se les aplique.
Aunque el término fluido generalmente incluye tanto la fase líquida como la gaseosa, su definición varía entre las ramas de la ciencia . Las definiciones de sólido también varían y, según el campo, algunas sustancias pueden tener propiedades tanto fluidas como sólidas. [2] Los fluidos no newtonianos como Silly Putty parecen comportarse de manera similar a un sólido cuando se les aplica una fuerza repentina. [3] Las sustancias con una viscosidad muy alta, como la brea, también parecen comportarse como un sólido (ver experimento de caída de brea ). En física de partículas , el concepto se extiende para incluir materias fluídicas distintas de líquidos o gases. [4] Un fluido en medicina o biología se refiere a cualquier constituyente líquido del cuerpo ( fluido corporal ), [5] [6] mientras que "líquido" no se usa en este sentido. A veces, los líquidos que se administran para el reemplazo de líquidos , ya sea bebiendo o por inyección, también se denominan fluidos [7] (por ejemplo, "beber muchos líquidos"). En hidráulica , fluido es un término que se refiere a líquidos con ciertas propiedades y es más amplio que los aceites (hidráulicos). [8]
Los fluidos presentan propiedades como:
Estas propiedades son típicamente una función de su incapacidad para soportar un esfuerzo cortante en equilibrio estático . Por el contrario, los sólidos responden al esfuerzo cortante ya sea con una fuerza restauradora similar a la de un resorte (lo que significa que las deformaciones son reversibles) o requieren un cierto esfuerzo inicial antes de deformarse (ver plasticidad ).
Los sólidos responden con fuerzas restauradoras tanto a las tensiones de corte como a las tensiones normales , tanto de compresión como de tracción . Por el contrario, los fluidos ideales solo responden con fuerzas restauradoras a las tensiones normales, llamadas presión : los fluidos pueden estar sometidos tanto a tensiones de compresión, correspondientes a presiones positivas, como a tensiones de tracción, correspondientes a presiones negativas . Tanto los sólidos como los líquidos tienen resistencias a la tracción, que cuando se exceden en los sólidos crean deformaciones y fracturas irreversibles, y en los líquidos causan la aparición de cavitación .
Tanto los sólidos como los líquidos tienen superficies libres, cuya formación requiere cierta cantidad de energía libre . En el caso de los sólidos, la cantidad de energía libre necesaria para formar una unidad de superficie determinada se denomina energía superficial , mientras que en el caso de los líquidos la misma cantidad se denomina tensión superficial . En respuesta a la tensión superficial, la capacidad de los líquidos para fluir da lugar a un comportamiento diferente al de los sólidos, aunque en equilibrio ambos tienden a minimizar su energía superficial : los líquidos tienden a formar gotitas redondeadas , mientras que los sólidos puros tienden a formar cristales . Los gases , al carecer de superficies libres, se difunden libremente .
En un sólido, la tensión de corte es una función de la deformación , pero en un fluido, la tensión de corte es una función de la velocidad de deformación . Una consecuencia de este comportamiento es la ley de Pascal , que describe el papel de la presión en la caracterización del estado de un fluido.
El comportamiento de los fluidos se puede describir mediante las ecuaciones de Navier-Stokes , un conjunto de ecuaciones diferenciales parciales que se basan en:
El estudio de los fluidos es la mecánica de fluidos , que se subdivide en dinámica de fluidos y estática de fluidos dependiendo de si el fluido está en movimiento.
Dependiendo de la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación y sus derivadas , los fluidos pueden caracterizarse como uno de los siguientes:
Los fluidos newtonianos siguen la ley de viscosidad de Newton y pueden llamarse fluidos viscosos .
Los fluidos pueden clasificarse según su compresibilidad:
Los fluidos newtonianos e incompresibles no existen en realidad, pero se supone que existen para el asentamiento teórico. Los fluidos virtuales que ignoran por completo los efectos de la viscosidad y la compresibilidad se denominan fluidos perfectos .
En hidráulica, el fluido es un líquido (normalmente aceite).