Mecánica de sólidos y de fluidos – Elasticidad

1. Propiedades de
sólidos y fluidos

Los estados de la materia pueden dividirse en
sólidos y fluidos. Los sólidos tienden a
comportarse rígidamente y a mantener su forma.

Los fluidos no mantienen su forma sino que fluyen en la
práctica (corren, manan, brotan, la fluidez es la poca
resistencia a la deformación por
deslizamiento).

Entre los fluidos debemos incluir tanto los
LÍQUIDOS, que bajo la acción de la gravedad fluyen
hasta ocupar las regiones más bajas de los recipientes que
los contienen, conservando su volumen (tienen entonces un volumen
definido pero adoptan la forma del recipiente que los contiene),
como los GASES que se expanden hasta llenar por completo el
recipiente que los contiene, cualquiera sea su forma.

Materia = Sólidos /
Fluidos

Fluidos = Líquidos /
Gases

Los líquidos son poco compresibles (poca
variación de volúmenes por acción de fuerzas
o presiones exteriores) mientras que los gases son
fácilmente compresibles.

Como los gases son materia (al igual que los
líquidos y sólidos) poseen peso, pero el peso
específico de los gases en su estado líquido o
sólido es siempre muy inferior al de los
líquidos.

La diferencia entre los sólidos y líquidos
no es excesiva: aunque el hielo se considera como sólido,
el flujo de los glaciares es un hecho conocido.

También los vidrios e incluso las rocas,
sometidas a grandes presiones, tienden a fluir ligeramente a lo
largo de periodos prolongados. De hecho el vidrio es un fluido de
extraordinaria densidad.

1.1 peso específico
y densidad.

Se llama peso específicode un cuerpo formado por una
sustancia, a la relación del peso P del cuerpo
sobre el volumen V del mismo.

El peso específico depende de la latitud del
lugar ya que y la
aceleración de la gravedad g varía con la
latitud.

Las unidades peso específico en los distintos
sistemas de unidades son:

Se suele usar el peso específico
relativo que es el cociente entre el peso específico
del cuerpo y el peso específico de una sustancia que se
toma como elemento de referencia. Se suele usar como referencia
el agua a 4ºC de temperatura. (los volúmenes
considerados son iguales)

D = peso específico relativo = = = D
=
peso específico relativo

Así que el peso específico relativo se
puede definir como el cociente entre el peso P del
cuerpo y el peso P" de igual volumen de agua a 4ºC
de temperatura. El peso específico relativo es un
número abstracto y no depende de la latitud del
lugar.

Se llama DENSIDAD o MASA ESPECIFICA de un cuerpo
homogéneo al cociente de la masa m de ese cuerpo
y su volumen V.

O sea que la densidad es la masa por la unidad de
volumen.

Sus unidades son:

Como UTM = seg2 entonces en el Sistema. Técnico.

La Densidad relativa es el cociente entre la densidad
del cuerpo y la densidad de otro tomado como comparación;
a veces la llaman DENSIDAD ESPECIFICA cuando se compara con el
agua.

Dr =

La densidad específica es también un
número adimensional.

1.2 relación
entre peso específico y densidad.

Reemplazando en la definición de peso
específico el peso por (m.g) queda:

=
= = =

Comparando la densidad
relativa Dr y el peso específico relativo D, se
obtiene

Dr =
= = = ==D

Entonces, la densidad relativa es igual al peso
específico relativo. Como originalmente la unidad de masa
(el gramo masa en el CGS) fue elegida para que fuera igual a la
masa de 1 cm3 de agua, la densidad en las unidades del
sistema CGS, es 1g/cm3; convirtiendo estas unidades a Kg/m3 (MKS)
tenemos:

(agua =

El valor de (agua = 1000 kg/m3 = 103 kg/m3 es el
valor máximo (que se obtiene a
4ºC)

Como l litro = 103 cm3 y también 1m3 = 10003. cm3
= 106 cm3 = 103 . 103 cm3

1 litro = 1m3/103 La densidad de un litro resulta
ser

La densidad del agua es de 1Kg masa
por litro de agua.

