Fisica 2 | Cecyt 6

Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas.
En el estado sólido las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido.
Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da lugar a diversas estructuras cristalinas.
Al aumentar la temperatur a aumenta la vibración de las partículas.

El sólido amorfo es un estado sólido de la materia, en el que las partículas que conforman el sólido carecen de una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas. Esta clasificación contrasta con la de sólidos cristalinos, cuyos átomos están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas.
Muchos sólidos amorfos son mezclas de moléculas que no se pueden apilar bien. Casi todos los demás se componen de moléculas grandes y complejas. Entre los sólidos amorfos más conocidos destaca el vidrio.
Un mismo compuesto, según el proceso de solidificación, puede formar una red cristalina o un sólido amorfo. Por ejemplo, según la disposición espacial de las moléculas de sílice (SiO₂), se puede obtener una estructura cristalina (el cuarzo) o un sólido amorfo (el vidrio).

Solido Cristalino

Solido Amorfo

LEY DE HOOKE (ELASTICIDAD)

Cuando un objeto de somete a fuerzas externas o esfuerzos, sufre cambios de tamaño o de forma, o de ambos. Esos cambios dependen del arreglo de los átomos y su enlace en el material.

Cuando un peso jala y estira a otro y cuando se le quita este peso y regresa a su tamaño normal decimos que es un cuerpo elástico.

Elasticidad: Propiedad de cambiar de forma cuando actúa una fuerza de deformación sobre un objeto, y el objeto regresa a su forma original cuando cesa la deformación.

Los materiales no deformables se les llaman inelásticos (arcilla, plastilina y masa de repostería). El plomo también es inelástico, porque se deforma con facilidad de manera permanente.

Si un cuerpo se estira o se comprime más allá de cierta cantidad, ya no regresa a su estado original, y permanece deformado, a esto se le llama límite elástico.

*Cuando se tira o se estira a lo largo se dice que está en tensión .

*Cuando se comprime algo se dice que está en compresión-

Ley de Hooke:

La cantidad de estiramiento o de compresión (cambio de longitud), es directamente proporcional a la fuerza aplicada.

F=Kx

Donde K es el módulo de elasticidad

K= E / D ( esfuerzo / deformación en N/m)

E = F/A ( fuerza /área en N /m²)

Compresion

Tension

Esfuerzo de corte o cizalladora.

El módulo de cizalladura o de rigidez (también llamado módulo de elasticidad transversal) es una constante elástica que caracteriza el cambio de forma que experimenta un material elástico cuando se aplican esfuerzos cortantes.

Este módulo recibe una gran variedad de nombres, entre los que cabe destacar los siguientes: Módulo de rigidez, módulo de corte, módulo de cortadura, módulo elástico tangencial, módulo de elasticidad transversal.

Esquema para la medición del esfuerzo cortante.

GRAFICA ESFUERZO DEFORMACIÒN DE UN MATERIAL ELASTICO

Zona elástica

Zona plástica

Limite elástico

Límite de cedencia

Punto de ruptura del material

El material se deforma hasta un máximo, denominado punto de ruptura. Entre el límite de la deformación elástica y el punto de ruptura tiene lugar la deformación plástica.

Si entre el límite de la región elástica y el punto de ruptura tiene lugar una gran deformación plástica el material se denomina dúctil. Sin embargo, si la ruptura ocurre poco después del límite elástico el material se denomina frágil.

En la figura de arriba, se representa el comportamiento típico de esfuerzo - deformación unitaria de un material como el caucho. El esfuerzo no es proporcional a la deformación unitaria (curva de color rojo), sin embargo, la sustancia es elástica en el sentido que si se suprime la fuerza sobre el material, el caucho recupera su longitud inicial. Al disminuir el esfuerzo la curva de retorno (en color azul) no es recorrida en sentido contrario.

La falta de coincidencia de las curvas de incremento y disminución del esfuerzo se denomina histéresis elástica. Un comportamiento análogo se encuentra en las sustancias magnéticas.

La deformación por compresión o tensión, acortamiento o alargamiento respectivamente, matemáticamente se expresa:

D= ∆L / L

Donde D es la deformación (adimensional)

∆L = variación en la longitud expresada en metros

L= longitud original del cuerpo antes de recibir el esfuerzo en metros

Módulo de Young

Cuando en el módulo de elasticidad se sustituyen las ecuaciones del esfuerzo y la deformación se obtiene el llamado módulo de Young (Y) donde:

Y = F/A

∆L/L

Por lo tanto Y = FL /A∆L en N/m²

El módulo de Young es una propiedad característica de las sustancias sólidas. Conocer su valor nos permitirá calcular la deformación que sufrirá un cuerpo al someterse a un esfuerzo.

Limite elástico

Límite elástico es el esfuerzo máximo que un cuerpo puede resistir sin perder sus propiedades elásticas.

Le= Fm / A

Donde Le = límite elástico en N/m²

Fm= Fuerza máxima en newtons (N)

A= área de la sección transversal (m²)

MODULO DE YOUNG Y LIMITE ELASTICO PARA ALGUNOS MATERIALES

MATERIAL	MODULO DE YOUNG (N/m²⁾	LIMITE ELASTICO (N/m²)
Aluminio en lámina	7x10¹⁰	1.4x10⁸
Acero Templado	20x10¹⁰	5x10⁸
Latón	9x10¹⁰	3.8x10⁸
Cobre	12.5 x10¹⁰	1.6x10⁸
Hierro	8.9x10¹⁰	1.8x10⁸
Oro	8x10¹⁰

EJERCICIOS PROPUESTOS.

1. Una barra metálica de 2 m de largo recibe una fuerza que le provoca un alargamiento o variación en su longitud de 0.3 cm. ¿Cuál es el valor de la deformación lineal?

2. Un resorte de 0.2 m de longitud es comprimido por una fuerza que lo acorta a 0.12m. Calcular el valor de la compresión unitaria o deformación lineal?

3. El módulo de elasticidad de un resorte es igual a 120 N/m. ¿Cuál será su deformación al recibir un esfuerzo de 8 N?

4. Calcular el módulo de elasticidad de un resorte, al cual se le aplica un esfuerzo de 600 N y se deforma 20 cm.

5. Calcular la fuerza máxima que puede soportar una varilla de acero templado si el área de su sección transversal es de 3 cm².

6. Una varilla de hierro de 1.2 m de longitud y 2.46 cm² de área de su sección transversal se suspende del techo; si soporta una masa de 400kg en su extremo inferior, ¿Cuál será su alargamiento?

7. Un alambre de acero templado de 3mm de diámetro soporta un peso de 250 N. Calcular :

a) ¿Qué esfuerzo de tensión soporta?

b) ¿Cuál es el peso máximo que puede resistir sin exceder su límite elástico

8. ¿Cuál será la carga máxima que puede aplicársele a un alambre de cobre de diámetro igual a 0.45 cm, para no rebasar su límite elástico? Encuentra también el alargamiento del alambre si se le aplica la carga máxima y tiene una longitud inicial de 90 cm.

9. Un alambre de aluminio de 150 cm de longitud y 2.46 cm² de su sección transversal se suspende del techo. ¿Qué peso soporta en su extremo inferior si sufre un alargamiento de 0.5 x10^-4 m?

10. Un alambre de hierro de 5mm de diámetro soporta un peso de 180 N. Calcular:

a) ¿Qué esfuerzo de tensión soporta?

b) ¿Cuál es el peso que puede soportar sin exceder su límite elástico?