Física

Corriente o flujo turbulento

- El flujo de un líquido viscoso a lo largo de un tubo tiende a ser laminar cuando la velocidad es pequeña.  Cuando la velocidad supera un cierto límite llamado “velocidad crítica” (vc) se desordena, produciéndose remolinos que aumentan la resistencia al flujo.  En tal caso se dice que el líquido fluye con régimen turbulento.

- El pasaje de flujo laminar a turbulento no depende solamente de la velocidad y Reynolds determinó experimentalmente un coeficiente, conocido por número de Reynolds (NR) que las vincula:

Caudal

Viscosidad y corriente o flujo laminar:

- Los líquidos reales presentan una resistencia al movimiento debido a la fricción molecular que el desplazamiento induce.

-Redefiniendo caudal (o flujo al volumen que atraviesa una sección transversal cualquiera del mismo en la unidad de tiempo) podemos decir que es un líquido en movimiento en el interior de un tubo.

Ley (ecuación) de continuidad. Velocidad y caudal sanguíneos

Dado que la sangre es, como todos los líquidos, incompresible, el caudal que atraviesa cualquier sección del lecho vascular debe ser el mismo.  El caudal Q es igual al producto del área de sección (S) por la velocidad (v).

Aplicación del Teorema de Bernoulli al árbol vascular. Ley de Poiseuille

Veremos que ocurre al aplicar este Teorema al árbol vascular: Experimentalmente se observa que el teorema de Bernouilli no se cumple, ya que:

Física - Aplicación del teorema de Bernouilli al árbol vascular, ley de Poiseuille

¿Cuál es el término que determina esta desigualdad?

Desarrollo del Teorema de Bernoulli

Partiendo de la expresión del teorema de Bernoulli, dividimos cada término por la unidad de volumen:

La Epl dijimos que es el trabajo aplicado sobre cada unidad de volumen y, recordando que el trabajo ejercido sobre un líquido es igual al profundo presión por volumen, tenemos:

Principio de Bernoulli. Efecto Venturi

- La energía total de un líquido en movimiento presenta tres componentes:

1. La resultante de un trabajo realizado sobre el sistema (por ejemplo, el trabajo cardiaco), que se manifestara en la presión lateral sobre las paredes del tubo (energía de presión lateral, Epl)

2. La energía potencial gravitatoria (Eg), que dependerá de la altura de la columna líquida con respecto a un plano de referencia.

Hidrodinámica

Esta rama de la mecánica de fluidos se ocupa de las leyes de los fluidos en movimiento; estas leyes son enormemente complejas, y aunque la hidrodinámica tiene una importancia práctica mayor que la hidrostática, sólo podemos tratar aquí algunos conceptos básicos.

Teorema de Torricelli

Principio de Arquímedes

- El segundo principio importante de la estática de fluidos fue descubierto por el matemático y filósofo griego Arquímedes.

- El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho cuerpo, (ver Figura 3.4)

- Esto explica por qué flota un barco muy cargado; el peso del agua desplazada por el barco equivale a la fuerza hacia arriba que mantiene el barco a flote.

Principio de Pascal

- La fuerza por unidad de superficie —la presión— que el fluido ejerce contra las paredes del recipiente que lo contiene, sea cual sea su forma, es perpendicular a la pared en cada punto. Si la presión no fuera perpendicular, la fuerza tendría una componente tangencial no equilibrada y el fluido se movería a lo largo de la pared.

- Este concepto fue formulado por primera vez en una forma un poco más amplia por el matemático y filósofo francés Blaise Pascal en 1647, y se conoce como principio de Pascal.

Viscosidad. Tensión superficial. Presión hidrostática

Viscosidad

Es la resistencia que los líquidos reales ofrecen a la deformación; es la propiedad de un fluido real, por virtud de la cual ofrece resistencia al corte.

Las unidades utilizadas para medir la viscosidad de un fluido son:

(Newton/m2)/m/s) ∙ m = Poiseuille

La unidad tradicionalmente utilizada era el Poise.  La equivalencia entre ambos sistemas de unidades es:

1 Poiseuille = 10 Poise

Viscosidad del agua a 20°C: 0,001 Poiseuille

Viscosidad del agua a 37°C: 0,0007 Poiseuille

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- Analizaremos aquí la utilización de los ultrasonidos por su capacidad de liberar en los tejidos.  Se denomina ultrasonido a las vibraciones mecánicas propagadas en los medios elásticos que tienen una frecuencia mayor al límite audible (20.000 c/s).

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De la onda mecánica a la percepción del sonido

- El sonido, onda mecánica transmitida por vía aérea, hace vibrar la membrana timpánica. Este movimiento oscilatorio se transmite a la ventana oval por la cadena ósea situada en el oído medio.

- La palanca formada por los huesillos aumenta la fuerza del movimiento transmitido al tímpano en un 30%.

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Audiometría. Espectro audible

- La audiometría consiste en la determinación de los umbrales de sensibilidad auditiva de un individuo para las distintas frecuencias (espectro audible). Para ello se considera un sonido como cero decibel cuando tiene la intensidad del mínimo audible para la mayoría de la población a 1000 c/s (10-12 Watt/m2).

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Nivel de intensidad; la escala del decibel considerado desde otro punto de vista

Las intensidades que puede captar el oído humano varían entre I0-12 W/m2 y 1 W/m2 (un factor enorme de 1012). El oído humano percibe la intensidad de un sonido como una sensación subjetiva de sonoridad. Sin embargo, si la intensidad se duplica, la sonoridad no se incrementa por un factor de 2. Experimentos realizados por vez primera por A. G. Bell mostraron que para duplicar la sonoridad, la intensidad del sonido debe aumentarse aproximadamente en un factor de 10.

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Niveles de sensación

- La intensidad del sonido audible va desde aquel que produce sobre la membrana del tímpano una presión de 2.10-5 Newton/m2 (sonido mínimo audible; I = 10-12 Watt/m2) hasta el que produce presiones de 28 Newton/m2 (sonido máximo tolerable; I = 102 Watt/m2) (ver cuadro sgte).

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Intensidad

- La distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, que es el flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación.

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Amplitud

- La amplitud de una onda de sonido es el grado de movimiento de las moléculas de aire en la onda, que corresponde a la intensidad del enrarecimiento y compresión que la acompañan.  Cuanto mayor es la amplitud de la onda, más intensamente golpean las moléculas el tímpano y más fuerte es el sonido percibido, (ver Figura 6.3.).

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