Cuando la densidad de un objeto es mayor que la
del agua, se hundirá en ella; cuando su densidad
es menor, flotará. Eso es porque si la densidad
es mayor que la de
igual volumen de agua significa que la masa m del cuerpo
es mayor que la de igual volumen de agua y mayor masa significa
mayor peso y por lo tanto el peso del cuerpo
superará al peso del agua que desplaza y, con la
resultante hacia abajo, se hundirá De hecho, para los
objetos que flotan, la fracción de volumen del objeto
que se sumerge en el líquido, es igual al cociente
entre la densidad del objeto y la densidad del líquido.
Por ejemplo, la densidad del hielo es igual a 0,92 g/cm3
entonces:

El hielo flota en el agua con el 92% de su volumen
sumergido. Cuando un cuerpo flota su peso y la
reacción del agua desplazada están en
equilibrio.

Para los cuerpos que se hunden en el agua, la densidad
específica varía entre 1 y 22,5 aproximadamente
(corresponde al elemento más denso, el Osmio).

Cuando los sólidos y los líquidos se ven
sometidos a un incremento de la presión exterior,
se contraen ligeramente y, cuando están sometidos
a un incremento de la temperatura, se dilatan
en alguna medida, siempre pequeña, por lo que se puede
decir que su densidad es prácticamente
independiente de la presión y de la temperatura
(en la mayoría de los casos). En cambio, la densidad
de los gases depende fuertemente de la
presión y de la temperatura. Por lo tanto, hay que
especificar ambas cuando se dan valores de densidades de
gases.

Las densidades de los gases son muchos menores que la
delos líquidos; así por ejemplo; la densidad del
agua es 800 veces mayor que la del aire en condiciones
normales.

Tension y deformacion en los cuerpos solidos Si
un objeto sólido se encuentra en equilibrio, pero
sujeto a fuerzas que tienden a alargarlo, deformarlo o
comprimirlo, la forma del objeto varía; si
el objeto recupera su forma original después de suprimir
las fuerzas, se dice que le objeto es elástico (e>0);
la mayoría de los cuerpos tienen un comportamiento
elástico al verse sometidos a la acción de fuerzas,
con tal de que éstas no superen un cierto valor llamado
LIMITE ELÁSTICO.

1.4 clasificación de los sólidos.
Podemos clasificar a los materiales en:

1) Perfectamente Elásticos: son aquellos
que recuperan exactamente su forma original cuando al suprimir la
fuerza.

2) Intermedios: son aquellos que recuperan
parcialmente la forma al suprimir la fuerza.

3) Perfectamente Plásticos: son aquellos
que no recuperan en absoluto la forma original al suprimir la
fuerza y quedan totalmente deformado. Todos los cuerpos
pueden ser considerados como perfectamente
elásticos hasta el límite elástico,
pero después de ese límite no.

En los perfectamente plásticos el límite
elástico es cero.

2. Esfuerzos y
deformación

2.1 tracción y
compresión.

Si tenemos una barra y le colocamos en los extremos dos
fuerzas de la misma magnitud y dirección pero de sentidos
contrarios, la barra queda sometida a un ESFUERZO DE
TRACCIÓN y tiende a alargarse.

Figura 1 Si dividimos la intensidad o
módulo de la fuerza F por el área de la
sección transversal A, obtenemos la tensión de
tracción a la que está sometida la
barra:

Las unidades de la tensión (
serán:

Si las fuerzas aplicadas, en vez de separarse, se
encuentran, teniendo la misma dirección, se llama ESFUERZO
DE COMPRESIÓN y la tensión o presión en la
barra será:

Presión =

Figura 2

La unidad de Presión en el Sistema Internacional
(SI) es el Pascal :

Presión hidrostática. Los fluidos
difieren de los sólidos en que son incapaces de
soportar tensiones de corte; así pues, se deforman
adoptando la forma del recipiente cualquiera que éste
sea.

Cuando se sumerge un cuerpo en un fluido como el agua,
el fluido ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del
cuerpo en cada punto de la superficie; si el cuerpo es lo
suficientemente pequeño como para que podamos
despreciar las diferencias de profundidad en el fluido,
la fuerza por unidad de área ejercida por el
fluido es la misma en cada punto de la superficie del
sólido. Esa fuerza por unidad de área se denomina
PRESIÓN (P) del fluido. La unidad de presión es el
NEWTON / m2 que se denomina PASCAL (Pa).

En el sistema ingles la presión se expresa en
libras/pulgada2.

Otra unidad común es la atmósfera (atm)
que es aproximadamente, la presión del aire a nivel del
mar.

Actualmente la atmósfera se define como
101,325 Kilo pascales, que es aproximadamente igual a
14,7 lbr/pulg2.

1 atm = 101325 pascales (pa) = 101325
() =

2.1.1 Deformaciones.

Deformación es la variación de forma de un
cuerpo que esta sometido a esfuerzos. A cada tipo de esfuerzos le
corresponde un tipo de deformación:

• ESFUERZO DE TRACCIÓN alarga la barra
  original.

• ESFUERZO DE COMPRESIÓN acorta la barra
  original.

• ESFUERZO DE CORTE modifica la forma, desplazando o
  rotando una sección con respecto a otra.

2.1.1.1 deformación unitaria.

Se define la deformación unitaria como el cambio
de longitud producida por un esfuerzo referida a la longitud
original. Es un número adimensional.

• a) Por tracción:

.

• Deformación unitaria = =

• Deformación total ( es positiva)
• La deformación unitaria por tracción es
  positiva.

Figura 3

2.1.1.2 Módulo de elasticidad (e) o
módulo elástico de young. El módulo de
Young se define como el cociente entre la tensión de
deformación y la deformación unitaria. (más
adelante se desarrolla el tema)

E es positivo para la tracción y
negativo para la compresión.

2.2 Esfuerzo de corte.

Imaginemos un cubo de algún material y coloquemos
dos fuerzas de igual intensidad, paralelas y de sentidos
contrarios en dos caras opuestas.

El cubo queda sometido a un ESFUERZO DE CORTE O
CIZALLADURA

.

La tensión de corte o cizalladura ( es
el cociente entre la intensidad o módulo de la fuerza
F y el área de la sección transversal
A.

En este tipo de deformación interesa el cambio de
forma en lugar del cambio de dimensiones. En este caso se define
la deformación unitaria por corte o
cizalladura.

2.2.1 Módulo de corte.

Deformación Unitaria de Volumen (por
presión Hidroestática): es la variación
total del volumen

dividida el volumen original.

=DV/Vo.
.

2.3.1 Módulo de compresibilidad. Se define
módulo compresibilidad al cociente entre la
variación de presión y la deformación
unitaria de volumen.

El signo (-) de este módulo se debe a que un
aumento de presión (+), produce una disminución de
volumen y viceversa.

El coeficiente de compresibilidad es la inversa del
módulo de compresibilidad:

3.
Características principales de la curva tensión
– deformación

Figura
7

Si tenemos una barra de acero ala que se le aplica un a
un esfuerzo de tracción, representando en las
abscisas las deformaciones y en las ordenadas
las tensiones, obtenemos una curva que es
característica de cada material.

En el tramo OA del gráfico representamos
la zona donde las deformaciones unitarias son lineales con los
esfuerzos: en esa zona la elasticidad del material es constante
(igual pendiente) significa que a incrementos iguales de carga se
producen incrementos iguales de deformación. Si con una
tensiónel
material tuvo una deformación unitaria OA", el
punto en el gráfico es A.

Si se suelta la barra cuando llegue al punto A
(o antes), el cuerpo, que se había estirado (OA"
o menos) recobra su longitud primitiva, comportándose como
un material perfectamente elástico.

