🔩 Principio de Bernoulli

El efecto Venturi es la caída de presión que se produce cuando un fluido pasa a través de una constricción. Se aprovecha en medidores Venturi (para medir caudales de gas o líquido), carburadores (para introducir combustible en una corriente de aire creando baja presión), lavadores Venturi (para arrastrar aire cargado de contaminantes hacia un rociado de agua) y nebulizadores médicos (para crear gotas finas de medicamento). El tubo Venturi fue inventado por Giovanni Venturi en 1797 y popularizado por Clemens Herschel en la década de 1880 para la medición del caudal de agua.

La ecuación de continuidad expresa la conservación de la masa en el flujo de fluidos: para un fluido incompresible, el caudal volumétrico Q = Av es constante a lo largo del flujo, donde A es el área de la sección transversal y v es la velocidad del flujo. Si una tubería se estrecha de un área A₁ a A₂, la velocidad aumenta de v₁ = Q/A₁ a v₂ = Q/A₂. Para flujos compresibles (por ejemplo, aire a alta velocidad), la ecuación se convierte en ρAv = constante, donde la densidad ρ también cambia.

El efecto Magnus es la fuerza lateral sobre un objeto giratorio que se mueve a través de un fluido. Un balón de fútbol que gira se curva porque el giro arrastra el aire consigo, acelerándolo en un lado (menor presión) y desacelerándolo en el otro (mayor presión), produciendo una diferencia de presión y una fuerza lateral. Un balón pateado a 70 mph con 600 rpm de giro puede curvarse más de 1 metro. El mismo principio dirige las pelotas de tenis, las curvas en el béisbol, y se está explorando para barcos de carga propulsados por viento (rotores Flettner).

La presión dinámica q = ½ρv² representa la energía cinética del fluido por unidad de volumen. Es la presión que se necesitaría para llevar el fluido desde la velocidad v hasta el reposo en un punto de estancamiento. Los tubos Pitot miden la presión dinámica apuntando directamente hacia el flujo: la presión de estancamiento en la punta del tubo menos la presión estática medida en un puerto lateral es igual a la presión dinámica, dando la velocidad del aire v = √(2q/ρ). Así es como funcionan los indicadores de velocidad de las aeronaves y los anemómetros meteorológicos.

Bernoulli deja de cumplirse cuando falla significativamente cualquiera de sus supuestos: en flujo turbulento (la energía cinética se disipa como calor por remolinos), en flujo viscoso a través de tubos estrechos (el flujo de Hagen-Poiseuille sustituye a Bernoulli, con la presión cayendo linealmente con la longitud), a altas velocidades donde importa la compresibilidad (por encima de Mach ~0,3 para el aire), y cerca de límites sólidos donde la condición de no deslizamiento crea una capa límite viscosa. En estos regímenes, deben resolverse en su lugar las ecuaciones de Navier-Stokes.

Una pelota de críquet con un lado pulido y otro rugoso se desviará en vuelo. El lado rugoso crea una separación de la capa límite turbulenta en un ángulo menor, mientras que el lado pulido mantiene el flujo laminar más allá alrededor de la pelota. Esto crea una diferencia de presión perpendicular a la trayectoria de vuelo — el swing tardío — curvando la pelota hasta 30 cm. A velocidades superiores a unos 85 mph, el flujo se vuelve turbulento en ambos lados y la pelota deja de desviarse; por debajo de unos 65 mph tampoco se desvía, creando la 'ventana de swing' alrededor de 70-80 mph.

La cavitación ocurre cuando la presión local en un líquido en movimiento cae por debajo de la presión de vapor, haciendo que el líquido hierva localmente y forme burbujas de vapor. Cuando estas burbujas colapsan en una región de mayor presión aguas abajo, implosionan violentamente, produciendo intensas ondas de choque y ruido. La cavitación erosiona hélices de barcos, rodetes de bombas y turbinas hidráulicas — picando la superficie metálica — y debe evitarse manteniendo las velocidades de flujo por debajo de los límites que la provocan. En ecografía médica, la cavitación controlada puede romper cálculos renales (litotricia).