Todos los metales se deforman (estiramiento o compresa) cuando están estresados, en mayor o menor grado. Esta deformación es el signo visible de la tensión metálica llamada cepa metálica y es posible debido a una característica de estos metales llamada ductilidad & amp; # x2014; su capacidad de alargarse o reducirse en longitud sin romperse.
Estrés de cálculo
El estrés se define como la fuerza por unidad de área como se muestra en la ecuación & amp; # x3C3; = F / A.
El estrés a menudo está representado por la letra griega sigma (& amp; # x3C3;) y se expresa en newtons por metro cuadrado, o pascales (Pa). Para mayores tensiones, se expresa en megapascales (106 o 1 millón de Pa) o gigapascales (109 o mil millones de Pa).
La fuerza (F) es la aceleración de masa x, por lo que 1 newton es la masa requerida para acelerar un objeto de 1 kilogramo a una velocidad de 1 metro por segundo al cuadrado. Y el área (A) en la ecuación es específicamente el área de sección transversal del metal que sufre estrés.
Let & amp; apos; s dice que se aplica una fuerza de 6 newtons a una barra con un diámetro de 6 centímetros. El área de la sección transversal de la barra se calcula utilizando la fórmula A = & amp; # x3C0; r2. El radio es la mitad del diámetro, por lo que el radio es de 3 cm o 0.03 my el área es de 2.2826 x 10-3 m2.
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A = 3.14 x (0.03 m) 2 = 3.14 x 0.0009 m2 = 0.002826 m2 o 2.2826 x 10-3 m2
Ahora usamos el área y la fuerza conocida en la ecuación para calcular el estrés:
&erio; # x3C3; = 6 newtons / 2.2826 x 10-3 m2 = 2,123 newtons / m2 o 2,123 Pa
Calculando la cepa
La cepa es la cantidad de deformación (estiramiento o compresión) causada por la tensión dividida por la longitud inicial del metal como se muestra en la ecuación & amp; # x3B5; = dl / l0. Si hay un aumento en la longitud de una pieza de metal debido al estrés, se conoce como tensión de tracción. Si hay una reducción en la longitud de los apostos, se llama cepa de compresión.
La cepa a menudo está representada por la letra griega epsilon (& amp; # x3B5;), y en la ecuación, dl es el cambio de longitud y l0 es la longitud inicial.
La cepa no tiene unidad de medida porque es una longitud dividida por una longitud y, por lo tanto, se expresa solo como un número. Por ejemplo, un cable que & amp; apos; s inicialmente de 10 centímetros de largo se estira a 11.5 centímetros; su cepa es 0.15.
&erio; # x3B5; = 1.5 cm (el cambio en la longitud o cantidad de estiramiento) / 10 cm (longitud inicial) = 0.15
Materiales dúctiles
Algunos metales, como el acero inoxidable y muchas otras aleaciones, son dúctiles y producen bajo tensión. Otros metales, como hierro fundido, se fracturan y se rompen rápidamente bajo estrés. Por supuesto, incluso el acero inoxidable finalmente se debilita y se rompe si se pone bajo suficiente estrés.
Metales como la curva de acero con bajas emisiones de carbono en lugar de romperse bajo tensión. Sin embargo, en cierto nivel de estrés, alcanzan un punto de rendimiento bien entendido. Una vez que alcanzan ese punto de rendimiento, el metal se endurece. El metal se vuelve menos dúctil y, en cierto sentido, se vuelve más duro. Pero si bien el endurecimiento por esfuerzo hace que sea menos fácil deformar para el metal, también hace que el metal sea más frágil. El metal frágil puede romperse o fallar con bastante facilidad.
Materiales frágiles
Algunos metales son intrínsecamente frágiles, lo que significa que son particularmente susceptibles de fractura. Los metales frágiles incluyen aceros con alto contenido de carbono. A diferencia de los materiales dúctiles, estos metales no tienen un punto de rendimiento bien definido. En cambio, cuando alcanzan un cierto nivel de estrés, se rompen.
Los metales frágiles se comportan muy como otros materiales frágiles como el vidrio y el concreto. Al igual que estos materiales, son fuertes de ciertas maneras & amp; # x2014; pero debido a que no pueden doblarse o estirarse, no son apropiados para ciertos usos.
Fatiga metálica
Cuando los metales dúctiles están estresados, se deforman. Si se elimina la tensión antes de que el metal alcance su punto de rendimiento, el metal vuelve a su forma anterior. Si bien el metal parece haber vuelto a su estado original, sin embargo, han aparecido pequeñas fallas a nivel molecular.
Cada vez que el metal se deforma y luego vuelve a su forma original, se producen más fallas moleculares. Después de muchas deformaciones, hay tantas fallas moleculares que el metal se agrieta. Cuando se forman suficientes grietas para que se fusionen, se produce fatiga irreversible del metal.
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