Otras carreras Teoria del cuadrado velocidad en los fluidos

[alexperez85]

Buenas tardes.Soy graduado en Ciencias del deporte y tengo una duda con la resistencia de los fluidos, que aumenta al cuadrado según Newton, en relación a la velocidad.Es sabido que cuando un nadador o un ciclista aumenta su velocidad, la resistencia del agua o del aire aumenta, siendo mas evidente en el agua por su grado de viscosidad.Mi pregunta es: ¿se sabe de algún modo o explicación fisiológica porque aumenta la resistencia de los fluidos al aumentar la velocidad? ¿me podríais indicar algún ejemplo? ¿porque al aumentar la velocidad aumenta la viscosidad o el rozamiento interno de los fluidos?

He intentado buscar la información al respecto, pero no la he encontrado.No entiendo porque los fluidos aumentan la resistencia al aumentar la velocidad. Seguro que hay alguna explicación al respecto, y no solo por la ecuación de Newton que así lo dicta.

Muchísimas Gracias.Un saludo.

[skynet]

Re: Teoria del cuadrado velocidad en los fluidos

no aumenta la viscosidad ni el rozamiento interno de los fluidos.

lo que aumenta es la fricción entre la superficie del nadador y el agua, para bajas velocidades este aumento es directamente proporcional a la velocidad.

a velocidades altas, además se producen turbulencias que también aumentan con la velocidad, entonces la fuerza de fricción es proporcional al cuadrado de la velocidad.

[Cipriano]

Re: Teoria del cuadrado velocidad en los fluidos

En general la fuerza de rozamiento con fluidos puede estimarse mediante una función de la forma:

$F=kv^q$

Es tan solo una aproximación aunque puede estimarse que $k$ y $q$ son aproximadamente constantes para el rango de velocidades considerado y que solo dependen de las substancias en contacto. Expresión que puede aplicarse lo mismo a un paracaidista cayendo en caída libre o con el paracaidas abierto como a una nave desplazándose por el agua. Debes considerar que dicha expresión será siempre de carácter empírico ya que obliga a determinar previamente los valores de dichas constantes para el rango de velocidades considerado y las substancias que correspondan. Evidentemente no es lo mismo un paracaidista cayendo en el aire a una velocidad relativamente pequeña que una planeadora desplazándose por la superficie del agua a gran velocidad, pero ambos fenómenos presentan muchas similitudes al crecer la fuerza de rozamiento en ambos casos con la velocidad. Ya se que no es una explicación demasiado teórica, pero ... menos da una piedra.

Salu2

[alexperez85]

Re: Teoria del cuadrado velocidad en los fluidos

no aumenta la viscosidad ni el rozamiento interno de los fluidos.

lo que aumenta es la fricción entre la superficie del nadador y el agua, para bajas velocidades este aumento es directamente proporcional a la velocidad.

a velocidades altas, además se producen turbulencias que también aumentan con la velocidad, entonces la fuerza de fricción es proporcional al cuadrado de la velocidad.

Ok, entonces en el caso de un ciclista ¿ocurre lo mismo? ¿a bajas velocidades la fricción del ciclista con el aire es proporcional a la velocidad, y a altas velocidades aumenta la fricción con el aire y se produce también las turbulencias?
Otra cosa, según entendía la ley de Newton siempre habla del cuadrado de la velocidad ¿como esque comentas que a bajas velocidades es directamente proporcional a la velocidad? ¿la ley de Newton del cuadrado de la velocidad solo se cumple a velocidades altas?

Muchísimas gracias.Un saludo.

[skynet]

Re: Teoria del cuadrado velocidad en los fluidos

a la resistencia que opone un fluido al desplazamiento de un cuerpo, se le llama fuerza de arrastre.

la fuerza de arrastre es una consecuencia de la viscosidad del fluido y es proporcional a la velocidad solo a velocidades muy bajas, cuando el flujo es de tipo laminar.

a las velocidades normales de los nadadores y de los ciclistas el flujo es turbulento por lo que la fuerza de arrastre es proporcional al cuadrado de la velocidad.

.....pero esto son solo aproximaciones.

la cuestión es que la fuerza de rozamiento de un solido rígido al arrástralo por una superficie solida es constante, ¿por qué no sucede lo mismo con los fluidos? ¿ cuál es el mecanismo a nivel microscópico que hace que al aumentar la velocidad aumente esta fuerza?, lo que está claro es que la viscosidad de fluido es constante por lo que las fuerzas de atracción entre las moléculas de, por ejemplo, agua y el nadador no aumentan.


todo está basado en la ley de newton de la viscosidad, según esa ley las fuerzas son proporcionales al gradiente de velocidades. la cuestión es ¿por qué? ¿hay alguna descripción a nivel microscópico que lo justifique? ¿alguien del foro lo sabe?