Superficie libre

En física, una superficie libre es la superficie de un fluido que está sujeto a una tensión de corte paralela cero,^[1]​ como el límite entre dos fluidos homogéneos, por ejemplo, agua líquida y el aire en la atmósfera de la Tierra. A diferencia de los líquidos, los gases no pueden formar una superficie libre por sí mismos.^[2]​^[3]​ Los sólidos fluidizados / licuados, que incluyen lodos, materiales granulares y polvos pueden formar una superficie libre.

Un líquido en un campo gravitatorio formará una superficie libre si no está confinado desde arriba.^[3]​ Bajo equilibrio mecánico, esta superficie libre debe ser perpendicular a las fuerzas que actúan sobre el líquido; si no, habría una fuerza a lo largo de la superficie y el líquido fluiría en esa dirección.^[4]​ Por lo tanto, en la superficie de la Tierra, todas las superficies libres de los líquidos son horizontales, a menos que estén perturbadas (excepto los sólidos cercanos que se sumergen en ellos, donde la tensión superficial distorsiona la superficie en una región llamada menisco).^[4]​

En un líquido libre que no se ve afectado por fuerzas externas, como un campo gravitatorio, las fuerzas de atracción internas solo desempeñan un papel (por ejemplo, fuerzas de Van der Waals, enlaces de hidrógeno). Su superficie libre asumirá la forma con la menor área de superficie para su volumen: una esfera perfecta. Tal comportamiento puede expresarse en términos de tensión superficial. Se puede demostrar experimentalmente observando un gran glóbulo de aceite colocado debajo de la superficie de una mezcla de agua y alcohol que tiene la misma densidad para que el aceite tenga una flotabilidad neutra.^[5]​^[6]​

1. ↑ «Glossary: Free Surface». Interactive Guide. Vishay Measurements Group. Consultado el 2 de diciembre de 2007. «Surface of a body with no normal stress perpendicular or shear stresses parallel to it…». 
2. ↑ Superficie libre. McGraw-Diccionario de cerro de Plazos Científicos y Técnicos. McGraw-Compañías de cerro, Inc., 2003. Answers.com. Recuperado encima 2007-12-02.
3. ↑ ^{a b} White, Frank (2003). Fluid mechanics. New York: McGraw-Hill. p. 4. ISBN 0-07-240217-2. 
4. ↑ ^{a b} Rowland, Henry Augustus; Joseph Sweetman Ames (1900). «Free Surface of Liquids». Elements of Physics. American Book Co. pp. 70–71. 
5. ↑ Millikan, Robert Andrews; Gale, Henry Gordon (1906). «161. Shape assumed by a free liquid». A First Course in Physics. Ginn & company. p. 114. «Since, then, every molecule of a liquid is pulling on every other molecule, any body of liquid which is free to take its natural shape that is which is acted on only by its own cohesive forces, must draw itself together until it has the smallest possible surface compatible with its volume; for, since every molecule in the surface is drawn toward the interior by the attraction of the molecules within, it is clear that molecules must continually move toward the center of the mass until the whole has reached the most compact form possible. Now the geometrical figure which has the smallest area for a given volume is a sphere. We conclude, therefore, that if we could relieve a body of liquid from the action of gravity and other outside forces, it would at once take the form of a perfect sphere.» 
6. ↑ Dull, Charles Elwood (1922). «92. Shape Assumed by a Free Liquid». Essentials of Modern Physics. New York: H. Holt. «Since the molecules of liquids slide over one another readily, the force of gravity causes the surface of liquids to become level. If the force of gravity can be nullified, a small portion of free liquid will then assume a spherical form.»