La sección OA del gráfico
varía en extensión e inclinación para cada
material y al punto A lo llamamos LIMITE
ELÁSTICO. Nota: puede ser que, aún sobrepasando
el punto A, que verdaderamente lo que marca es el fin del
periodo" lineal" entre esfuerzos y deformaciones, para una
pequeña deformación adicional, el cuerpo aún
puede volver totalmente a su longitud original. Si
sobrepasa el punto A hasta llegar al B y soltamos la barra,
ésta quedará con una deformación permanente,
ya que en el tramo AB se produce lo que se conoce como FLUENCIA,
donde se efectuará un reacomodamiento interno molecular
del material que posteriormente, a mayores cargas sufre
deformaciones desproporcionales y se rompa.

3.1. Modulo de Young – Ley de
Hooke.

3.2 Coeficiente de Poissón.

Se define el COEFICIENTE DE POISSÓN ( como el
cociente entre la deformación unitaria transversal y la
deformación unitaria longitudinal.

4.
Torsion

Figura 12

Se produce torsión en todo eje que transmite
potencia. Por ejemplo, el árbol de propulsión de un
automóvil: el motor produce el par torsor y en el
otro extremo del árbol, está la
resistencia.

Por lo tanto el ángulo de torsión es
proporcional al par torsor y a la longitud de la barra y es
inversamente proporcional al módulo de rigidez del
material de la barra y a la cuarta potencia del
radio.

5. Presión
en un fluido compresible y modulo de
compresibilidad

Así como conviene para los fluidos sustituir los
conceptos de peso y masa por los de peso
específico y densidad también
conviene sustituir el concepto de fuerza por el de
presión, dado que, al no tener los fluidos forma
propia, se considera que la fuerza aplicada sobre ellos se
distribuye uniformemente sobre la superficie del fluido.
Ya hemos dicho que si se sumerge un cuerpo en el agua, el fluido
ejerce una fuerza perpendicular a la superficie del cuerpo en
cada punto de la superficie, esta fuerza es la misma para cada
unidad de superficie si el cuerpo es lo suficientemente
pequeño como para poder despreciar las diferencias de
profundidad en el fluido.

Recordar que: Gn = 106 N = giganewton Los
líquidos y los sólidos tienen valores
pequeños de K; no así los gases que tienen
valores de K muy grandes y dependen fuertemente de la
temperatura y de la presión.

5.1 Teorema fundamental de la
hidrostática.

Como es fácilmente observable en la
práctica, la presión del líquido en un lago
u océano aumenta cuando aumenta la profundidad. De forma
semejante la presión de la atmósfera disminuye
cuando aumenta la altitud (cabinas de aviones
presurizadas).

En el caso de un líquido como el agua, que tiene
una densidad constante en todo su volumen, la
presión aumenta linealmente con la profundidad.(
lo mismo pasa para todo otro líquido que tenga densidad
constante en todo su volumen)

Podemos ver esto en forma sencilla considerando una
columna del líquido de altura h y de
sección recta A que tiene un volumen elemental V
, según muestra la figura 12.

La presión en la parte inferior de la columna
debe ser mayor que la ejercida en la parte superior puesto que
debe soportar el peso propio de la columna.

La masa de la columna de líquido es el producto
del volumen de la columna de líquido por su
densidad

Principio de Pascal: "La presión
aplicada a un líquido encerrado dentro de un recipiente se
transmite por igual a todos los puntos del líquido y a las
propias paredes del mismo". (Blas Pascal : 1623-1662) Una
aplicación común del principio de Pascal es la
prensa hidráulica. Cuando se aplica una fuerza F1
al émbolo más pequeño, la presión en
el líquido va aumentando en F1/A1; esa
presión se transmite por el líquido y la fuerza
ejercida por éste sobre el émbolo grande resulta
ser el resultado de ese incremento de presión multiplicada
por el área A2:

Figura 13

Si A2 es >>A1 puede utilizarse una
pequeña F1 para elevar un peso
considerable.

Otra aplicación es la siguiente: la
presión solo depende de la profundidad; es decir; que para
distintos recipientes con la misma altura, la presión es
la misma sin importar la forma del recipiente.

