Tensión mecánica
magnitud en física e ingeniería / De Wikipedia, la enciclopedia encyclopedia
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En física e ingeniería, se denomina tensión mecánica a la magnitud física que representa la fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material sobre una superficie real o imaginaria de un medio continuo. Es decir posee unidades físicas de presión. La definición anterior se aplica tanto a fuerzas localizadas como fuerzas distribuidas, uniformemente o no, que actúan sobre una superficie. Con el objeto de explicar cómo se transmiten a través de los sólidos las fuerzas externas aplicadas, es necesario introducir el concepto de tensión, siendo este el concepto físico más relevante de la mecánica de los medios continuos, y de la teoría de la elasticidad en particular.
Tensión (σ) | ||
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Tensiones residuales en el interior de un plástico reveladas por fotoelasticidad mediante luz polarizada | ||
Magnitud | Tensión (σ) | |
Tipo | Magnitud vectorial | |
Unidad SI | Pascal | |
Otras unidades | Megapascal (MPa) Bar (unidad de presión) | |
El estrés expresa la fuerzas interna que partículas vecinas de un material continuo ejercen entre sí, mientras que "strain" es la medida de la deformación del material.[1] Por ejemplo, cuando una barra vertical sólida soporta un peso elevado, cada partícula de la barra empuja a las partículas inmediatamente inferiores. Cuando un líquido está en un recipiente cerrado bajo presión, cada partícula es empujada contra todas las partículas circundantes. Las paredes del recipiente y la superficie que induce la presión (como un pistón) empujan contra ellas en reacción (newtoniana). Estas fuerzas macroscópicas son en realidad el resultado neto de un gran número de fuerzas intermoleculares y colisiones entre las partículas de esas moléculas. La tensión se suele representar con la letra griega minúscula sigma (σ).
La deformación dentro de un material puede surgir por varios mecanismos, como la tensión aplicada por fuerzas externas al material (como la gravedad) o a su superficie (como fuerzas de contacto, presión externa o fricción). Cualquier esfuerzo (deformación) de un material sólido genera una tensión elástica interna, análoga a la fuerza de reacción de un resorte, que tiende a restaurar el material a su estado original no deformado. En los líquidos y gases, sólo las deformaciones que cambian el volumen generan tensiones elásticas persistentes. Si la deformación cambia gradualmente con el tiempo, incluso en los fluidos suele haber cierta tensión viscosa, que se opone a ese cambio. Las tensiones elásticas y viscosas suelen combinarse bajo el nombre de tensión mecánica.
Puede existir una tensión significativa incluso cuando la deformación es insignificante o inexistente (una suposición común cuando se modela el flujo de agua). Puede existir tensión en ausencia de fuerzas externas; esta tensión incorporada es importante, por ejemplo, en el hormigón pretensado y el vidrio templado. La tensión también puede imponerse en un material sin la aplicación de las fuerzas netas, por ejemplo por cambios de temperatura o química, o por campo electromagnético externo (como en los materiales piezoeléctricos y magnetostrictivos).
La relación entre la tensión mecánica, la deformación y el tasa de cambio de deformación puede ser bastante complicada, aunque una aproximación lineal puede ser adecuada en la práctica si las cantidades son suficientemente pequeñas. Una tensión que supere ciertos límites de resistencia del material dará lugar a una deformación permanente (como flujo plástico, fractura, cavitación) o incluso cambiará su estructura cristalina y composición química.