Elasticidad de los Materiales
Summary
TLDREste video aborda la elasticidad de los materiales y cómo responden a la aplicación de una fuerza. Se explican tres situaciones posibles: ruptura, deformación permanente, o recuperación de la forma original. Se discuten ejemplos cotidianos de elasticidad y la importancia de elegir materiales adecuados para diversas aplicaciones. A través de un experimento con resortes y elásticos, se investiga la relación entre peso y alargamiento, introduciendo conceptos como la ley de Hooke y el módulo de Young. El video invita a reflexionar sobre el comportamiento de materiales bajo compresión y corte, incluyendo líquidos y gases.
Takeaways
- 🔬 La elasticidad de los materiales es un concepto clave en la física y la ingeniería, donde se estudia cómo los materiales responden a la aplicación de fuerzas.
- 🏗️ Al aplicar una fuerza momentánea a un objeto, pueden ocurrir tres situaciones: el objeto se rompe, se deforma irreversibly o regresa a su forma original.
- 🛠️ Los materiales que regresan a su forma original después de la aplicación de una fuerza son conocidos como elásticos y son esenciales en muchas aplicaciones prácticas.
- 🔍 Se pueden observar propiedades elásticas en la vida diaria, como en el estiramiento de materiales en diferentes objetos y su capacidad para recuperar su forma original.
- 🧐 La falta de elasticidad en los materiales utilizados en la construcción de objetos cotidianos podría resultar en su falla inminente y no cumplir con su función.
- 📏 El experimento con resortes y elásticos ayuda a medir la relación entre el peso (fuerza de deformación) y el alargamiento longitudinal del material.
- 📊 La ley de Hook establece que la deformación elástica es directamente proporcional a la fuerza ejercida, hasta alcanzar el límite de elasticidad del material.
- 📉 El módulo de elasticidad, también conocido como módulo de Jung, mide la resistencia de un material a la deformación y es una propiedad fundamental en la caracterización de materiales.
- 💧 No solo los sólidos, sino también los líquidos y gases muestran propiedades elásticas, como se ve en la compresibilidad y expansión.
- 🧵 En el bungee jumping, la relación entre el peso del adulto y el joven y el diámetro de la cuerda es crucial para garantizar una experiencia segura y similar.
- 🔋 Los avances en la ciencia de los materiales y la ingeniería de los materiales han permitido el desarrollo de materiales con propiedades elásticas mejoradas o específicas para aplicaciones particulares.
Q & A
¿Cuáles son las tres condiciones que pueden ocurrir cuando se aplica una fuerza momentánea sobre un objeto?
-El objeto se rompe debido a la fuerza, el objeto se deforma pero luego de aplicar la fuerza no vuelve a su forma original, o el objeto vuelve a su forma original después de aplicada la fuerza.
¿Qué propiedad poseen los materiales que tienden a volver a su forma original después de aplicar una fuerza?
-Los materiales que tienden a volver a su forma original después de aplicar una fuerza se dice que poseen propiedades elásticas.
¿En qué se basa el funcionamiento del dinamómetro tradicional inventado por Isaac Newton?
-El dinamómetro tradicional se basa en el estiramiento de un resorte dentro de un cilindro que lleva marcada una escala, que indica la fuerza ejercida sobre el resorte por una masa determinada colgada en su extremo inferior.
¿Cuál es la relación entre el peso y la longitud de alargamiento según la ley de Hooke?
-Según la ley de Hooke, la deformación elástica longitudinal que sufre un material es directamente proporcional al esfuerzo recibido, es decir, entre el peso y el alargamiento hay una relación directamente proporcional hasta un límite.
¿Qué es el límite de elasticidad y qué significa para los materiales elásticos?
-El límite de elasticidad es el punto máximo hasta el cual un material elástico puede deformarse y luego recuperar su tamaño y forma original después de retirar la fuerza. Si se aplica una fuerza mayor a este límite, el material queda deformado sin poder volver a su forma original.
¿Qué se llama la pendiente de la recta que muestra la relación entre la fuerza y el alargamiento en un gráfico y qué indica?
-La pendiente de la recta se llama módulo de elasticidad o módulo de Jung y describe la capacidad que tiene un material de resistirse a la deformación.
¿Cómo se calcula el módulo de Jung y qué unidades tiene?
-Para derivar el módulo de Jung se considera la fuerza que se ejerce sobre una superficie perpendicular del material y la razón entre el cambio de longitud versus la longitud inicial (estiramiento). El módulo de Jung se expresa en newton por metro cuadrado o en pascal.