Figura 14

Pareciera que la profundidad en el recipiente mayor es
más elevada y que en consecuencia, el agua deberá
alcanzar mayor altura en el recipiente pequeño. Este se
conoce con el nombre de PARADOJA
HIDROSTÁTICA.

Figura 15

Aunque el agua contenida en el recipiente mayor pesa
más que el agua contenida en el recipiente más
pequeño, parte del peso es soportado por las propias
paredes del recipiente.

Figura 16

Si coloco un peso en A de manera que un
tapón se ajuste en B; si coloco sucesivamente
vasos de distintas formas pero con boquillas que ajustan al
tapón, se observa que el tapón salta al alcanzar el
líquido en todos los vasos, la misma altura.

Por eso los baldes para agua tienen la forma de tronco
de cono invertido, la presión en el fondo es equivalente a
la Figura 15 que tendría de ser cilíndrico, pero
contiene mayor cantidad de líquido.

La presión que ejerce los líquidos en
equilibrio sobre las paredes del recipiente son normales
(perpendiculares) a las mismas.

Figura 17

5.1.2 Aplicación del principio de pascal:
manómetro de tubo abierto.

Para medir presiones desconocidas podemos utilizar el
hecho de que la diferencia de presión es proporcional
a la profundidad.

La parte superior del tubo se encuentra abierta y por lo
tanto, a la presión atmosférica (Pat). El
otro extremo del tubo se encuentra a la presión P
que se quiere medir.

Aplicando el teorema fundamental de la
hidrostática queda:

Presion atmosférica:

Para medirla se usa un barómetro de mercurio. La
parte superior está cerrada y sometida al vacío
(P=0). En el otro extremo está abierto y a presión
atmosférica.

La presión viene dada por: donde es la del
mercurio.

5.2 Flotación y principio de
Arquímedes

Si pesamos un objeto sumergido en agua
suspendiéndolo de un dinamómetro, se obtiene un
resultado inferior al que ofrece el mismo objeto pesado en el
aire; evidentemente el agua ejerce una fuerza hacia arriba
que se opone al peso del cuerpo. Cuanto más liviano
sea el objeto cuyo peso se mide, (por ejemplo, corcho) más
evidente es la fuerza que ejerce el agua.(esto se comprueba
experimentalmente).

Figura 19

Cuando el corcho está sumergido completamente,
experimenta una fuerza hacia arriba ejercida por el agua
(originada en la presión del agua) que es mayor
que la fuerza ejercida por el corcho hacia abajo (fuerza
originada en el peso del corcho), de manera que el corcho acelera
hacia arriba, hacia la superficie, donde flota,
parcialmente sumergido.

La fuerza ejercida por un fluido sobre un cuerpo
sumergido se llama fuerza ascensional y depende de la
densidad del fluido y del volumen del cuerpo
sumergido , pero no de su composición y forma. Esa fuerza
ascensional es igual en magnitud al peso del fluido desplazado
por el cuerpo.

Principio de Arquímedes: "Todo cuerpo
parcial o totalmente sumergido experimenta un empuje ascensional
igual al peso del fluido desplazado". Si consideramos el
principio impuesto por el Teorema General de la
Hidrostática:

si multiplicamos por la superficie S, tenemos
fuerzas:

La fuerza abajo vendría a ser el peso del cuerpo
en el aire, la fuerza arriba vendría a ser el peso del
cuerpo que acusa el resorte y el peso del agua desplazada es el
módulo de la fuerza ascensional (B) Como la densidad
específica de un cuerpo se obtiene cuando se compara la
densidad del mismo con la densidad del agua tenemos:

De
acuerdo al Principio de Arquímedes, el peso de un
mismo volumen de agua es igual a la fuerza
ascensional sobre el cuerpo cuando éste está
parcial o totalmente sumergido; por consiguiente es igual a
la perdida de peso del cuerpo cuando se pesa sumergido en
agua.

