Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

Grado 11 → Propiedades de la materia → Elasticidad y deformación ↓


Deformación y límite elástico de los sólidos


Cuando hablamos de deformación y límite elástico de los sólidos, básicamente estamos explorando el concepto de cómo reaccionan las sustancias cuando se les aplica una fuerza. Este es un tema importante en el campo de la física, especialmente en el estudio de la elasticidad y las propiedades de los materiales. Vamos a entender estos conceptos en profundidad descomponiéndolos en componentes simples y comprensibles.

¿Qué es la deformación?

La deformación es lo que le ocurre a un material cuando se le aplica una fuerza externa, causando que su tamaño o forma cambie. Los materiales reaccionan de manera diferente a estas fuerzas dependiendo de sus propiedades. La deformación puede ser temporal, lo que significa que el material regresa a su forma original una vez que se retira la fuerza, o puede ser permanente.

Imagina una banda de goma. Cuando la estiras, su forma cambia, pero tan pronto como la sueltas, vuelve a su forma original. Este es un ejemplo de deformación temporal. Compáralo con doblar un alambre de metal hasta que quede permanentemente doblado; esto es deformación permanente.

Fuerza aplicada Original estirado

Tipos de deformación

La distorsión se puede clasificar en dos tipos principales:

1. Deformación elástica

La deformación elástica es reversible. Cuando se quita la fuerza, el material retorna a su forma original. Esto sucede cuando aprietas un resorte o estiras una banda de goma, y luego la sueltas.

2. Deformación plástica

La deformación plástica es irreversible. Cuando un material es deformado por una fuerza, no regresa a su forma original. Piensa en doblar una cuchara de metal; una vez doblada, permanece así.

Tanto la deformación elástica como la plástica dependen en gran medida de las propiedades del material y de la forma en que los átomos o moléculas en el material están enlazados entre sí.

Entendiendo el límite elástico

El límite elástico es la cantidad de estrés o fuerza que un material puede soportar sin experimentar deformación permanente. Representa el límite hasta el cual el material se deformará elásticamente. Más allá de este punto, llamado el punto de fluencia, el material se deforma plásticamente.

punto de fluencia Tensión deformación

En términos prácticos, los ingenieros utilizan el límite elástico de un material para garantizar que estructuras como puentes, edificios y máquinas no fallen bajo las cargas esperadas. Al elegir materiales con el límite elástico adecuado, pueden diseñar estructuras que permanecen seguras y funcionales.

La ley de Hooke y la elasticidad

Uno de los principios fundamentales que describe el comportamiento de los materiales deformables es la ley de Hooke. Nombrada en honor al físico británico del siglo XVII Robert Hooke, esta ley establece que para deformaciones pequeñas, la fuerza requerida para estirar o comprimir un resorte es proporcional al cambio en la longitud. En términos matemáticos, la ley de Hooke se escribe como:

F = k * Δx

Donde:

  • F es la fuerza aplicada en el objeto,
  • k es la constante del resorte, que es una medida de la rigidez del resorte/material,
  • Δx es el cambio en la longitud.

Esta relación lineal se cumple hasta que el material alcanza su límite elástico, más allá del cual el material puede comportarse como plástico.

Estrés y deformación

Para entender completamente la deformación, es importante comprender los conceptos de estrés y deformación.

Tensión

El estrés es la fuerza ejercida sobre un material en el área a la que se aplica. Se define como:

Estrés = Fuerza / Área

Generalmente se mide en pascales (Pa), que es igual a un newton por metro cuadrado.

Deformación

La deformación, en cambio, es la medida de la deformación experimentada por el cuerpo en la dirección de la fuerza aplicada. En términos simples, es la relación entre el cambio en la longitud y la longitud original:

Deformación = Cambio en la Longitud / Longitud Original

La deformación es una cantidad adimensional porque es la relación entre dos longitudes.

Módulo de elasticidad

La relación entre el estrés y la deformación en la región elástica de los materiales está representada por el módulo de elasticidad, también conocido como módulo de Young. Es una medida de cuánto se estira o contrae un material bajo una fuerza aplicada.

Módulo de Elasticidad (E) = Estrés / Deformación

Ejemplos reales de deformación y límite elástico

Para comprender mejor los conceptos de deformación y límite elástico, consideremos situaciones del mundo real.

Materiales de construcción

En la construcción de edificios, los materiales utilizados deben tener un alto límite elástico para soportar cargas pesadas sin deformarse permanentemente. Por ejemplo, el acero se utiliza comúnmente debido a su alto límite elástico y su capacidad de volver a su forma original después de haber sido sometido a estrés dentro de los límites.

Diseño automotriz

La industria automotriz diseña el marco y los componentes de un coche utilizando materiales con límites elásticos específicos que maximizan la seguridad y el rendimiento. El objetivo es absorber la mayor cantidad de energía posible durante una colisión manteniendo la integridad estructural del habitáculo del pasajero.

Consideremos las zonas de deformación en los coches. Están diseñadas para deformarse (sufrir deformación plástica) de manera controlada para absorber la energía de una colisión, reduciendo las fuerzas transferidas a los ocupantes.

zona de deformación Compartimento del motor

Material deportivo

En los deportes, los materiales se seleccionan según cómo se deforman. Por ejemplo, las cuerdas de una raqueta de tenis deben tener la elasticidad adecuada para deformarse y recuperarse lo suficientemente rápido como para impartir giro y velocidad a la bola de tenis. Materiales como grafito y fibras de alta resistencia se utilizan en la fabricación de raquetas por sus propiedades favorables de estrés-deformación.

Factores que afectan la deformación y el límite elástico

Varios factores afectan el proceso de deformación de un material y su límite elástico:

  • Temperatura: A temperaturas más elevadas, el material puede volverse más flexible y dúctil bajo tensiones más bajas.
  • Velocidad de aplicación de la carga: La aplicación rápida de fuerza puede producir un comportamiento de deformación diferente al de una fuerza aplicada lentamente.
  • Estructura del material: La disposición y el tipo de átomos en un material afectan significativamente su límite elástico.

Prueba del límite elástico

En ingeniería, es importante determinar con precisión el límite elástico de un material. Esto a menudo se logra a través de pruebas estandarizadas, como la prueba de tracción. En la prueba de tracción, una muestra de material se estira hasta que se deforma plásticamente para determinar el punto de fluencia, la resistencia a la tracción máxima y el punto de ruptura.

Resistencia Máxima a la Tracción (RMT) = Máximo Estrés que Puede Soportar el Material

Conclusión

La deformación y el límite elástico de los sólidos son conceptos fundamentales en física e ingeniería, importantes para el diseño y análisis de estructuras y materiales. Comprender cómo los materiales reaccionan a las fuerzas externas ayuda a los ingenieros a garantizar la seguridad y funcionalidad en una variedad de aplicaciones, desde rascacielos hasta equipos deportivos. Al reconocer los límites de la elasticidad y el inicio de la deformación plástica, se pueden tomar decisiones informadas sobre la selección de materiales para usos específicos.


Grado 11 → 3.2.3


U
username
0%
completado en Grado 11

← Anterior (3.2.2)
Módulo de elasticidad y aplicaciones
Siguiente (4) →
Física térmica

Comentarios 



Deformación y límite elástico de los sólidos

https://www.physicsflow.com/g11/3.2.3?pfal=es