Preguntas y respuestas sobre el módulo de Young
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El módulo de Young, o el módulo de elasticidad en tensión o compresión (es decir, tensión negativa), es una propiedad mecánica que mide la rigidez a la tracción o a la compresión de un material sólido cuando la fuerza se aplica longitudinalmente. Cuantifica la relación entre el esfuerzo de tracción/compresión
Aunque el módulo de Young debe su nombre al científico británico del siglo XIX Thomas Young, el concepto fue desarrollado en 1727 por Leonhard Euler. Los primeros experimentos que utilizaron el concepto de módulo de Young en su forma actual fueron realizados por el científico italiano Giordano Riccati en 1782, lo que es 55 años anterior al trabajo de Young[2] El término módulo deriva de la raíz latina modus, que significa medida.
Un material sólido sufre una deformación elástica cuando se le aplica una pequeña carga en compresión o extensión. La deformación elástica es reversible, lo que significa que el material vuelve a su forma original después de retirar la carga.
Cuando la tensión y la deformación son casi nulas, la curva tensión-deformación es lineal, y la relación entre la tensión y la deformación se describe mediante la ley de Hooke, que establece que la tensión es proporcional a la deformación. El coeficiente de proporcionalidad es el módulo de Young. Cuanto más alto sea el módulo, más tensión se necesita para crear la misma cantidad de deformación; un cuerpo rígido idealizado tendría un módulo de Young infinito. Por el contrario, un material muy blando (como un fluido) se deformaría sin fuerza y tendría un módulo de Young nulo.
Módulo de Young preguntas y respuestas pdf
Un modelo de cuerpo rígido es un ejemplo idealizado de un objeto que no se deforma bajo la acción de fuerzas externas. Es muy útil cuando se analizan sistemas mecánicos, y muchos objetos físicos son efectivamente rígidos en gran medida. La medida en que un objeto puede percibirse como rígido depende de las propiedades físicas del material del que está hecho. Por ejemplo, una pelota de ping-pong de plástico es frágil, y una pelota de tenis de goma es elástica cuando se le aplican fuerzas de aplastamiento. Sin embargo, en otras circunstancias, tanto una pelota de ping-pong como una de tenis pueden rebotar bien como cuerpos rígidos. Del mismo modo, quien diseña prótesis puede aproximarse a la mecánica de las extremidades humanas modelándolas como cuerpos rígidos; sin embargo, la combinación real de huesos y tejidos es un medio elástico.
En lo que queda de este capítulo, pasamos de considerar las fuerzas que afectan al movimiento de un objeto a las que afectan a la forma del mismo. Un cambio de forma debido a la aplicación de una fuerza se conoce como deformación. Se sabe que incluso fuerzas muy pequeñas causan alguna deformación. La deformación la experimentan los objetos o los medios físicos bajo la acción de fuerzas externas; por ejemplo, puede tratarse de aplastar, apretar, rasgar, retorcer, cizallar o tirar de los objetos. En el lenguaje de la física, hay dos términos que describen las fuerzas que actúan sobre los objetos que se deforman: tensión y deformación.
Tensión y deformación problemas de ejemplo con solución pdf
Una de las pruebas más importantes en ingeniería es saber cuándo un objeto o material se doblará o romperá, y la propiedad que nos lo indica es el módulo de Young. Es una medida de la facilidad con la que un material se estira y se deforma.
Mientras que k para un muelle es la constante del muelle, la cantidad de extensión de un cable depende de su área transversal, su longitud y el material del que está hecho. El módulo de Young (E) es una propiedad del material que nos indica la facilidad con la que se puede estirar y deformar y se define como la relación entre la tensión de tracción (σ) y la deformación de tracción (ε). Donde la tensión es la cantidad de fuerza aplicada por unidad de superficie (σ = F/A) y la deformación es la extensión por unidad de longitud (ε = dl/l).
Para diferentes tipos de materiales, los gráficos de tensión-deformación pueden tener un aspecto muy diferente. Los materiales frágiles tienden a ser muy resistentes porque pueden soportar mucha tensión, no se estiran mucho y se rompen repentinamente. Los materiales dúctiles tienen una región elástica más amplia en la que la relación tensión-deformación es lineal, pero en el primer giro (el límite elástico), la linealidad se rompe y el material ya no puede volver a su forma original. El segundo pico es la resistencia última a la tracción y nos indica el esfuerzo máximo que puede soportar un material antes de romperse. Los materiales plásticos no son muy resistentes pero pueden soportar mucha tensión. El módulo de Young viene dado por el gradiente de la línea en un gráfico de tensión-deformación.
Problemas de tensión-deformación con soluciones
Esta sección contiene sugerencias para ejercicios educativos en clase y antes de la clase, mientras que en una sección separada se sugiere una tarea posterior a la clase para evaluar la comprensión del Módulo por parte de los estudiantes.
Los ejercicios de esta sección son más apropiados para clases de hasta 50 alumnos, en las que los estudiantes pueden organizarse fácilmente en pequeños grupos en los que discutirán casos o realizarán actividades antes de que los representantes del grupo proporcionen información a toda la clase. Aunque es posible tener la misma estructura de grupos pequeños en clases grandes con varios cientos de estudiantes, es más difícil y el profesor puede querer adaptar las técnicas de facilitación para garantizar el tiempo suficiente para las discusiones de grupo, así como para proporcionar retroalimentación a toda la clase. La forma más sencilla de abordar la necesidad de un debate en grupos pequeños en una clase numerosa es pedir a los alumnos que discutan los temas con los cuatro o cinco estudiantes que estén sentados cerca de ellos. Dadas las limitaciones de tiempo, no todos los grupos podrán dar su opinión en cada ejercicio. Se recomienda que el profesor haga selecciones al azar y trate de garantizar que todos los grupos tengan la oportunidad de dar su opinión al menos una vez durante la sesión. Si el tiempo lo permite, el profesor podría facilitar un debate en el plenario después de que cada grupo haya proporcionado sus comentarios.
