Explicación de la tensión de tracción:definición, fórmula, unidades y ejemplos prácticos

La tensión de tracción es un concepto esencial para comprender la resistencia de los materiales y su capacidad para soportar cargas en el mundo real. Es la relación entre una fuerza de estiramiento y el área de la sección transversal de un material. Este artículo analizará la definición, la fórmula y la unidad de medida de la tensión de tracción cuando se calcula.

¿Qué es la tensión de tracción?

La tensión de tracción es la relación entre una fuerza de estiramiento que actúa sobre un material y el área de la sección transversal de ese material. Es la fuerza por unidad de área que pone en tensión un objeto. La tensión de tracción se mide en pruebas de materiales estandarizadas para indicar la resistencia a la tracción:la tensión máxima que un material puede soportar antes de romperse. Es un parámetro clave en la selección de materiales y ocurre cuando una fuerza de estiramiento actúa sobre un material, o en otras palabras, cuando un objeto está bajo "tensión".

¿Cuándo ocurre la tensión de tracción?

La tensión de tracción se produce cuando una fuerza de estiramiento actúa sobre un material, o en otras palabras, cuando un objeto está bajo tensión.

¿Qué se puede calcular cuando la tensión de tracción actúa sobre un material?

Cuando la tensión de tracción actúa sobre un material, hay una serie de propiedades esenciales que se pueden calcular como resultado, entre ellas:

1. Módulo de resiliencia

El módulo de resiliencia es la cantidad de energía almacenada elásticamente en un material por unidad de volumen. La resiliencia se calcula como el área bajo la curva tensión-deformación de tracción, antes del límite elástico (antes de que el material comience a deformarse plásticamente). La resiliencia indica la energía almacenada en un material que está bajo tensión, ya que la energía se puede calcular como el producto de la fuerza (tensión) y la distancia (deformación). El módulo de resiliencia es específicamente por unidad de volumen.

2. Módulo elástico

El módulo de elasticidad, también conocido como módulo de elasticidad o módulo de Young, se puede calcular aplicando tensión de tracción a un material. El módulo de elasticidad es la relación entre la tensión de tracción y la deformación longitudinal (estiramiento). Se calcula como el gradiente de la curva de tensión de tracción en la sección elástica. El módulo de elasticidad infiere cuánta tensión experimentará un material cuando se somete a una tensión de tracción específica.

3. Estrés por fractura

La tensión de fractura es la tensión de tracción a la que el material se rompe (fracturas). En una prueba de tensión de tracción, la tensión de fractura es la tensión registrada al final de la prueba cuando se produce la ruptura. Para materiales dúctiles, la tensión de fractura será menor que la tensión máxima de tracción, ya que se produce estricción en la muestra de material.

4. Esfuerzo de tracción último

El esfuerzo de tracción último es el esfuerzo de tracción máximo que un material es capaz de soportar antes de fracturarse. Durante las pruebas (según la ley de Hooke), la tensión es proporcional a la deformación (estiramiento) de un material en la región de deformación elástica. A medida que aumenta la tensión, el material comienza a deformarse plásticamente (irreversiblemente). El esfuerzo de tracción máximo ocurrirá en el material en un punto de la deformación plástica; este es el esfuerzo de tracción último. A medida que la tensión aumenta más allá de este punto, la tensión de tracción cae hasta la fractura.

La fórmula para la tensión de tracción

La fórmula para la tensión de tracción es simplemente fuerza sobre área, escrita como:

σ =F/A

La tensión de tracción es la relación entre la fuerza de estiramiento aplicada y el área de la sección transversal del material que experimenta la tensión.

¿Cuál es la unidad de tensión de tracción?

La unidad de tensión de tracción es el pascal (Pa). Esto es fuerza sobre área, similar a la presión; por tanto, la tensión de tracción comparte unidades con la presión. Por lo tanto, las unidades también se pueden expresar como N/m2 o psi. Debido a la magnitud de las resistencias a la tracción de los materiales comunes, la unidad más comúnmente utilizada es MPa (1 x 106 Pa).

¿Qué es el símbolo de tensión de tracción?

El símbolo de la tensión de tracción es la letra griega minúscula sigma σ.

¿Cómo calcular la tensión de tracción?

Para calcular la tensión de tracción, primero comience con la fórmula:

σ =F/A

La tensión de tracción se calcula como la fuerza de tracción aplicada, dividida por el área de la sección transversal. El segundo paso es entonces establecer la fuerza que actúa sobre el material, en newtons o libras-fuerza. El tercer paso es calcular el área de la sección transversal sobre la que actúa la fuerza. Esta es específicamente el área perpendicular a la dirección del esfuerzo de tracción. Es fundamental considerar la posible deformación del objeto debido a la tensión de tracción que actúa sobre él. La tensión hace que el material se estire, lo que lo adelgaza y reduce su área de sección transversal. Por lo tanto, lo ideal sería medirlo en situaciones de estrés. Finalmente, la tensión de tracción se calcula dividiendo la fuerza por el área de la sección transversal.

¿Cómo entender la curva de tensión de tracción?

Para comprender la curva de tensión de tracción, es importante que primero aprenda cómo se crea la curva. El material a probar, en forma de mancuerna (o hueso de perro), se coloca en una máquina que agarra cada extremo. Luego, las empuñaduras se separan lentamente, lo que aumenta la tensión (desplazamiento) del material e induce tensión. La deformación se aumenta hasta que el material se rompe y la tensión se mide en todo momento. Se traza la relación entre tensión y deformación, con la deformación en constante aumento en el eje X y la tensión resultante en el eje Y.

En segundo lugar, hay puntos clave que deben identificarse en la curva de tensión de tracción; consulte la Figura 1 a continuación: