Con este objeto de aprendizaje se pretende sensibilizar al alumno en los conceptos referentes a la elastcidad de los cuerpos y la manera de clacularlos.

Estrategia

 

 


Elasticidad

Esfuerzo y deformación

I. Introducción 

¿Qué sucede cuando un cuerpo de masa considerable es suspendido de un cable de acero? ¿Has notado que cuando un montacargas sube por las rampas de metal que se colocan en las cajas de los camiones, las rampas se flexionan o pandean  por el peso del montacargas?

Cuando analizamos los cuerpos rígidos también es importante destacar sus propiedades elásticas, pues a pesar de que algunos de ellos están constituidos por materiales sumamente resistentes, sufren deformaciones provocadas por los esfuerzos a los que son sometidos.

Como ingenieros necesitamos saber cómo calcular las fuerzas que tienen que resistir las máquinas, las estructuras de edificios y puentes; por citar algunos casos. En esta unidad, describiremos los principios de mecánica de materiales que nos ayudan en el proceso de análisis de este tipo de problemas. 

Comenzaremos definiendo algunos conceptos básicos:

Esfuerzo: Se le llama así a toda aquella fuerza externa que actúa sobre un cuerpo por unidad de área de sección transversal. Por lo regular el esfuerzo es una cantidad proporcional a la fuerza que provoca una deformación.

Deformación: Es una cantidad que describe el cambio de forma resultante de un cuerpo, la deformación, por tanto, es proporcional al esfuerzo, la constante que determina dicha proporcionalidad depende del material del cual está fabricado el cuerpo; a esa constante de proporcionalidad se le da el nombre de módulo de elasticidad.

 

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II. Esfuerzo

Como ya dijimos, el esfuerzo que experimenta un sólido al aplicarsele una fuerza P se define como la fuerza por unidad de área:

En donde A representa el área transversal de aplicación de la fuerza P sobre el cuerpo.

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Figura 1. Muestra una fuerza P aplicada sobre una viga que provoca un esfuerzo, cuyo valor puede ser calculado con la fórmula anterior

Si el esfuerzo es positivo, entonces se trata de un esfuerzo de tracción, y si el esfuerzo es negativo, se trata de un esfuerzo de compresión.

Las unidades del esfuerzo son las siguientes:

En el sistema métrico SI:
P se expresa en Newtons (N).
A se expresa en metros cuadrados (m²).

Las unidades del esfuerzo se expresan en o Pascales. En la práctica, se utilizan múltiplos del Pascal, como el kilo Pascal (kPa), el mega Pascal (MPa) y el giga Pascal (GPa). A continuación tenemos las equivalencias de cada una de estas unidades:

En el sistema inglés:
P se expresa en libras (Lb).
A  en pulgadas cuadradas (pulg2).

De este modo, las unidades del esfuerzo se expresan en Lb/ pulg² o en kilo libras por pulgada cuadrada (kLb/pulg2); a las Lb/ pulg2 también les llama PSI por sus siglas en inglés.

 

III. Deformación

Si al aplicar una fuerza P a una varilla ésta presenta un alargamiento  y  es constante en toda la varilla, la deformación  es constante y se obtiene de la siguiente forma:

Donde:
L es la longitud del elemento antes de aplicar la carga.
 es el alargamiento que sufre el cuerpo cuando es aplicada la fuerza P
.


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Figura 2. Muestra el alargamiento de una varilla después de aplicarle una fuerza P

La siguiente animación muestra el efecto de aplicar un esfuerzo a una placa de concreto; cada imagen corresponde a un tipo diferente de concreto. En los tres casos el esfuerzo tiene la suficiente intensidad como para deformar los materiales de manera permanente.

a b c