Caída Libre (Hidráulica).

Es   un   caso   especial   de   la   caída   hidráulica.   Esta   ocurre   cuando   existe   una discontinuidad en el fondo de un canal plano. A medida que la caída libre avanza en el aire en forma de lámina, no existirá curva invertida en la superficie del agua hasta que esta choque con algún objeto en la elevación mas baja. Es una ley natural que, si no se añade energía externa,  la  superficie  del  agua  buscara  siempre  la  posición  más  baja  posible,  la  cual corresponde al menor contenido posible de disipación de energía. Si la energía específica en una  sección  localizada  aguas  arriba  es  E,  tal  como  se  muestra  en  la  curva  de  energía específica, la energía continuará disipándose en su camino hacia aguas abajo y por último alcanzará un contenido de energía mínimo  Emin. La curva de energía específica muestra que la sección  de  energía  mínima  o  sección  crítica debe  ocurrir  en  el  borde  de  la  caída.  La profundidad en el borde no puede ser menor que la profundidad crítica debido a que una disminución adicional en la profundidad requeriría un incremento en la energía especifica, lo cual es imposible a menos que se suministre energía externa compensatoria.

La curva teórica de la superficie del agua en una caída libre se muestra como una línea punteada en la Figura 5-10

Se debe tomar muy en cuenta que el cálculo de la profundidad crítica mediante las ecuaciones (6-3) o (6-4), se basa en la suposición de que el flujo es paralelo y solo aplicable de manera próxima al flujo gradualmente variado. El flujo en el borde en efecto es curvilíneo, debido a que la curvatura del flujo es pronunciada, por consiguiente, el método no es valido para determinar la profundidad crítica como la profundidad en el borde. La situación real es que la sección en el borde es la verdadera sección de energía mínima, pero no es la sección crítica tal como se calcularía mediante el principio basado en la suposición de flujo paralelo. Rouse4    encontró   que   para   pendientes   pequeñas   la   profundidad   crítica   calculada   es aproximadamente  1.4  veces  la  profundidad  en  el  borde
,  o  y =  1.4·yo,  y  se  localiza
aproximadamente a y o 4· yc aguas arriba del borde en el canal. La superficie del agua real en la caída libre se muestra como una línea continua en la Figura 5-10.

Debe notarse que si el cambio en la profundidad de flujo desde un nivel alto a un nivel bajo es gradual, el flujo se convierte en flujo gradualmente variado, el cual tiene la curva inversa prolongada en la superficie del agua; este fenómeno puede llamarse caída hidráulica gradual, la cual no es un fenómeno local.

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