Tensió mecànica
En física i ingenieria, es denomina tensió mecànica a la magnitut física que representa la força per unitat d'àrea en l'entorn d'un punt material sobre una superfície real o imaginària d'un mig continu. És dir posseïx unitats físiques de pressió. La definició anterior s'aplica tant a forces localisades com a forces distribuïdes, uniformemente o no, que actuen sobre una superfície. En l'objecte d'explicar cóm es transmeten a través dels sòlits les forces externes aplicades, és necessari introduir el concepte de tensió, sent est el concepte físic més rellevant de la mecànica dels mijos continus, i de la teoria de l'elasticitat en particular.
L'estrés expressa la forças interna que partícules veïnes d'un material continu eixercixen entre sí, mentres que "strain" és la mida de la deformació del material.[1] Per eixemple, quan una barra vertical sòlida soporta un pes elevat, cada partícula de la barra espenta a les partícules immediatament inferiors. Quan un líquit està en un recipient tancat baix pressió, cada partícula és espentada contra totes les partícules circumdants. Les parets del recipient i la superfície que induïx la pressió (com un pistón) espenten contra elles en reacció (newtoniana). Estes forces macroscòpiques són en realitat el resultat net d'un gran número de forces intermoleculars i colisiones entre les partícules d'eixes molècules. La tensió se sol representar en la lletra grega minúscula sigma (σ).
La deformació dins d'un material pot sorgir per varis mecanismes, com la tensió aplicada per forces externes al material (com la gravetat) o a la seua superfície (com forces de contacte, pressió externa o fricció). Qualsevol esforç (deformació) d'un material sòlit genera una tensió elàstica interna, anàloga a la força de reacció d'un resort, que tendix a restaurar el material al seu estat original no deformat. En els líquits i gasos, només les deformacions que canvien el volum generen tensions elàstiques persistents. Si la deformació canvia gradualment en el temps, inclús en els decorreguts sol haver certa tensió viscosa, que s'opon a eixe canvi. Les tensions elàstiques i viscoses solen combinar-se baix el nom de tensió mecànica.
Pot existir una tensió significativa inclús quan la deformació és insignificant o inexistent (una suposició comuna quan es modela el fluix d'aigua). Pot existir tensió en absència de forces externes; esta tensió incorporada és important, per eixemple, en el formigó pretensado i el vidre templat. La tensió també pot impondre's en un material sense l'aplicació de les forces netes, per eixemple per canvis de temperatura o química, o per camp electromagnètic extern (com en els materials piezoelèctrics i magnetostrictivos).
La relació entre la tensió mecànica, la deformació i el taxa de canvi de deformació pot ser prou complicada, encara que una aproximació llineal pot ser adequada en la pràctica si les cantitats són suficientment menudes. Una tensió que supere certs llímits de resistència del material donarà lloc a una deformació permanent (com fluix plàstic, fractura, cavitación) o inclús canviarà la seua estructura cristalina i composició química.
Història
[editar | editar còdic]El ser humà coneix les tensions en l'interior dels materials des de l'antiguetat. Fins a el XVII, este coneiximent era en gran mida intuïtiu i empíric, encara que açò no va impedir el desenroll de tecnologies relativament alvançades com el arc compost i el bufat de vidre.[2]
A lo llarc de varis milenis, els arquitectes i constructors en particular varen deprendre a unir voltons de fusta i blocs de pedra cuidadosadament molejats per a soportar, transmetre i distribuir la tensió de la manera més eficaç, en ingeniosos dispositius com els capiteles, arcs, cúpulas, cerchas i els arbotantes de les catedrals gòtiques.
Els arquitectes antics i medievals varen desenrollar alguns métodos geomètrics i fòrmules senzilles per a calcular el tamany adequat de pilars i voltons, pero la comprensió científica dels esforços només va ser possible despuix de l'invenció de les ferramentes necessàries en els sigles XVII i XVIII: El rigorós método experimental de Galileo Galilei, les coordenades i la geometria analítica de René Descartes, i les lleis del moviment i l'equilibri i el càlcul d'infinitesimals de Newton.[3] En eixes ferramentes, Augustin-Louis Cauchy va ser capaç de donar el primer model matemàtic rigorós i general d'un cos elàstic deformat introduint les nocions de tensió i deformació.[4] Cauchy va observar que la força a través d'una superfície imaginària era una funció llineal del seu vector normal; i, ademés, que devia ser una funció simètrica (en moment total nul). La comprensió de la tensió en els líquits va començar en Newton, qui va proporcionar una fòrmula diferencial per a les forces de fricció (tensió tallant) en fluix laminar paralel.
