¿Qué es el esfuerzo cortante en un fluido?
El esfuerzo cortante (\(\tau\)) es la fuerza tangencial por unidad de área que aparece dentro de un fluido cuando capas contiguas se deslizan unas sobre otras. En un fluido newtoniano —como el agua, el aire o los aceites ligeros— el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la rapidez con la que varía la velocidad a lo largo del flujo. Esta relación se conoce como la ley de viscosidad de Newton y constituye un pilar de la mecánica de fluidos, la lubricación, el flujo en tuberías y la reología.
La fórmula
La ecuación que rige el fenómeno es:
$$\tau = \text{Viscosity } \mu \cdot \frac{\text{du (m/s)}}{\text{dy (m)}}$$
donde \(\tau\) es el esfuerzo cortante en pascales (Pa = N/m²), \(\mu\) es la viscosidad dinámica (o absoluta) en Pa·s, y \(du/dy\) es el gradiente de velocidad (velocidad de cizallamiento) en s⁻¹: la variación de la velocidad del fluido (du, m/s) respecto a la distancia perpendicular al flujo (dy, m).
Cómo usar la calculadora
Introduce la viscosidad dinámica del fluido μ, la diferencia de velocidad du entre dos capas de fluido (o entre una placa en movimiento y una superficie en reposo) y la separación dy entre ellas. La calculadora devuelve el esfuerzo cortante y la velocidad de cizallamiento. Mantén todos los valores en unidades del SI para obtener el resultado en pascales.
Ejemplo resuelto
El agua (\(\mu = 0{,}001\ \text{Pa}\cdot\text{s}\)) fluye de modo que la velocidad varía du = 2 m/s a lo largo de una separación de dy = 0,01 m. La velocidad de cizallamiento es $$\frac{2}{0{,}01} = 200\ \text{s}^{-1},$$ por lo que $$\tau = 0{,}001 \times 200 = \mathbf{0{,}2\ \text{Pa}}.$$
Preguntas frecuentes
¿Sirve para fluidos no newtonianos? No. En los fluidos pseudoplásticos, dilatantes o de Bingham la viscosidad cambia con la velocidad de cizallamiento, así que esta ley lineal no es válida.
¿Qué unidades debo usar? Emplea unidades del SI (Pa·s, m/s, m) para obtener el esfuerzo cortante en pascales. Si tienes la viscosidad dinámica en centipoises (cP), conviértela: 1 cP = 0,001 Pa·s.
¿Qué es la velocidad de cizallamiento? La velocidad de cizallamiento (du/dy) indica con qué rapidez cambia la velocidad respecto a la distancia perpendicular al flujo, y se mide en segundos recíprocos (s⁻¹).