¿Cómo se comportan los materiales líquidos y gaseosos frente a deformaciones por compresión y qué ejemplos de aplicaciones pueden tener?
-Los materiales como el agua y el gas también tienen propiedades elásticas. Se comportan de forma que pueden comprimirse y expandirse, y su elasticidad puede ser observada en aplicaciones como la presurización de botellas de gas o el funcionamiento de los cilindros de aire comprimido.
Si un adulto pesa el doble que un joven y ambos desean lanzarse en bungee jumping, ¿qué características debería tener la cuerda para el adulto?
-La cuerda para el adulto debería tener un grosor o diámetro mayor para soportar el doble de peso sin romperse, manteniendo el mismo material para que el estiramiento sea proporcional y permita que el adulto toque el agua del río.
¿Qué avances en la ciencia de materiales o ingeniería de los materiales han permitido la generación de materiales con mejores propiedades elásticas?
-Los avances incluyen el desarrollo de nuevos materiales compuestos, nanomateriales y técnicas de fabricación avanzadas que mejoran las propiedades elásticas, la resistencia a la deformación irreversible y la durabilidad de los materiales.
Outlines
🔬 Introducción a la Elasticidad de los Materiales
Este párrafo introduce el concepto de elasticidad en los materiales y describe tres posibles reacciones de un objeto al aplicarle una fuerza: romperse, deformarse temporalmente o volver a su forma original. Se menciona que los materiales que recuperan su forma después de la fuerza se denominan elásticos y son fundamentales en la construcción de diversos artefactos. Se invita al lector a reflexionar sobre la vida diaria y cómo la falta de elasticidad en los materiales podría afectar a la funcionalidad de estos objetos. Además, se plantea la importancia de conocer las propiedades mecánicas de los materiales para determinar su idoneidad y resistencia en diferentes aplicaciones.
📏 Experimento de Medición de Elasticidad
Se describe un experimento para medir las propiedades elásticas de diferentes materiales utilizando un resorte de acero y un elástico para billetes, junto con un dinamómetro. El dinamómetro, un instrumento que mide fuerzas y masa, se basa en el estiramiento de un resorte y su relación con la escala marcada. El procedimiento implica colgar pesos en el resorte y el elástico, medir su alargamiento y registrar los datos. Este experimento permite observar la relación entre el peso (fuerza de deformación) y el alargamiento del resorte, lo que a su vez ayuda a determinar la resistencia y la elasticidad de los materiales. Se sugiere que el material con menor alargamiento por peso es más resistente a la deformación irreversible.
📉 Ley de Hooke y Módulo de Elasticidad
Este párrafo explica la ley de Hooke, que establece que la deformación elástica es directamente proporcional a la fuerza aplicada, hasta un límite de elasticidad. Se discute cómo este límite es crucial, ya que si se supera, el material puede deformarse de manera irreversible o incluso romperse. Se introduce el concepto del módulo de elasticidad (módulo de Jung), que mide la resistencia de un material a la deformación y es una propiedad fundamental en la ingeniería de materiales. Se describe cómo el módulo de Jung se calcula y su importancia para predecir la deformidad de un material bajo ciertas fuerzas. Además, se explora la elasticidad en materiales líquidos y gaseosos, y se invita a investigar sobre el módulo de Jung de diferentes materiales, como el cobre, el acero y el latón.
🌌 Aplicaciones y Avances en la Ingeniería de Materiales
Finalmente, se presenta un escenario práctico de la elasticidad: el uso de una cuerda en el deporte de 'bungee jumping'. Se plantea un problema para estimar la resistencia necesaria de la cuerda para dos personas de diferentes pesos. Se sugiere investigar sobre los avances en la ciencia y la ingeniería de materiales que han permitido el desarrollo de materiales con propiedades elásticas mejoradas o diferentes. Se anima a la curiosidad y a la exploración de cómo estos avances afectan la funcionalidad y la seguridad en aplicaciones prácticas.
Mindmap
Keywords
💡Elasticidad
💡Fuerza
💡Deformación
💡Propiedades elásticas
💡Dinamómetro
💡Ley de Hooke
💡Módulo de elasticidad
💡Esfuerzo
💡Estiramiento
💡Materiales sólidos, líquidos y gaseosos
Highlights
La elasticidad de los materiales es un campo amplio en la ciencia y la ingeniería de los materiales.
