biofisica, Apuntes de Biotecnología

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B

io

F

ísica

Curso 2017-

Tema 2

Fluidos en los seres vivos

Biofísica ‐ 2

Curso 2017-

Puntos de interés B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. 2.1. Bases de la mecánica de fluidos. Hidrostática 2.2. Elementos de hidrodinámica 2.3. Fenómenos de superficie 2.4. Mecánica circulatoria

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. Mecánica de fluidos Estudio de los fluidos en estado de reposo o en movimiento HIDROSTÁTICA, HIDRODINÁMICA Bases de la mecánica de fluidos Sólido rígidoSólido deformable Sólido elásticoSustancia que recupera su forma y tamañoal cesar la aplicación de fuerzas exteriores Fluido Sustancia que no conserva su forma al aplicársele fuerzas deformadoras, así pues:

Se deforma continuamente entanto en cuantocontinúe aplicándosepor pequeño que sea F t

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. Bases de la mecánica de fluidos a) un sólido b) un líquido Si se aplica una fuerza cortante a: F t F t Puede deformarse hasta un ciertopunto, aunque continúe aplicándosela fuerza cortante F t placa fija http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/djean/index_archivos/INST_Flujo/fundamentosteoricos.html

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. Presión Fuerza por unidad de ÁREA F^ A p  Unidades Pa: Pascal (N·m

) (SI) 1 atm= 1,013·

Pa=760 mm Hg normal a la superficie considerada Bases de la mecánica de fluidos

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. EQUIVALENCIA ENTRE UNIDADES DE PRESIÓN1 atmósfera (atm) = 760 milímetros de mercurio (mm Hg)

1 atmósfera (atm) = 14,7 libras/pulgada

2

(lb/in

1 atmósfera (atm) = 1,013 x 10

5

newtons/metro

2

(N/m

1 atmósfera (atm) = 1,013 x 10

6

dina/centímetro

2

(din/cm

1 bar = 10

5

newtons/metro

2

(N/m

1 bar = 14,50 libras/pulgada

2

(lb/in

1 dina/centímetro

2

(din/cm

2 )= 0,1 pascal (Pa)

1 dina/centímetro

2

(din/cm

2 )= 9,869 x 10

atmósfera (atm)

1 dina/centímetro

2

(din/cm

2 )= 3,501 x 10

milímetros de mercurio=torr (mm Hg)

1 libra/pulgada

2

(lb/in

2 ) = 6,90 x 10

3

newton/metro

2

(N/m

1 libra/pulgada

2

(lb/in

2 ) = 6,9 x 10

4

dinas/centímetro

2

(din/cm

1 libra/pulgada

2

(lb/in

2 ) = 0,69 atmósfera (atm)

1 libra/pulgada

2

(lb/in

2 ) = 51,71 milímetros de mercurio=torr (mm Hg)

1 milímetro de mercurio=torr (mm Hg) = 1,333 x 10

2

pascales (Pa)

1 milímetro de mercurio=torr (mm Hg) = 1,333 x 10

3

dinas/cm

2

(din/cm

1 milímetro de mercurio=torr (mm Hg) = 1,316 x 10

atmósfera (atm)

1 milímetro de mercurio=torr (mm Hg) = 1,934 x 10

libra/pulgada

2

(lb/in

1 pascal (Pa) = 1 newton/metro

2

(N/m

2 ) = 1,45 x 10

libra/pulgada

2

(lb/in

1 pascal (Pa) = 1 newton/metro

2

(N/m

2 ) = 10 dinas/centímetro

2

(din/cm

1 pascal (Pa) = 1 newton/metro

2

(N/m

2 ) = 9,869 x 10

atmósferas (atm)

1 pascal (Pa) = 7,501 x 10

milímetros de mercurio=torr (mm Hg)

1 pulgada de mercurio (in Hg) = 3,386 x 10

3

pascales (Pa)

1 Torr = 1 mmHg1 bar = 100000 Pa 1 bar = 14 psi 1 bar = 750 Torr 1 atm = 760 Torr = 1,01 bar Bases de la mecánica de fluidos

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. Bases de la mecánica de fluidos

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. Bases de la mecánica de fluidos Densidad aprox. del aire 1,2 kg/m 3 Dato que debemossaber Agua pura a presión atmosférica y a 4 º C ρ = 1000 kg/m 3

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. Propiedad fundamental de los fluidos en reposo Toda fuerza ejercida por un fluido en reposo o sobre él debe ser perpendicular a la superficie sobre la cual actúa Si existiera esa “F

II

”, por la tercera ley de Newton, la superficie ejercería una fuerza igual y de sentido contrario que movería al fluido, en contra de la hipótesis de que está en reposo Si una fuerza F no fuese perpendicular a una superficie dada, tendría una componente no nula “F

II

” paralela a dicha superficie F

II

F F fluido Ⱶ (los fluidos carecen de coeficiente de rozamiento estático ) En efecto, Supongamos unfluido en reposo Hidrostática

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. Principio de Pascal La presión ejercida en un punto de un fluido en reposo se transmite íntegramente a todos sus puntos y a las paredes del recipiente (muy diversasaplicaciones) Hidrostática

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. Principio Fundamental de la Hidrostática Ecuación fundamentalde la hidrostática p =

g h  p Sea un líquido en equilibrio: la diferencia de presión entredos puntos que están a diferentes profundidades h

A

y h

B

viene dada por:  B A B A h h g p p

 Esta es la llamada presión hidrostática: la que ejerce un líquido sobre un cuerpo que seencuentra en el seno del líquido; se debe al peso de la columna de ese líquido sobre el cuerpo Hidrostática

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. Principio Fundamental de la Hidrostática  B A B A h h g p p

 Aquí hemos tenido en cuenta el efecto de la gravedad sobre la presión de un fluido fluido en reposo Hidrostática

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica.

h

p

p

a atmosféric h

g

Fuerza Presión absoluta fuerza total que actúa por unidad de superficie de un cuerpo que se encuentra a cierta profundidad dentro de un fluidoComprendela presión hidrostáticamásla PRESIÓN ATMOSFÉRICA (que actúa sobre la superficie libre del líquido) Para obtener la presión absoluta, podemos sumarle a la manométrica la presión atmosférica p

: absoluta a manométric a atmosféric

p

p

p

Hidrostática Presión manométrica es la diferencia: presión absoluta  presión atmosférica

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B F vivos seres los en Fluidos 2: Tema Biofísica. Los datos de la presión de la sangre (por ejemplo 12 cm Hg) y la presión de un neumático (por ejemplo 220 kPa) corresponden a presiones manométricas Hidrostática