Energia y Minas

E

n las aplicaciones técnicas se utiliza una amplia variedad de materiales. En
general. La
aplicabilidad de un material depende de sus propiedades
mecánicas. En algunos casos, conviene que el material resista una fuerza o
momento de torsión aplicados; por ejemplo, los que se aplican al eje de un
automóvil. En otros casos, se requiere un material que pueda estirarse o deformarsefácilmente; por ejemplo, la goma es el caso de la banda de hule de una llanta de
automóvil.
Un aspecto importante de la ciencia de los materiales es la caracterización de las
propiedades mecánicas que posee un cuerpo.
Las propiedades de un material dependen de su composición y de su estructura
interna. Los procesos internos que ocurren en los materiales cuando son sometidos a
fuerzas resultancomplejos. No obstante, se manifiestan en cambios de sus
propiedades volumétricas, las cuales es posible medir físicamente. Los términos y
parámetros con que se describe el comportamiento de los materiales constituirán el
tema central del presente capítulo.

ESFUERZO Y DEFORMACIÓN
Una banda de hule suele describirse como un material elástico, o sea recuperará su
longitud original después de serestirada. Sin embargo, todos los materiales sólidos
son elásticos en cierto grado, incluso el acero. Es decir, un sólido deformado
recuperará su forma y dimensiones
originales cuando se suprima la fuerza
deformadora, a condición de que ésta no sea demasiado grande. La deformación
elástica de muchos sólidos no puede descubrirse visualmente, pero es fácil detectarla
y medirla con instrumentosespeciales de gran sensibilidad.
La causa de toda deformación es la aplicación de una fuerza, y esto se expresa en
términos de esfuerzo. El esfuerzo es la razón de la fuerza aplicada F y el área
sobre la cual actúa, es decir
Esfuerzo =

F
A

Por ejemplo, si se aplica una tracción (fuerza) de 100 lb a un cable con un área de
sección transversal de 0.50 in2, el esfuerzo sobre él es 100lb/0.50 in2 = 200 lb/in2 (o
sea psi) La unidad del estrés en el Sistema Internacional es de N/m2.
Se prefiere el termino esfuerzo al de simple fuerza, porque tiene en cuenta el
material y nos da la condición de la fuerza promedio que existe dentro del material.

Hay dos tipos de esfuerzo: el longitudinal, o esfuerzo normal, y el transversal o
esfuerzo cortante. (figura)

Figura: Tipos deesfuerzo: a) esfuerzo longitudinal o normal. La fuerza aplicada es perpendicular o normal al
área. Un esfuerzo longitudinal puede ser tensil o compresional. b) esfuerzo transversal o de corte. La fuerza
aplicada es tangencial o paralela a la superficie. El esfuerzo cortante puede ser traslacional o torsional.

En el esfuerzo normal, la fuerza aplicada es normal o perpendicular a la superficie. Siun esfuerzo normal tiende a alargar la dimensión del material, se le da el nombre de
esfuerzo tensil.
En el ejemplo anterior, el esfuerzo es tensil. Si un esfuerzo normal tiende a
comprimir el material, se denomina esfuerzo compresivo.
En un esfuerzo cortante (de corte), la fuerza aplicada es tangencial o paralela a la
superficie. Se distinguen dos tipos de este esfuerzo: Un esfuerzo cortantetraslacional, que tiende a trasladar la superficie, y un esfuerzo cortante torsional,
que tiende a deformar el material a consecuencia de un momento de torsión.
El resultado de un esfuerzo es una deformación material. La deformación es el
cambio relativo en la dimensión (o dimensiones) o bien en la forma de un cuerpo.
Por ejemplo en el caso de un esfuerzo tensil que alarga una barra de sulongitud
original Lo a una longitud L, la deformación será

cambio de longitud
longitud original
DL L - Lo
=
=
Lo
Lo

Deformación =

Una deformación comprensiva se define de manera similar; en ella el cambio de
longitud es una disminución y la deformación es negativa.

La deformación es una cantidad sin unidades, pues es la razón de las longitudes
(longitud/longitud). Sin...