2. Uno de los temas más importantes de la Resistencia de Materiales,
es la deformación y esfuerzo Y Torsión, aspectos que serán
definidos para el mejor entendimiento.
El esfuerzo y deformación se tratarán a continuación con énfasis en
aplicaciones, solución de problemas y específicamente se basa en
conceptos básicos y determinación de los esfuerzos normales y
cortantes, para luego determinar sus valores máximos y finalmente
el cálculo de las correspondientes deformaciones
INTRODUCCION
3.
ESFUERZO Y DEFORMACIÓN DEBIDO A CARGAS EXTERNAS,
ESFUERZOS MECÁNICOS, TÉRMICOS Y LEY DE HOOKE.
Las propiedades mecánicas de la materia
son la elasticidad, la compresión y la
tensión.
Definimos a un cuerpo elástico
como aquel que recobra su tamaño y forma original cuando deja de actuar
sobre él una fuerza deformante. Las bandas de hule, las pelotas de golf, los
trampolines, las camas elásticas, las pelotas de fútbol y los resortes son
ejemplos comunes de cuerpos elásticos. Para todos los cuerpos elásticos,
conviene establecer relaciones de causa y efecto entre la deformación y las
fuerzas deformantes
4.
Robert Hooke fue el primero en establecer esta relación por medio de la
invención de un volante para resorte para reloj. En términos generales,
Hooke descubrió que cuando una fuerza F, actúa sobre un resorte,
produce en él un alargamiento s que es directamente proporcional a la
magnitud de la fuerza aplicada. La Ley de Hooke se representa como:
F = ks.
La constante de proporcionalidad k varía mucho de acuerdo con el tipo
de material y recibe el nombre de constante del resorte. Para el ejemplo
anterior, la constante del resorte es de:
k = F/s = 20 N/cm
La Ley de Hooke no se limita al caso de los resortes en espiral; de hecho,
se aplica a la deformación de todos los cuerpos elásticos. Para que la Ley
pueda aplicar de un modo más general, es conveniente definir los
términos esfuerzo y deformación
5.
La eficacia de cualquier fuerza que produce un esfuerzo depende en gran
medida del área sobre la que se distribuye la fuerza, por ello una definición
más completa del esfuerzo se puede enunciar de la siguiente forma:
Esfuerzo: es la
razón de una fuerza
aplicada entre el
área sobre el cual
actúa, por ejemplo
Newtons/m2, o
libras/ft2.
Deformación: es el cambio relativo en las
dimensiones o en la forma de un cuerpo como
resultado de la aplicación de un esfuerzo
El límite elástico es el esfuerzo máximo
que puede sufrir un cuerpo sin que la
deformación sea permanente.
La Ley de Hooke, establece:
Siempre que no se exceda el límite elástico, una deformación elástica es
directamente proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada por unidad de
área (esfuerzo).
Si llamamos a la constante de proporcionalidad el módulo de elasticidad,
podemos escribir la Ley de Hooke en su forma más general:
Módulo de elasticidad = esfuerzo
Deformación
6.
El esfuerzo de volumen, F/A, es la fuerza
normal por unidad de área, mientras que
la deformación de volumen - ∆V/V es el
cambio de volumen por unidad de
volumen
El esfuerzo cortante se define como la
relación de la fuerza tangencial F entre el
área A sobre la que se aplica.
La deformación cortante se define como el
ángulo (en radianes), que se conoce como
ángulo de corte.
Torsión: Entendemos por Torsión la deformación de un eje, producto de la acción
de dos fuerzas paralelas con direcciones contrarias en sus extremos. Es la
solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal
de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en
general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque
es posible encontrarla en situaciones diversas. La torsión se caracteriza
geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la
7.
El torque o par es el nombre que se da a las fuerzas de torsión. Para
que la torsión exista se requieren 2 fuerzas (par), que se ejercen en
sentido opuesto. El valor del par depende del radio de acción de la
fuerza (brazo). La mayor o menor torsión que genera una fuerza
depende de la distancia al punto de pivote. A mayor brazo mayor par.
El torque es la fuerza aplicada en una palanca para producir un
movimiento de rotación en un cuerpo. Por ejemplo, la fuerza que
haces sobre el destornillador para ajustar un tornillo multiplicada por
el brazo de palanca que es el radio del destornillador, da como
resultado el torque aplicado al tornillo.
Los resortes de torsión están diseñados para ofrecer
resistencia a la torsión externa. La torsión se refiere a la
acción torsional de las espiras. Si bien el alambre en sí
está sujeto a esfuerzos de plegado en vez de esfuerzos
torsionales, los resortes de torsión operan a su máximo
cuando se apoyan sobre una vara o tubo.
8.
Este tipo de resorte se compone más comúnmente de alambre
redondo, puede ser de enrollado cerrado o abierto y por lo general
está diseñado para enroscarse. Los extremos pueden estar doblados,
torcidos, enganchados o en argolla de acuerdo con la aplicación.
DEFORMACIONES EN ÁRBOLES DE SECCIÓN CIRCULAR
Cuando un eje es circular, las deformaciones que estos sufren al
aplicar un par de torsión T, cumplen con la siguiente propiedad:
cuando un eje circular se somete a torsión, todas sus secciones
transversales permanecen planas y sin distorsión, es decir,
aunque sus distintas secciones transversales a lo largo del eje
giran en diferentes cada sección transversal gira como un placa
sólida rígida.
Esta propiedad es característica de cualquier eje circular, sólidos o
huecos. Esta propiedad es posible ya que los ejes circulares son
asimétricos, es decir, su apariencia es la misma si se ve desde una
posición fija y se gira alrededor de su eje por un ángulo aleatorio
9.
POTENCIA
ENSAYO DE TORSIÓN
El ensayo de torsión consiste en someter una probeta de sección redonda a
un momento torsión gradualmente creciente hasta que se produzca la falla
en la misma.
10. Los materiales sufren de deformación y existe un esfuerzo, entonces se puede
decir en conclusión que el esfuerzo es la razón de una fuerza aplicada entre el
área sobre el cual actúa, por ejemplo Newtons/m2, o libras/ft2, las fuerzas
internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se
distribuyen en toda el área; justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por
unidad de área, la cual se denota con la letra griega sigma (σ) y es un
parámetro que permite comparar la resistencia de dos materiales, ya que
establece una base común de referencia y la deformación es el cambio relativo
en las dimensiones o en la forma de un cuerpo como resultado de la
aplicación de un esfuerzo.
La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al
diseñar o analizar una estructura; controlar las deformaciones para que la
estructura cumpla con el propósito para el cual se diseñó tiene la misma o
mayor importancia, así como tener en cuenta los conceptos como Torsión,
torque, par de torsion.
CONCLUSIÓN
