En física , un fluido es un líquido , gas u otro material que puede moverse y deformarse ( fluir ) continuamente 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 de corte que se les aplique.
Aunque el término fluido generalmente incluye tanto la fase líquida como la gaseosa, su definición varía según 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 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 amplía para incluir materias fluídicas distintas de líquidos o gases. [4] Un fluido en medicina o biología se refiere a cualquier componente líquido del cuerpo ( fluido corporal ), [5] [6] mientras que "líquido" no se usa en este sentido. A veces, los líquidos que se administran para reponer líquidos , ya sea bebiendo o mediante inyección, también se denominan líquidos [7] (por ejemplo, "beber muchos líquidos"). En hidráulica , fluido es un término que se refiere a líquidos con determinadas propiedades y es más amplio que los aceites (hidráulicos). [8]
Los fluidos presentan propiedades tales como:
Estas propiedades suelen ser función de su incapacidad para soportar un esfuerzo cortante en equilibrio estático . Por el contrario, los sólidos responden al corte con una fuerza restauradora similar a la de un resorte (lo que significa que las deformaciones son reversibles) o requieren una cierta tensión inicial antes de deformarse (ver plasticidad ).
Los sólidos responden con fuerzas restauradoras tanto a los esfuerzos cortantes como a los esfuerzos normales , tanto de compresión como de tracción . Por el contrario, los fluidos ideales sólo responden con fuerzas restauradoras a las tensiones normales, llamadas presión : los fluidos pueden estar sometidos tanto a tensiones de compresión (correspondientes a la presión positiva) como a tensiones de tracción, correspondientes a la presión negativa . 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 provocan la aparición de cavitación .
Tanto los sólidos como los líquidos tienen superficies libres, cuya formación cuesta cierta cantidad de energía libre . En el caso de los sólidos, la cantidad de energía libre para formar una determinada unidad de superficie se llama energía superficial , mientras que para los líquidos la misma cantidad se llama tensión superficial . En respuesta a la tensión superficial, la capacidad de los líquidos para fluir da como resultado un comportamiento diferente al de los sólidos, aunque en equilibrio ambos tienden a minimizar su energía superficial : los líquidos tienden a formar gotas redondeadas , mientras que los sólidos puros tienden a formar cristales . Los gases , al carecer de superficies libres, se difunden libremente .
En un sólido, el esfuerzo cortante es función de la deformación , pero en un fluido, el esfuerzo cortante es 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 se encuentra en movimiento.
Dependiendo de la relación entre el esfuerzo cortante y la tasa de deformación y sus derivadas , los fluidos se pueden caracterizar como uno de los siguientes:
Los fluidos newtonianos siguen la ley de viscosidad de Newton y pueden denominarse fluidos viscosos .
Los fluidos se pueden clasificar según su compresibilidad:
Los fluidos newtonianos e incompresibles en realidad no existen, pero se supone que lo son para su asentamiento teórico. Los fluidos virtuales que ignoran por completo los efectos de la viscosidad y la compresibilidad se denominan fluidos perfectos .
En la hidráulica, el fluido es un líquido (generalmente aceite)