En este artículo vamos a hablar sobre el esfuerzo y la deformación en la resistencia de materiales, dos conceptos fundamentales para entender el comportamiento mecánico de los cuerpos sometidos a cargas externas.
El esfuerzo es la medida de la intensidad de las fuerzas internas que se generan en un material cuando se le aplica una carga externa. El esfuerzo se expresa como la fuerza por unidad de área y se mide en unidades de presión, como el pascal (Pa) o el megapascal (MPa).
La deformación es el cambio de forma o tamaño que sufre un material cuando se le aplica un esfuerzo. La deformación se expresa como la variación relativa de longitud o ángulo y se mide en unidades adimensionales, como el porcentaje (%) o el radian (rad).
La relación entre el esfuerzo y la deformación depende del tipo de material y del tipo de carga aplicada. Existen diferentes tipos de esfuerzos, como la tracción, la compresión, la flexión, la torsión y el cortante, que producen diferentes tipos de deformaciones, como la alargamiento, la contracción, la curvatura, el giro y el deslizamiento.
Los materiales pueden responder de forma diferente ante los esfuerzos y las deformaciones según sus propiedades mecánicas. Algunos materiales son más resistentes que otros, es decir, soportan mayores esfuerzos sin romperse. Algunos materiales son más dúctiles que otros, es decir, se deforman más antes de romperse. Algunos materiales son más elásticos que otros, es decir, recuperan su forma original al retirar el esfuerzo.
Para estudiar el comportamiento mecánico de los materiales se utiliza el diagrama esfuerzo-deformación, que representa gráficamente la variación del esfuerzo en función de la deformación para un tipo de carga determinado. El diagrama esfuerzo-deformación permite conocer las propiedades mecánicas de los materiales, como el límite elástico, el módulo de elasticidad, el límite de proporcionalidad, el límite de fluencia, el límite de rotura y la tenacidad.
El límite elástico es el valor máximo del esfuerzo para el cual la deformación es totalmente reversible, es decir, el material recupera su forma original al retirar el esfuerzo. El módulo de elasticidad es la pendiente de la parte inicial del diagrama esfuerzo-deformación y mide la rigidez del material, es decir, su resistencia a deformarse. El límite de proporcionalidad es el valor máximo del esfuerzo para el cual se cumple la ley de Hooke, que establece que el esfuerzo y la deformación son directamente proporcionales. El límite de fluencia es el valor mínimo del esfuerzo para el cual el material empieza a deformarse permanentemente, es decir, no recupera su forma original al retirar el esfuerzo. El límite de rotura es el valor máximo del esfuerzo que puede soportar el material antes de romperse. La tenacidad es el área bajo la curva del diagrama esfuerzo-deformación y mide la capacidad del material para absorber energía sin romperse.
El diagrama esfuerzo-deformación puede variar según el tipo de material y el tipo de carga aplicada. Por ejemplo, los materiales metálicos suelen tener un comportamiento dúctil, con una zona elástica lineal seguida de una zona plástica no lineal hasta llegar al punto de rotura. Los materiales cerámicos suelen tener un comportamiento frágil, con una zona elástica lineal muy corta seguida de una rotura brusca sin zona plástica. Los materiales poliméricos suelen tener un comportamiento viscoelástico, con una zona elástica no lineal que depende del tiempo y la temperatura.
En conclusión, el esfuerzo y la deformación son dos conceptos clave para entender la resistencia de materiales y su aplicación en ingeniería.