En el capítulo 1 de Intermediate Physics for Medicine and Biology, Russ Hobbie y yo hablamos de la condición límite de no deslizamiento
La velocidad del fluido inmediatamente adyacente a un sólido es la misma que la del propio sólido.
Esta condición aparentemente sencilla no es obvia. Para saber más, consultemos la obra maestra de Steven Vogel Life in Moving Fluids: The Physical Biology of Flow.
La condición de no deslizamiento
El lector debidamente escéptico puede haber detectado una suposición peculiar en nuestra demostración de la viscosidad: el fluido tenía que pegarse a las paredes… para ceder en lugar de simplemente deslizarse a lo largo de las paredes. Ahora bien, el fluido ciertamente se adhiere a sí mismo. Si una pequeña porción de un fluido se mueve, tiende a arrastrar otros trozos de fluido con él; la magnitud de esa tendencia es precisamente lo que trata la viscosidad. Pero es menos evidente que los fluidos se adhieren a los sólidos tan bien como se adhieren a sí mismos. Según las mejores mediciones, la velocidad de un fluido en la interfase con un sólido es siempre la misma que la del sólido. Esta última afirmación expresa lo que se llama la «condición de no deslizamiento»: los fluidos no resbalan con respecto a los sólidos adyacentes. Es el primero de unos cuantos conceptos contrarios a la intuición que encontraremos en este mundo de la mecánica de fluidos; de hecho, los dudosos pueden sentirse reconfortados al saber que la realidad y universalidad de la condición de no deslizamiento se debatió acaloradamente durante la mayor parte del siglo XIX. Goldstein (1938) dedica una sección especial al final de su libro a la controversia. La única excepción significativa a la condición parece ocurrir en los gases muy enrarecidos, donde las moléculas se encuentran demasiado raramente para que la viscosidad signifique mucho.
La referencia a un libro de Sydney Goldstein
Goldstein, S. (1938) Modern Developments in Fluid Dynamics. Reimpresión. Nueva York: Dover Publications, 1965.
La condición límite de no deslizamiento es importante no sólo a bajo número de Reynolds sino también (y más sorprendentemente) a alto número de Reynolds. Al hablar de una esfera sólida moviéndose a través de un fluido, Russ y yo decimos
A un número de Reynolds muy alto, la viscosidad es pequeña pero todavía juega un papel debido a la condición de frontera de no deslizamiento en la superficie de la esfera. Una fina capa de fluido, llamada capa límite, se adhiere a la superficie sólida, provocando un gran gradiente de velocidad y, por tanto, una importante resistencia viscosa.
Vogel también aborda este punto
La mayoría de las veces, la región cercana a una superficie sólida en la que el gradiente de velocidad es apreciable es bastante fina, medida en micrómetros o, como mucho, en milímetros. Aun así, su existencia requiere la convención de que cuando hablamos de velocidad nos referimos a la velocidad lo suficientemente lejos de una superficie para que el efecto combinado de la condición de no deslizamiento y la viscosidad, este gradiente de velocidad, no confunda las cosas. Donde la ambigüedad es posible, usaremos el término «velocidad de la corriente libre» para ser apropiadamente explícitos.
Muchos problemas de fluidos en IPMB ocurren a bajo número de Reynolds, donde las capas límite delgadas no son relevantes. Sin embargo, a un número de Reynolds alto, la condición de no deslizamiento provoca una serie de comportamientos interesantes. Russ y yo escribimos
Una fina capa de fluido, llamada capa límite, se adhiere a la superficie sólida, causando un gran gradiente de velocidad… A un número de Reynolds extremadamente alto, el flujo sufre una separación, donde se producen remolinos y flujo turbulento aguas abajo de la esfera.
¡Turbulencia! Esa es otra historia.
Nos vemos la semana que viene con más posts sobre el coronavirus.