Densidad específica del cuerpo

Cuéntese que el rey HIERON II tirano de Siracusa
(Sicilia, Italia) que vivió entre 265 y 215 AC le
pidió a Arquímedes (que era un matemático y
filósofo griego que vivió entre el 287 y 212 AC)
que le averiguara si la corona fabricada para él era toda
de oro y eso sin provocarle el menor daño a la
misma.

Parece ser que cuando Arquímedes encontró
la solución al problema se estaba bañando y
salió a la calle desnudo y gritando EUREKA! (lo
encontré). La solución fue comparar la densidad
específica de la corona con la densidad específica
del material oro y así saber si la primera era de oro puro
(si las densidades eran iguales era de oro puro, obviamente)
También podríamos deducir el Principio de
Arquímedes a partir de las leyes de Newton aunque
éste las enunció 1900 años
después.

Observando que, cuando un fluido está en
equilibrio estático (una porción del
fluido), la fuerza neta que actúa sobre ella debe ser
nula.

El objeto sumergido se ha reemplazado por un volumen
igual de fluído. La fuerza ascensional es y es la misma que actuaba
sobre el cuerpo sumergido. Como este volumen de fluido
está en equilibrio, la fuerza neta que actúa sobre
él debe ser nula, por lo tanto:

Aquí P1, es el peso del volumen de la
porción de fluido igual al volumen del cuerpo.
Se observa que este resultado no depende de la
forma del objeto sumergido. Así que,
si consideramos una porción cualquiera de forma irregular
del fluido, deberá existir una fuerza ascensional actuando
sobre ella debido al fluido que lo rodea y que resulta ser igual
al peso de dicha porción irregular.

A partir del Principio de Arquímedes puede
saberse si un cuerpo flotará en un fluido comparando la
fuerza ascensional con el peso del volumen de fluido desalojado.
Si tenemos un volumen V de un fluido cuya densidad es
1, La masa de este
volumen es:

5.3 Tensión superficial y
capilaridad.

5.3.1 Tensión superficial.

Si se deposita con cuidado se puede hacer "flotar una
aguja sobre el agua". Las fuerzas que soportan la aguja no son
las fuerzas ascensionales sino las fuerzas debidas a la
tensión superficial.

En el interior de un líquido, una molécula
está rodeada de otras moléculas por todos lados,
pero en la superficie no hay moléculas por encima de las
moléculas superficiales del fluido.

Si se eleva ligeramente una molécula superficial,
los enlaces moleculares con otras moléculas
adyacentes se alargan, produciéndose una
fuerza restauradora que tira de la molécula de
nuevo hacia la superficie.

De igual modo, cuando se coloca cuidadosamente una aguja
sobre la superficie del agua, las moléculas superficiales
descienden ligeramente y las moléculas adyacentes ejercen
una fuerza restauradora sobre ellas, soportando el peso de la
aguja.

La superficie de un líquido tiene cierta
semejanza con una membrana elástica tensa.

La fuerza necesaria para romper la superficie se puede
medir levantando un fino alambre. La fuerza necesaria resulta ser
proporcional a la longitud de la superficie que se rompe, que es
doble de la longitud del alambre, ya que existe una
película superficial en ambos lados del mismo.

Si el alambre posee una masa m y una longitud
L, la fuerza necesaria para arrancarlo de la superficie
será:

Figura 21

El valor del es propio para cada
líquido.

La tensión superficial aparece en cualquier punto
de la superficie de un líquido y posee el mismo valor en
todas las direcciones; esto se ve cuando se pasa un lazo de
alambre por un líquido jabonoso y se forman pompas de
jabón de forma esférica; o viendo como toma la
forma de una circunferencia un lazo de hilo colocado sobre un
líquido jabonoso, rompiendo la película jabonosa en
la parte interior del anillo irregular que forma el hilo en (A),
éste toma una forma exactamente circular (B) debido a que
la tensión superficial es igual en todo sentido

También debido a la tensión superficial es
que las gotas pequeñas de un líquido tienden a
adoptar la forma esférica: cuando se forma la gota, la
tensión superficial tiende a comprimirla, reduciendo al
mínimo posible la superficie de la misma, resultando
así que la gota es esférica.