Existen tres condiciones posibles cuando se aplica una fuerza a un objeto: rompimiento, deformación permanente o retorno a la forma original.
Los materiales que regresan a su forma original tras aplicar una fuerza son elásticos.
Existen muchos artefactos que requieren materiales elásticos para cumplir con su función.
La falta de elasticidad en los materiales puede hacer que los artefactos fallen en cumplir su función.
Los límites de resistencia y elasticidad de los materiales son importantes para determinar su uso adecuado.
El experimento con resorte y elástico ayuda a medir la relación entre peso y alargamiento para determinar propiedades elásticas.
El dinamómetro es un instrumento para medir fuerzas y la masa de un objeto basado en el estiramiento de un resorte.
La relación entre el peso y el alargamiento del resorte y el elástico se mide para entender la resistencia al alargamiento.
La ley de Hooke establece que la deformación elástica es proporcional al esfuerzo recibido hasta un límite.
El límite de elasticidad es el punto máximo hasta el cual un material puede recuperar su forma original después de ser deformado.
El módulo de elasticidad o módulo de Jung describe la capacidad de un material para resistirse a la deformación.
El módulo de Jung se expresa en newton por metro cuadrado o pascal y es una propiedad característica de los cuerpos sólidos.
Los materiales líquidos y gaseosos también tienen propiedades elásticas que se pueden medir por compresión.
Los avances en la ciencia y la ingeniería de los materiales han generado materiales con propiedades elásticas mejoradas o diferentes.
Es crucial investigar las propiedades elásticas de los materiales para construir artefactos que requieran de elasticidad.
La comparación del módulo de Jung entre materiales como cobre, acero y latón puede ayudar a elegir el material adecuado para una aplicación específica.
Transcripts
didac ticia
física
elasticidad de los materiales
cuando aplicamos una fuerza momentánea
sobre un objeto pueden darse tres
condiciones el objeto se rompe debido a
la fuerza
el objeto se deforma pero luego de
aplicar la fuerza no vuelve a su forma
original
el objeto vuelve a su forma original
luego de aplicada a la fuerza
puedes proponer ejemplos de estas tres
situaciones
aquellos materiales que tienden a volver
a su forma original
luego de aplicado una fuerza se dice que
poseen propiedades elásticas
ah
hay muchos artefactos usados en la
actualidad que para cumplir su función
necesitan de materiales con propiedades
elásticas
ah
comenta otros ejemplos donde se pueda
observar el estiramiento y elasticidad
de los materiales en la vida diaria
imagina qué sucedería si los materiales
con los que son fabricados estos
artefactos no tuvieran elasticidad
todos estos artefactos están construidos
a partir de materiales cuyas propiedades
mecánicas deben ser acordes con la
función que deben cumplir sus
propiedades han sido estudiadas
previamente para así determinar si son
ideales para cumplir la función de la
cual son destinados y también para
determinar los límites de su resistencia
y elasticidad
si no conocemos las propiedades
elásticas de los materiales estos pueden
fallar en cumplir su función
como podríamos saber qué materiales
escoger para la construcción de
distintos artefactos o de distintas
aplicaciones que requieran de
elasticidad
como podríamos determinar las
propiedades elásticas de cada material y
cuántas fuerzas la que pueden soportar
hagámoslo con el siguiente experimento
materiales
resorte de acero
elástico para billetes
soporte de madera o metal
ganchos o platillos para colocar los
pesos
pesas de 50 a 100 gramos
patel milimetrado
regla
dinamómetro
el dinamómetro es un instrumento
utilizado para medir fuerzas o para
determinar la masa de un objeto el
dinamómetro tradicional inventado por
isaac newton basa su funcionamiento en
el estiramiento de un resorte dentro de
un cilindro que lleva marcada una escala
que nos indica la fuerza ejercida sobre
el resorte por una masa determinada
colgada en su extremo inferior
coloca el dinamómetro el resorte y el
elástico en el soporte cuelga los
ganchos o receptáculos para los pesos en
su extremo inferior
con un papel milimetrado y utilizando
una regla registra en la altura inicial
del extremo inferior del gancho o
receptáculo
con lo k pesos iguales en el dinamómetro
el resorte y el elástico y registra el
valor del dinamómetro los gramos
añadidos y los milímetros de
alargamiento que sufre el resorte y el
elástico por cada gramo adicionado al
gancho o platillo
más
graphic hemos tus observaciones para
determinar la relación entre el peso
definido en este caso como la fuerza de
deformación y la longitud de
