¿Qué es la ley de Hooke? – Esfuerzo cortante – Definición

En caso de tensión de tensión de una barra uniforme (curva tensión-deformación), la ley de Hooke describe el comportamiento de una barra en la región elástica. En esta región, el alargamiento de la barra es directamente proporcional a la fuerza de tracción y la longitud de la barra e inversamente proporcional al área de la sección transversal y al módulo de elasticidad . Hasta una tensión límite, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke,la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young .

Podemos extender la misma idea de relacionar el esfuerzo con la deformación y las aplicaciones de corte en la región lineal, relacionando el esfuerzo de corte con la deformación de corte para crear la ley de Hooke para el esfuerzo de corte :

Para materiales isotrópicos dentro de la región elástica, puede relacionar la relación de Poisson (ν), el módulo de elasticidad de Young (E) y el módulo de elasticidad de corte (G):

Módulo de elasticidad de corte

El módulo de cizallamiento, o módulo de rigidez, se deriva de la torsión de una probeta cilíndrica. Describe la respuesta del material al esfuerzo cortante. Su símbolo es G. El módulo de corte es una de varias cantidades para medir la rigidez de los materiales y surge en la ley de Hooke generalizada.

• Esfuerzo cortante . El esfuerzo cortante existe cuando dos partes de un material tienden a deslizarse entre sí en cualquier plano típico de cortante al aplicar una fuerza paralela a ese plano. La torsión es una variación de corte puro en el que se tuerce un miembro estructural. Las fuerzas de torsión producen un movimiento de rotación alrededor del eje longitudinal de un extremo del miembro con respecto al otro extremo. El esfuerzo cortante también es de gran importancia en la naturaleza, ya que está íntimamente relacionado con el movimiento descendente de los materiales terrestres (como en el caso de las avalanchas).
• Esfuerzos por cizallamiento. Una deformación cortante resulta de un esfuerzo cortante y es una deformación calculada a partir de los desplazamientos relativos que se miden en paralelo a dos planos de referencia. Las deformaciones cortantes miden el movimiento paralelo relativo de un plano de referencia con respecto a otro. El símbolo de la deformación por cizallamiento suele ser el símbolo griego en minúsculas gamma (γ).

En muchas situaciones, el límite elástico se utiliza para identificar la tensión permisible a la que se puede someter un material. Para los componentes que tienen que soportar altas presiones, como los que se utilizan en los reactores de agua a presión (PWR), este criterio no es adecuado. Para cubrir estas situaciones, la  teoría  de falla del esfuerzo cortante máximo se ha incorporado en el Código de recipientes a presión y calderas de ASME (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos), Sección III, Reglas para la construcción de recipientes a presión nucleares. Esta teoría establece que la falla de un componente de tubería ocurre cuando el esfuerzo cortante máximo excede el esfuerzo cortante en el punto de fluencia en una prueba de tracción.

1. Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 1 y 2. Enero de 1993.
2. Departamento de Energía de EE. UU., Ciencia de Materiales. DOE Fundamentals Handbook, Volumen 2 y 2. Enero de 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Ciencia e Ingeniería de Materiales: Introducción 9ª Edición, Wiley; 9a edición (4 de diciembre de 2013), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Eberhart, Mark (2003). Por qué se rompen las cosas: entender el mundo a través de la forma en que se desmorona. Armonía. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introducción a la Termodinámica de Materiales (4ª ed.). Taylor y Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. y Mancini, HL (2004). Introducción a la ciencia de los materiales. Prensa de la Universidad de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Materiales: ingeniería, ciencia, procesamiento y diseño (1ª ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introducción a la ingeniería nuclear, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

Véase más arriba:

Ley de Hooke