Fuerzas de cohesión y fuerzas adhesivas
Las fuerzas atractivas entre una de las moléculas de un
líquido y todas las demás se denominan Fuerzas
de Cohesión; cuando la molécula está en
el interior del líquido estas fuerzas se equilibran entre
sí y la molécula está en
equilibrio. Las moléculas superficiales, en cambio
solo están atraídas por las moléculas del
seno del líquido, lo que hace que aparezca una fuerza
resultante dirigida hacia el interior. Esa fuerza es
también una Fuerza de Cohesión.

Las fuerzas que se ejercen entre la molécula de
un líquido y la superficie de alguna otra sustancia, como
las paredes de un tubo delgado, se denomina Fuerza
Adhesiva.

En el caso de contacto de la superficie de un
líquido con la superficie de un sólido
actúan simultáneamente ambas fuerzas:

• a) Fuerzas de Cohesión: entre las
  moléculas del líquido.

• b) Fuerzas de Adhesión: entre las
  moléculas del líquido y las del
  sólido.

Si las fuerzas de cohesión son mayores que las
fuerzas adherentes, la resultante estará dirigida hacia el
seno del líquido y éste trataría de
separarse del sólido, tomando una forma esférica
(gotas de agua sobre vidrio encerado, mercurio sobre vidrio,
etc).

Si, por el contrario, las fuerzas de adhesión son
superiores a la fuerzas de cohesión, la fuerza resultante
estará dirigida hacia el sólido, lo que provoca una
atracción de éste sobre el líquido; en este
caso se dice que el líquido "moja" al sólido (agua
sobre vidrio limpio).

Si al líquido se le agregan sustancias que
reducen sus fuerzas de cohesión, el valor de la
tensión superficial disminuye, motivo por el cual a esas
sustancias se las llama AGENTES TENSO ACTIVAS
(detergentes, jabones). Facilitando así el mojado del
sólido.

Para impermeabilizar superficies se requiere, en cambio,
reducir las fuerzas de adherencia o aumentar las fuerzas de
cohesión, colocando otra superficie que tenga gran
cohesión entre sus moléculas.

Cuando las fuerzas de adherencia son grandes en
relación a las fuerzas de cohesión (agua sobre
vidrio limpio) se dice que el agua moja la superficie de la otra
sustancia.

El ángulo de contacto entre la pared y la
superficie del líquido indica la intensidad entre las
fuerzas de cohesión y de adherencia.

En el caso de la figura22, la superficie de la
columna de agua en el interior del tubo capilar es cóncava
hacia arriba y el ánguloresulta menor que 90º.

Figura 22

Para la pareja agua – vidrio, el
ánguloaproximadamente 0º.

Cuando las fuerzas adhesivas son pequeñas en
relación a las fuerzas de cohesión Como sucede
entre el mercurio y el vidrio (figura 23), el
líquido no moja a la superficie sólida y la
superficie del líquido en el interior del tubo es convexa.
En este caso Figura 22 el valor del
ángulosupera
los 90º.

Figura 23

Para la pareja mercurio – vidrio el ángulo
es del orden de los
140º. Las fuerzas de adhesión y cohesión son
difíciles de calcular teóricamente, pero pueden
medirse los ángulos de contacto

5.3.2 Capilaridad.

Figura 24

Cuando la superficie de un líquido dentro de un
tubo capilar (tubo delgado) es cóncava hacia arriba, al
tensión superficial en la pared del tubo tiene una
componente hacia arriba; en consecuencia, el líquido
ascenderá por el tubo hasta que la fuerza ascendente neta
que actúa sobre el líquido debido a la
tensión superficial quede equilibrada por el peso del
propio líquido.

Esta elevación se denomina ACCIÓN
CAPILAR o simplemente CAPILARIDAD y el tubo se
denomina TUBO CAPILAR.

Los vasos sanguíneos más pequeños
son también capilares.