Según el principio de Bernoulli, ¿cuál debe ser la suma de la energía cinética, la energía potencial y la energía interna?
El principio de Bernoulli es un concepto clave de la dinámica de fluidos que relaciona presión, velocidad y altura. El principio de Bernoulli establece que un aumento de la velocidad de un fluido se produce simultáneamente con una disminución de la presión estática o una disminución de la energía potencial del fluido.El principio debe su nombre al matemático y físico suizo Daniel Bernoulli, que lo publicó en su libro Hydrodynamica en 1738.Aunque Bernoulli dedujo que la presión disminuye cuando aumenta la velocidad del flujo, fue Leonhard Euler en 1752 quien derivó la ecuación de Bernoulli en su forma habitual. El principio sólo es aplicable a los flujos isentrópicos: cuando los efectos de los procesos irreversibles (como la turbulencia) y los procesos no adiabáticos (por ejemplo, la radiación térmica) son pequeños y pueden despreciarse.
El principio de Bernoulli puede derivarse del principio de conservación de la energía. Éste establece que, en un flujo constante, la suma de todas las formas de energía de un fluido es la misma en todos los puntos libres de fuerzas viscosas. Esto requiere que la suma de la energía cinética, la energía potencial y la energía interna permanezca constante. Así, un aumento de la velocidad del fluido -que implica un aumento de su energía cinética (presión dinámica)- se produce con una disminución simultánea de (la suma de) su energía potencial (incluida la presión estática) y su energía interna. Si el fluido sale de un depósito, la suma de todas las formas de energía es la misma, porque en un depósito la energía por unidad de volumen (la suma de la presión y el potencial gravitatorio ρ g h) es la misma en todas partes.
El principio de Bernoulli también puede derivarse directamente de la segunda Ley del Movimiento de Isaac Newton. Si un pequeño volumen de fluido fluye horizontalmente desde una región de alta presión a una región de baja presión, entonces hay más presión detrás que delante. Esto produce una fuerza neta sobre el volumen, que lo acelera a lo largo de la línea de corriente.
Las partículas de un fluido sólo están sometidas a la presión y a su propio peso. Si un fluido fluye horizontalmente y a lo largo de una sección de una línea de corriente, cuando la velocidad aumenta sólo puede ser porque el fluido en esa sección se ha desplazado de una región de mayor presión a una región de menor presión; y si su velocidad disminuye, sólo puede ser porque se ha desplazado de una región de menor presión a una región de mayor presión. Por consiguiente, en un fluido que fluye horizontalmente, la mayor velocidad se produce donde la presión es menor, y la menor velocidad se produce donde la presión es mayor.
El principio de Bernoulli exige que la suma de la energía cinética, la energía potencial y la energía interna permanezca constante.