¿Que es el ESFUERZO de TORSION? 😎✔

Summary

El esfuerzo de torsión es un fenómeno común en la vida real, presente en mecanismos de transmisión de vehículos, sistemas de generación eléctrica y otras construcciones. Este video ofrece una visión detallada de cómo se produce el esfuerzo de torsión, su significado y cómo se calcula. Se utiliza como ejemplo una barra de sección circular sujeta a dos momentos de giro opuestos en sus extremos, lo que provoca una deformación de torsión. La deformación es máxima en la superficie externa y cero en el eje central, debido a la simetría circular de la barra. La tensión tangencial, que es contraria al momento de torsión, varía linealmente a lo largo de la sección. La ley de Hooke se aplica para relacionar la tensión tangencial con el módulo de elasticidad transversal y la deformación tangencial. El cálculo del ángulo de torsión involucra el uso del momento polar de inercia, una propiedad que describe la resistencia de una sección a la deformación de torsión. Finalmente, se proporcionan ecuaciones simples para analizar las deformaciones y tensiones generadas por el esfuerzo de torsión. Sin embargo, se destaca que estos cálculos son aplicables solo a barras con geometría circular y que en otros casos la torsión puede complicar considerablemente los cálculos debido a la deformación de las secciones de la barra.

Takeaways

• 🔩 El esfuerzo de torsión es una fuerza que causa la rotación o deformación en torsión de un objeto, como una barra de sección circular.
• 🌀 Se produce un momento de torsión, también conocido como torque, cuando se aplican dos momentos de giro en sentidos contrarios a los extremos de una barra.
• 📐 La deformación por torsión se mide por el ángulo de torsión, que indica la cantidad de giro que ha sufrido una sección con respecto a su estado inicial.
• ⭕ La simetría circular de la barra permite que las secciones roten sin cambiar su geometría, lo que se debe a la distribución uniforme del esfuerzo.
• 📏 La deformación cortante, causada por el esfuerzo de torsión, varía linealmente desde el eje de la barra hasta su superficie externa, siendo máxima en la superficie.
• 📐 La tensión tangencial, que es la tensión causada por el esfuerzo de torsión, también varía linealmente a través de la sección de la barra, y se calcula usando la ley de Hooke.
• ⚖️ El equilibrio estático se logra cuando la suma de todas las tensiones tangenciales en cada elemento diferencial equilibra el momento de torsión aplicado.
• 📉 La tensión tangencial es cero en el centro de la sección y aumenta hasta alcanzar su valor máximo en la superficie externa de la barra.
• ⭕ El momento polar de inercia es un concepto clave en el cálculo de la resistencia de una sección a la torsión y se define como la capacidad de resistencia de una sección a girar.
• 🔢 A través del análisis, se deduce la relación entre el ángulo de torsión, el torsor aplicado, la longitud de la barra, el módulo de elasticidad transversal y el momento polar de inercia.
• 📐 La tensión tangencial se puede calcular exactamente utilizando una integral que involucra el momento de torsión y el momento polar de inercia.
• ⚠️ Todas estas deducciones y cálculos son aplicables solo a barras con geometría circular; en otros casos, la torsión puede causar deformaciones más complejas en las secciones de la barra.

Q & A

¿Qué es el esfuerzo de torsión y cómo aparece en diferentes aplicaciones?

El esfuerzo de torsión es una deformación que ocurre cuando un material es girado o torcido alrededor de su eje longitudinal. Aparece en mecanismos de transmisión de vehículos, sistemas de generación eléctrica y en muchas otras construcciones o aplicaciones de la vida real.

¿Cómo se produce el esfuerzo de torsión en una barra de sección circular?

El esfuerzo de torsión en una barra de sección circular se produce cuando se aplican dos momentos de giro en sentidos contrarios en sus extremos. Esto provoca que la barra gire o se refuerce alrededor de su eje.

¿Qué es el momento torsor y cómo se relaciona con la torsión de una barra?

El momento torsor, o torque, es la fuerza aplicada que causa la torsión. Se llama así al momento que produce la rotación de una sección en torno a su eje longitudinal, y su aplicación genera la torsión de la barra.

¿Cómo se define la deformación cortante en una barra sometida a esfuerzo de torsión?

La deformación cortante se define por el ángulo Gamma, que es el ángulo formado entre dos líneas que antes estaban alineadas y, después de la torsión, se han desplazado relativamente. La deformación cortante varía linealmente desde el centro de la sección hasta la superficie exterior.

¿Cómo se relaciona el ángulo de torsión con la deformación de una sección en una barra sometida a esfuerzo de torsión?

El ángulo de torsión representa la cantidad que ha girado una sección concreta con respecto al estado inicial, medido desde el centro de la sección. Es una medida de la deformación que ha sufrido la sección debido al esfuerzo de torsión.

¿Qué es el esfuerzo cortante y cómo se relaciona con el esfuerzo de torsión?

El esfuerzo cortante es una tensión que actúa en un material en dirección perpendicular a la superficie sobre la cual actúa. Se relaciona con el esfuerzo de torsión porque este último genera una deformación cortante, lo que a su vez provoca tensiones tangenciales en la sección transversal de la barra.

¿Cómo se calcula la tensión tangencial en una barra sometida a esfuerzo de torsión?

Para calcular la tensión tangencial, se analiza internamente la barra y se considera un elemento diferencial a una distancia 'ro' del centro. La tensión tangencial 'tau' actúa sobre este elemento y es contraria al momento torsor. Se utiliza la integral de todas las tensiones 'tau' sobre cada elemento diferencial para equilibrar el torsor aplicado.

¿Cómo se relaciona el ángulo de torsión con el momento polar de inercia?

El ángulo de torsión se relaciona con el momento polar de inercia a través de la ecuación que involucra el torsor aplicado, la longitud de la barra, el módulo de elasticidad transversal y el momento polar de inercia. El momento polar de inercia describe la resistencia de una sección ante el fenómeno de torsión.

¿Por qué la deformación cortante es cero en el eje de la barra y aumenta hasta la superficie exterior?

La deformación cortante es cero en el eje de la barra porque ese es el punto central de simetría y no hay desplazamiento relativo entre los lados. A medida que se aleja del eje hacia la superficie exterior, la deformación cortante aumenta debido a la aplicación del momento torsor, que causa un deslizamiento relativo entre los lados de la barra.

¿Qué sucede si la geometría de la barra no es circular y se somete a esfuerzo de torsión?

Si la geometría de la barra no es circular, la torsión puede causar deformaciones en las secciones de la barra, lo que complica considerablemente los cálculos. Las ecuaciones y métodos de cálculo que se aplican a barras de sección circular no son directamente aplicables en estos casos.

¿Cómo se puede utilizar el conocimiento del esfuerzo de torsión en el diseño de estructuras y componentes mecánicos?

El conocimiento del esfuerzo de torsión es crucial en el diseño de estructuras y componentes mecánicos para asegurar su integridad y funcionamiento adecuado. Se puede utilizar para analizar la resistencia de materiales a la deformación por torsión, para dimensionar adecuadamente las secciones de barras y para prever el comportamiento de las estructuras bajo cargas torque.

¿Cuál es la importancia de entender el esfuerzo de torsión en el ámbito de la ingeniería mecánica?

La importancia de entender el esfuerzo de torsión en la ingeniería mecánica radica en su capacidad para influir en la integridad y la vida útil de las estructuras y componentes. Un diseño adecuado que tenga en cuenta el esfuerzo de torsión puede prevenir fallos y mejora la eficiencia y seguridad en una amplia gama de aplicaciones, desde vehículos hasta estructuras de edificios.