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Todo material reaccionara de distinta manera al estar sometido a distintas cargas en su superficie, pudiendo presentar niveles de deformación y de esfuerzo únicos, demostrando distintas reacciones tales como cambios en su tamaño, en su forma o tal vez el quiebre de la misma. por eso debido a las distintas cualidades de los materiales, estos podrán ser mas dúctiles, elásticos, resistentes y frágiles en comparación con otros materiales cuando se sometan a distintas cargas. A continuación se presentaran distintos términos asociados al estudio de las cualidades de los materiales cuando se les somete a esfuerzos y cargas axiales.
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Se define como la fuerza por unidad de superficie que soporta o se aplica sobre un cuerpo, es decir es la relación entre la fuerza aplicada y la superficie donde se aplica. Una fuerza aplicada a un cuerpo no genera el mismo esfuerzo sobre cada una de las superficies del cuerpo, pues al variar la superficie, varia la relación fuerza / superficie, lo que comprende el esfuerzo
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Torsión: Las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre su eje central. Están sometidos a esfuerzos de torsión los ejes, las manivelas y los cigüeñales.
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Tracción: Hace que se separen entre sí las distintas partículas que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lámpara, la cadena queda sometida a un esfuerzo de tracción, tendiendo a aumentar su longitud.
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Compresión: Hace que se aproximen las diferentes partículas de un material, tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos. Cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura.
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Flexión: Es una combinación de compresión y de tracción. Mientras que las fibras superiores de la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se alargan, las inferiores se acortan, o viceversa. Al saltar en la tabla del trampolín de una piscina, la tabla se flexiona. También se flexiona un panel de una estantería cuando se carga de libros o la barra donde se cuelgan las perchas en los armarios.
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La deformación se define como cualquier cambio en la posición o en las relaciones geométricas internas sufridas por un cuerpo siendo consecuencia de la aplicación de un campo de esfuerzos, por lo que se manifiesta como un cambo de forma, de posición, de volumen o de orientación. Puede tener todos estos componentes, cuando esto ocurre se dice que la deformación es total.
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Elástica: Este tipo de deformación es reversible. Una vez que ya no se aplican las fuerzas, el objeto vuelve a su forma original.
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Plástica: Este tipo de deformación es irreversible. Sin embargo, un objeto en el rango de deformación plástica primero se han sometido a deformación elástica, que es reversible, por lo que el objeto volverá forma parte a su forma original
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Fatiga: La fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas.
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Fractura: Este tipo de deformación también es irreversible. Una ruptura se produce después de que el material ha alcanzado el extremo de la goma, de plástico y, a continuación, los rangos de deformación.
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La relación esfuerzo-deformación se puede tratar teóricamente con el uso de la primera ley de termodinámica, correspondiente a la ley de conservación de la energía. Debe notarse, que la cantidad total de energía en un sistema es generalmente indeterminado, por lo que sólo cambios en la energía interna son medibles. Estos cambios se determinan por la primera ley de la termodinámica. Si los efectos electromagnéticos se ignoran, esta ley se describe como: El trabajo realizado por un sistema mecánico por la acción de fuerzas externas y el calor que fluye dentro del sistema proveniente del exterior es igual al incremento de la energía interna más el incremento de energía cinética.
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La ley de elasticidad de Hooke o ley de Hooke, establece la relación entre el alargamiento o estiramiento longitudinal y la fuerza aplicada. La elasticidad es la propiedad física en la que los objetos con capaces de cambiar de forma cuando actúa una fuerza de deformación sobre un objeto.El objeto tiene la capacidad de regresar a su forma original cuando cesa la deformación. Depende del tipo de material. Los materiales pueden ser elásticos o inelásticos. Los materiales inelásticos no regresan a su forma natural.
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El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia y rigidez del material estructural, estas propiedades se pueden relacionar si se evalúa una barra sometida a una fuerza axial para la cual se registra simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estos valores permiten determinar el esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado diagrama de esfuerzo y deformación. Los diagramas son similares si se trata del mismo material y de manera general permite agrupar los materiales dentro de dos categorías con propiedades afines que se denominan materiales dúctiles y materiales frágiles. Los diagramas de materiales dúctiles se caracterizan por ser capaces de resistir grandes deformaciones antes de la rotura, mientras que los frágiles presentan un alargamiento bajo cuando llegan al punto de rotura.
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