Unidades del módulo de elasticidad (módulo de Young)

septiembre 12, 2021admin

Antes de profundizar en los diferentes tipos y unidades del módulo de elasticidad (módulo de Young), veamos primero una amplia definición de esta importantísima propiedad mecánica.

Definición básica del módulo de elasticidad

También conocido como ‘módulo elástico’, es un valor medido que representa la resistencia de un material a la deformación elástica, es decir, su «elasticidad». Se aplica sólo a la deformación no permanente cuando está bajo el efecto de la tensión.

El módulo de elasticidad viene dado por el gradiente de la curva tensión-deformación en la región en la que se deforma elásticamente (véase más abajo – la sección lineal antes del «límite elástico»). A less stretchy (or stiffer) material has a comparatively high modulus of elasticity, whereas a stretchy or springy substance has a lower one.

The elastic modulus is often represented by the Greek symbol lambda, λ. It takes the form of stress divided by strain, thus:

λ= stress/strain

Stress is defined as the force that causes the deformation divided by the affected area.
Strain is defined as the displacement of the particles of the substance relative to a specific length.

stress-strain curve — Image courtesy of Breakdown from Wikimedia Commons

Types of modulus of elasticity

There are 3 main types of elastic modulus:

Young’s modulus
Shear modulus
Bulk modulus

These are the elastic moduli most frequently used in engineering. Echemos un vistazo a cada tipo y a cómo se pueden utilizar antes de entrar en las unidades del módulo de elasticidad.

Módulo de Young

Este es al que la mayoría de la gente se refiere cuando dice ‘módulo elástico’. Describe la cantidad que un material se deforma a lo largo de un eje determinado cuando se aplican fuerzas de tracción, también conocido como elasticidad de tracción. Puede describirse en términos sencillos como una medida de rigidez.

El módulo de Young puede simplificarse como la tendencia de una sustancia a alargarse y adelgazar.

Se define como la tensión de tracción dividida por la deformación de tracción (o la relación entre la tensión y la deformación) y se denota como E en los cálculos.

La principal aplicación del módulo de Young es predecir la extensión que puede producirse bajo tensión o el acortamiento que puede producirse bajo compresión. Esto es útil cuando se diseñan vigas o columnas en ingeniería estructural, por ejemplo.

Módulo de corte

El módulo de corte de un material es una medida de su rigidez. Se utiliza cuando una fuerza paralela a un eje determinado se encuentra con una fuerza opuesta, como la fricción. Puede simplificarse como la tendencia de una sustancia a pasar de una forma rectangular a un paralelogramo.

El módulo de cizallamiento se define como la relación entre la tensión de cizallamiento y la deformación de cizallamiento y se denota con los símbolos G, S o µ.

El módulo de cizallamiento se utiliza con mayor frecuencia en los cálculos que implican dos materiales en contacto y sometidos a fuerzas opuestas, es decir, al roce.

Módulo de masa

El módulo de masa es una propiedad termodinámica que se refiere a la resistencia a la compresión de una sustancia. Se puede simplificar como la tendencia del volumen de una sustancia a cambiar, pero permaneciendo la forma igual.

Se define como la relación entre el aumento de la presión y la disminución del volumen relativo. Se denota con los símbolos K o B.

Se utiliza con mayor frecuencia cuando se estudian las propiedades de los fluidos sometidos a compresión.

¿Cómo se mide el módulo elástico?

Para este apartado nos vamos a centrar en el módulo de Young, ya que es el que más comúnmente se asocia a la elasticidad.

Los métodos más comunes de medición son la aplicación de un ensayo de tensión, de flexión o de vibración de frecuencia natural. Las pruebas de flexión y tensión se basan en la aplicación de la ley de Hooke y se denominan métodos estáticos. El uso de la frecuencia natural proporciona un módulo elástico dinámico, ya que la prueba se realiza utilizando vibraciones.

Los métodos estáticos se llevan a cabo aplicando fuerzas paralelas o perpendiculares medibles, y registrando el cambio de longitud o la cantidad de deformación. Se utilizan dispositivos precisos que miden longitudes muy pequeñas, conocidos como «extensómetros» o galgas extensométricas mecánicas.