Esfuerzos de los materiales
Introducción
En Ingeniería, los materiales son los elementos que se emplean para construir o fabricar objetos. Estos materiales se ven obligados a soportar distintos tipos de fuerzas o presiones que se ejercen sobre ellos. A esas fuerzas o presiones, que pueden generar deformaciones y roturas, se las denomina esfuerzos.
Los esfuerzos pueden ser de diferentes tipos, dependiendo de la naturaleza de las fuerzas aplicadas y la forma en que estas fuerzas interactúan con el material. Los principales tipos de esfuerzos son la tracción, la compresión, la flexión, el cortante y la torsión.
Tracción
La tracción se produce cuando dos fuerzas actúan sobre el material en la misma dirección, pero en sentidos opuestos, tratando de estirarlo. Este tipo de esfuerzo provoca un alargamiento del material, y una disminución de su sección transversal.
La resistencia a la tracción se mide, en términos generales, dividiendo la fuerza aplicada sobre el área de la sección transversal del material estudiado. Este es un parámetro fundamental en el diseño de estructuras, ya que determina la capacidad del material para resistir esfuerzos sin romperse.
Compresión
La compresión se produce cuando dos fuerzas actúan sobre el material en la misma dirección, pero hacia el mismo punto, tratando de aplastarlo. Esta provoca un acortamiento del material, y un aumento de su sección transversal.
La fórmula para calcular el esfuerzo de compresión es la misma que la de tracción, pero con signo negativo, ya que es la relación inversa entre el esfuerzo y la deformación que produce. Al igual que la tracción, la compresión es un factor clave en el diseño de estructuras, especialmente en aquellas que deben soportar cargas pesadas.
Flexión
La flexión se produce cuando dos fuerzas con misma dirección y paralelas entre sí, actúan sobre un material en forma perpendicular a éste, tratando de doblarlo. Provoca una curvatura del material, y una distribución desigual de los esfuerzos en su sección transversal.
La parte del material que se aleja del centro de curvatura sufre tracción, mientras que la que se acerca sufre compresión. La resistencia a la flexión de un material se mide por su módulo de flexión, que es la relación entre el momento flector y la curvatura que produce. La flexión es un esfuerzo común en elementos estructurales como vigas y placas.
Cortante
Este tipo de esfuerzo se produce cuando dos fuerzas, paralelas entre sí y opuestas, actúan de forma perpendicular sobre un material, tratando de cortarlo. El cortante provoca un deslizamiento del material, y una deformación angular de su sección transversal.
La resistencia al cortante de un material se mide por su módulo de corte, que es la relación entre el esfuerzo y la deformación angular que produce. El esfuerzo cortante es particularmente relevante en el diseño de uniones y conexiones, ya que estas a menudo están sujetas a fuerzas de corte.
Torsión
La torsión se produce cuando dos fuerzas actúan sobre el material en direcciones circulares, pero en sentidos opuestos, tratando de torcerlo. La torsión provoca una rotación del material, y una distribución desigual de los esfuerzos en su sección transversal. La parte del material que está más alejada del eje de giro sufre mayor esfuerzo que la que está más cerca.
La resistencia a la torsión de un material se mide por su módulo de torsión, que es la relación entre el momento torsor y el ángulo de giro que produce. La torsión es un esfuerzo común en ejes y elementos de transmisión de potencia..
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