alargamiento del resorte y el elástico
qué observaciones puedes hacer con
respecto a la relación entre el peso y
la longitud del alargamiento
puedes determinar cuántos milímetros de
alargamiento sufre el resorte y el
elástico por cada gramo adicionado al
gancho o platillo porque la relación
entre el peso y el alargamiento cambia a
medida que se coloca mucho peso
bajo estas observaciones cuál es el
material que presenta mayor resistencia
al alargamiento por cantidad de peso
añadido
podrías hacer alguna diferencia acerca
de qué material sería más resistente a
deformarse irreversiblemente o romperse
cuando se le añade un peso mayor
a continuación verificaremos tus
respuestas revisando los conceptos de
elasticidad y la ley de hook
el estudio de la elasticidad de los
materiales es un campo bastante amplio
en la ciencia de los materiales y en la
ingeniería de los materiales esta
estudia la propiedad de oposición de un
material a deformarse bajo la acción de
una o varias fuerzas externas
cuando un cuerpo es elástico éste es
capaz de ejercer una fuerza opuesta a la
fuerza externa ésta le permite recuperar
su tamaño y forma original después de
ser deformados una vez desaparecida la
fuerza que causa la deformación el
científico británico robert hooke
determinó que mientras no se exceda el
límite de la actividad un cuerpo la
deformación elástica longitudinal que
sufre es directamente proporcional al
esfuerzo recibido como se explica en el
siguiente gráfico
cómo pudiste observar en tus mediciones
y como predice la ley de hook la
deformación elástica del material es
directamente proporcional a la fuerza o
peso que se ejerce sobre él pero solo
hasta un límite que se denomina límite
de elasticidad todos los materiales
elásticos tienen un límite de
elasticidad lo cual significa que si se
aplica una fuerza mayor a este límite el
material queda deformado sin poder
volver a su forma o tamaño original al
retirar la fuerza si la fuerza se sigue
aumentando aunque el material puede
seguir deformando se en forma
irreversible finalmente éste se rompe
cuando este límite de plasticidad se
sobrepasa
o
la pendiente de la recta se llama módulo
de elasticidad por tensión o módulo de
iun y describe la capacidad que tiene un
material de resistirse a la deformación
el módulo de hyung es una propiedad
característica de los cuerpos sólidos y
depende de la estructura molecular del
material
el módulo de hyung nos permite predecir
cuál será la deformidad de un material
al aplicar una fuerza determinada
mientras mayor es la pendiente o el
módulo de jung significa que se necesita
más fuerza para producir un cambio de
longitud en un material
por lo tanto el valor de la pendiente
representa la capacidad de resistirse a
la deformación
para derivar el módulo de jung debemos
considerar la fuerza que se ejerce sobre
una superficie perpendicular del
material en todos sus puntos en forma
homogénea
la razón entre la fuerza y la superficie
donde se aplica en este caso se conoce
como estrés o esfuerzo y su unidad es el
pascal
para normalizar los cambios de longitud
de un material independiente de su
tamaño inicial llamaremos a la razón
entre el cambio de longitud versus la
longitud inicial estiramiento
la longitud de un cuerpo elástico es
proporcional a la fuerza ejercida sobre
él
si consideramos las magnitudes físicas
de la fuerza y longitud podemos obtener
las unidades del módulo de jung
simbolizado por una y la cual se expresa
en newton por metro cuadrado o en unidad
de pascal es
averigua acerca de cómo se comportan los
materiales cuando estos se reciben de
formación por compresión o por corte
los materiales como el agua y el gas
también tienen propiedades elásticas
averigua cómo éstos se comportan frente
a deformaciones por compresión y busca
ejemplos de aplicaciones de la propiedad
elástica de materiales líquidos y
gaseosos
infiere el orden del valor del módulo de
jung de los siguientes materiales cobre
acero y latón verifica tus predicciones
buscando estos valores en internet o
bibliografía para seguir pensando e
investigando
un joven y un adulto desean lanzarse en
bungee desde un puente sobre el río el
adulto pesa el doble que el joven y son
de la misma estatura la cuerda
cilíndrica acusar al joven han calculado
se puede estirar para que el joven pueda
alcanzar a tocar el agua del río con las
manos de grosor o diámetro relativo
debería tener una cuerda fabricada del
mismo material para que el adulto que se
lanza después tuviera el mismo éxito
averigua acerca de los avances en
ciencia de materiales o ingeniería de
los materiales que han permitido la
generación de materiales con mejores o
diferentes propiedades elásticas
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