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Elasticidad y plasticidad
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ELASTICIDAD Y PLASTICIDAD: LÍMITE ELÁSTICO Y PUNTO DE
ROTURA
Los sólidos bajo la acción de fuerzas externas pueden deformarse, y la relación de la
deformación unitaria con el esfuerzo se explica mediante los resultados experimentales
que se reflejan en el gráfico que se presenta en la Fig.1.
La deformación unitaria o relativa no es exactamente proporcional al esfuerzo. De la figura
se concluye que del origen al punto a, se tiene una línea recta cuya pendiente es el
módulo de Young, y que indica que la deformación de tensión (compresión) se rige según
Comportamiento elástico
LEY DE HOOKE
Deformación Plástica Deformación
Elástica
a
b
c
d Punto de
rotura o
fractura
Límite
elástico
Límite de
proporcionalidad
Fig. 1 Curva típica esfuerzo tensión – deformación unitaria: Se observa que la relación
de proporcionalidad directa (Ley de Hooke) entre estas cantidades sólo es válida para
cierto porcentaje (menor al 0.5)
e
la Ley de Hooke. Esto se produce a pequeños valores de la deformación unitaria . El
valor del esfuerzo correspondiente al punto a, a partir del cual se altera sensiblemente la
proporcionalidad se denomina limite proporcional o de proporcionalidad.
Del punto a al punto b, la relación de proporcionalidad ya no se da, por lo que en ese
tramo no se cumple la ley de Hooke,
Al quitar gradualmente la carga, partiendo de cualquier punto entre b y el origen, la curva
se sigue a la inversa hasta que el material recupera su longitud original, (las dimensiones
anteriores y su forma), lo que hace de la deformación del sólido algo reversible, donde las
fuerzas son conservativas y la energía potencial almacenada en el sólido durante la
deformación, es usada por el trabajo realizado en el momento de la recuperación. La
región se denomina de comportamiento elástico, el punto b, recibe el nombre de punto de
relajamiento, y el esfuerzo correspondiente límite elástico o punto de cedencia.
Cuando los valores del esfuerzo sobrepasan el límite de elasticidad, aparece la
deformación denominada deformación plástica o flujo plástico, la cual no desaparece por
completo al cesar la acción de las fuerzas. Si a partir por ejemplo, del punto c se empieza
a retirar la carga, el cuerpo no volverá a la posición inicial según la línea cba-origen, la
disminución de esta deformación estará representada por la línea ce: el cuerpo tendrá una
longitud mayor que la inicial, ya que conservará una deformación permanente de tracción:
la deformación plástica es irreversible. Pequeños aumentos en el esfuerzo producirán
incrementos grandes en la deformación, hasta llegar al punto d en el que se presenta la
fractura o rotura. El esfuerzo requerido para causar la rotura
Los materiales que tienen una zona plástica considerable como el que se presenta en la
figura 1, reciben el nombre de dúctiles. Si el valor del esfuerzo que provoca la rotura no se
diferencia mucho del correspondiente al límite de elasticidad, implicando la presentación
de la fractura cerca del punto b, el cuerpo experimentará deformaciones permanentes
insignificantes, y se denominará quebradizo o frágil.
El esfuerzo requerido para que se produzca la rotura, recibe el nombre de esfuerzo de
rotura, resistencia límite, carga de rotura, resistencia a la tensión (deformación en longitud
de tensión).
Para algunos materiales el esfuerzo en ningún tramo es proporcional a la deformación
unitaria pero el comportamiento siempre es elástico porque al retirar la carga, recuperará
su longitud original. La diferencia en la región plástica estriba en que la curva
correspondiente al aumento del esfuerzo es una, y cuando disminuye es otra (Fig. 2). Esto
se denomina histéresis elástica. El trabajo efectuado por el cuerpo cuando recupera su
forma original es menor que el necesario para deformarlo; en este caso se presentan
fuerzas no conservativas asociadas a la fricción interna.
El desarrollo de la deformación en función del esfuerzo, para cada material dado, depende
de la elaboración del material y de la duración de la carga. Un mismo cuerpo sometido a
cargas breves puede comportarse como quebradizo, y sometido a cargas de larga
duración, aunque débiles, puede sufrir deformaciones plásticas tan intenses que se le
puede considerar dúctil.
El mayor o menor grado de la dependencia de la deformación respecto al tiempo, no se
refleja en la ley de Hooke ni en los esquemas que han sido explicados. Estrictamente
hablando, después de empezar a actuar el esfuerzo, la deformación no se establece
inmediatamente, y después de cesar la acción de la carga, la deformación tampoco
desaparece po completo: queda parte de ella, que va desapareciendo lentamente con el
tiempo.
Si bien es cierto únicamente se presenta y analiza el caso de la deformación en longitud,
lo discutido se aplica a todos los tipos de deformación que experimentan los sólidos.
BIBLIOGRAFIA
1. FISICA PARA LAS CIENCIAS DE LA VIDA Y LA SALUD, Mac Donald/Burns, Fondo Educativo Interamericano, S.A.
E S F U R E Z O
Fig. 2
2. BIOFISICA, Alberto Pompa Núñez, Editorial Félix Varela, La Habana, 2002, Primera reimpresión
3. Física para Ciencias e Ingenierías, Volumen I, Sexta Edición, Serway – Jewett, México, 2005.
4. Física Universitaria, Volumen 1, Décimosegunda edición, Editorial Addison-Wesley, Sears-Zemansky, México, 2009.
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