Si aceptamos que el mundo está compuesto de partículas materiales y el espacio entre ellas, entonces la mecánica de partículas es la ciencia para el caso en el que el espacio intermedio es mucho más grande que la región ocupada por partículas. La mecánica continua, por otro lado, es el caso en el que el espacio vacío intermedio es insignificante en comparación con el ocupado por las partículas. Tanto los sólidos como los fluidos (incluidos líquidos y gases) son material continuo.
Las fuerzas en un cubo pequeño de un continuo se describen por unidad de área de las caras del cubo y se denominan tensiones. La tensión normal es la presión y las tensiones paralelas son la fuerza de corte en cada cara. Los sólidos soportan ambos tipos de tensiones, mientras que los fluidos solo soportan la fuerza de presión, debido al hecho de que las partículas de fluido están muy separadas permitiendo un movimiento fácil de deslizar. Sin embargo, a medida que aumenta la velocidad de deslizamiento, aparece un arrastre en las moléculas debido a la atracción, esto es un corte en movimiento laminar y es proporcional a la velocidad. Por lo tanto, la mecánica de fluidos es un subconjunto de la mecánica continua. Eso no quiere decir que las ecuaciones sean más simples o fáciles de resolver. De hecho, lo contrario es cierto … debido al movimiento, obtienes inestabilidad y una imagen de estrés siempre cambiante. La resistencia al movimiento y el esfuerzo cortante en este caso es proporcional a la velocidad al cuadrado debido al flujo que circula y se mueve en tales regiones.
La imagen de partículas es más económica que la continua en informática, cuando el número de partículas que interactúan es pequeño. Pero también se usa para el caso de un fluido a muy baja presión, en el que las moléculas están muy separadas. En principio, las ecuaciones de Maxwell junto con las ecuaciones de Newton para las fuerzas son capaces de describir “cualquier” problema de mecánica de continuo, incluidas las de mecánica de fluidos y mecánica de sólidos. Pero en aplicaciones prácticas se utilizan diferentes conjuntos de ecuaciones (derivados de ellas) para cada caso, dependiendo de la complejidad del problema. Por ejemplo, en la mecánica de fluidos normal solo se tienen en cuenta las fuerzas de corte y normales (más la gravedad si tiene un efecto). Por lo tanto, todo lo que necesita para derivar las ecuaciones relevantes es encontrar las diversas fuerzas de presión y corte en un cubo pequeño del fluido más la gravedad. Los efectos de la repulsión y atracción de cargas eléctricas, etc. en las ecuaciones de Maxwell que describen este caso se abordan empíricamente utilizando el concepto de “viscosidad”, tanto laminar como turbulento. Si el problema incluye también efectos eléctricos y magnéticos en el movimiento, los agregamos y llamamos al sujeto dinámica magneto-fluido, etc. Cuando se trata de calefacción y trabajo, agregamos una nueva ecuación (la ecuación de energía), derivada nuevamente de las ecuaciones básicas de mecánica y electromagnética.
- ¿Hay una derivada contravariante? Si no, ¿por qué?
- ¿Cuál es el significado físico del número cuántico magnético, m?
- ¿Qué es un tensor antisimétrico y cómo se relaciona con el producto cruzado?
- ¿Qué profesión implica la máxima resolución de problemas?
- ¿Cómo se comparan los cursos de mecánica continua con los de mecánica de fluidos?
El conjunto completo de ecuaciones para la mecánica de sólidos es complicado, ya que incluye la fase plástica, el caso entre sólido y fluido. La relación tensión-deformación aquí se describe usando ecuaciones diferentes a la simple relación de Hook, con la posibilidad de que aparezcan los fenómenos de memoria … es decir, la respuesta del sólido al estrés depende no solo del valor del estrés sino también del pasado. historia de ese estrés. El endurecimiento del trabajo es un ejemplo de esto; la aplicación de más y más estrés hace que el material se vuelva cada vez más difícil … las ecuaciones en este caso cambian para incluir integrales además de diferenciales.
Para todas las aplicaciones de ingeniería interesantes de este tema, la resolución de las ecuaciones ahora se realiza numéricamente, y para esto hay un software listo que hace maravillas. Dicho software puede abarcar todo el área de la mecánica del continuo … pero, por supuesto, es necesario comprender el tema para utilizar dichas herramientas de manera eficiente y efectiva. Estaba viendo un video de demostración con alguien que usaba una herramienta tan poderosa para resolver la transferencia de calor desde las aletas de un semiconductor en un peine de enfriamiento … a pesar de la obvia simetría en el problema, estaba resolviendo cada pico en el peine, cuando de hecho solo necesitaba resolver un pico con una condición de límite de repetición adecuada. Hacer uso de la simetría en este caso puede ahorrar toneladas de tiempo y almacenamiento muy necesarios.