Definició
[editar | editar còdic]La tensió es definix com la força a través d'una menuda frontera per unitat d'àrea d'eixa frontera, per a totes les orientacions de la frontera.[5] Derivada d'una cantitat física fonamental (força) i d'una cantitat purament geomètrica (àrea), la tensió és també una cantitat fonamental, com la velocitat, el parell o la energia, que pot quantificar-se i analisar-se sense consideració explícita de la naturalea del material o de les seues causes físiques.
Seguint les premisses bàsiques de la mecànica del continu, la tensió és un concepte macroscòpic. És dir, les partícules considerades en la seua definició i anàlisis deuen ser lo suficientment menudes com per a ser tractades com a homogénees en composició i estat, pero lo suficientment grans com per a ignorar els efectes de la quàntica i els moviments detallats de les molècules. Aixina, la força entre dos partícules és en realitat el promig d'un gran número de forces atòmiques entre les seues molècules; i les cantitats físiques com la massa, la velocitat i les forces que actuen a través de la massa dels cossos tridimensionals, com la gravetat, se supon que es distribuïxen suaument sobre ells.[6]<span title="Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «DecodeEncode».">: Plantilla:R/where Depenent del context, també es pot supondre que les partícules són lo suficientment grans com per a permetre el promediado d'atres característiques microscòpiques, com els grans d'una barra de metal o les fibras d'un tros de fusta.
Cuantitativamente, la tensió s'expressa per mig del vector de tracció de Cauchy T definit com la força de tracció F entre parts adjacents del material a través d'una superfície de separació imaginària S, dividida per l'àrea de S.[7]<span title="Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «DecodeEncode».">: Plantilla:R/where En un decorregut en repòs la força és perpendicular a la superfície, i és la coneguda pressió. En un sòlit, o en una fluix de líquit viscós, la força F pot no ser perpendicular a S; per lo tant, la tensió a través d'una superfície deu considerar-se una cantitat vectorial, no escalar. Ademés, la direcció i la magnitut depenen generalment de l'orientació de S. Aixina, l'estat de tensió del material deu ser descrit per un tensor, cridat tensor de tensions; que és un funció llineal que relaciona la vector normal n d'una superfície S en el vector de tracció T a través de S. Sobre qualsevol coordenades elegit, el tensor de tensions de Cauchy pot representar-se com una matriu simètrica de 3×3 número real. Inclús dins d'un cos homogéneu, el tensor de tensions pot variar d'un lloc a un atre, i pot canviar en el temps; per lo tant, la tensió dins d'un material és, en general, un camp tensorial que varia en el temps.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «org/what-is-shear-stress-materials-definition/ Qué és l'estrés de cisallament - Materials - Definició» (en és-us).
- ↑ Estructures, o, Per qué les coses no cauen, 2. Dona Cape Press edició, Cambridge, MA: Dona Cape Press. ISBN 0306812835.
- ↑ Jacob Lubliner (2008). "Plasticity Theory"
- Archivat el 31 de març de 2010 archivat en Wayback Machine. (revised edition). Dover Publications. ISBN 0-486-46290-0
- ↑ https://archive.org/details/historyofstrengt0000clave_k8r2/page/110/mode/2up, pp.107-110
- ↑ Wai-Fah Chen and Dona-Jian Han (2007), "Plasticity for Structural Engineers". J. Ross Publishing ISBN 1-932159-75-4
- ↑ Peter Chadwick (1999), "Continuum Mechanics: Concise Theory and Problems". Dover Publications, séries "Books on Physics". ISBN 0-486-40180-4. pages
- ↑ I-Shih Liu (2002), "Continuum Mechanics". Springer ISBN 3-540-43019-9
- Este artícul conté una traducció derivada de «Tensión mecánica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.