Cómo determinar el módulo de ruptura

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Actualizado el 28 de diciembre de 2019

Por S. Hussain Ather

Si necesita averiguar qué tan fuerte es un material, una forma es probar qué tan fácil es romperlo. los módulo de ruptura, también conocida como resistencia a la flexión o resistencia a la ruptura transversal, le brinda la máxima capacidad de carga justo antes de que se rompa un material. Para un material como la madera, el módulo de ruptura tiene aplicaciones en ingeniería y construcción.

El módulo de ruptura es una medida de presión o fuerza por unidad de área. Los científicos e ingenieros utilizan una serie de magnitudes de presión para determinar el módulo de ruptura. Puede encontrarlo expresado en unidades de pascales o megapascales, así como en libras por pulgada cuadrada o psi.

A medida que los materiales se doblan en respuesta a la tensión, se comprimen por un lado y se estiran por el otro. A medida que empuja hacia abajo un trozo de madera, por ejemplo, el lado estirado se expandirá hacia la izquierda, hacia abajo y hacia la derecha. Los investigadores suelen utilizar El módulo de Younguna medida de rigidez, para describir este efecto.

Calcular módulo de ruptura

Puede calcular el módulo de ruptura, «sigma», usando la ecuación σr = 3Fx/yz2 para la fuerza de carga F y dimensiones de tamaño en tres direcciones, X, y yz, del material. En este caso, la carga es la fuerza externa ejercida sobre el material de interés. La fuerza de carga se aplica al centro de una viga del material ligeramente elevada sobre el suelo. A partir de esta configuración experimental, conocida como prueba de carga del punto central, puede observar la deformación del material en respuesta a la tensión que se le aplica.

Mantenga sus unidades consistentes al realizar este cálculo. Si usa pulgadas para las dimensiones y libras para la fuerza de carga, el módulo de ruptura tendría unidades de libras por pulgada cuadrada.

Asegúrese de no confundir el módulo de ruptura con la resistencia a la tracción, σTS, la capacidad de un material para resistir la rotura cuando está bajo tensión. Mientras que el módulo de ruptura mide la presión específica a la que un material está a punto de romperse, la resistencia a la tracción representa la capacidad del material para doblarse y deformarse antes de romperse.

Prueba de flexión de tres puntos

Los ingenieros utilizan una prueba de flexión de tres puntos para determinar la fuerza de unión o el módulo de ruptura de un material. En contraste con la prueba de carga en el punto central, este método usa dos fuerzas diferentes a lo largo del material de la viga que la dividen en tres partes iguales.

A medida que las fuerzas aplicadas doblan el material, ya sea madera, cemento o cualquier otra sustancia, realizan un seguimiento de la temperatura y cómo se distribuyen las partículas en el material en respuesta a la tensión. Hacen esto para asegurarse de que el material pueda soportar las presiones en aplicaciones como cimientos para edificios u otros proyectos.

A medida que los ingenieros crean gráficos de cómo el material se desplaza en respuesta a diferentes cantidades de fuerza, estudian cómo se deforman los materiales. Luego pueden calcular el módulo de Young y el módulo de ruptura.

Componentes de la fuerza

Para una matriz de cemento, un tipo de material utilizado en infraestructura civil, las fibras de carbono, nanofibras o nanotubos que componen el material proporcionan la resistencia estructural. Puede usar estos componentes de la matriz de cemento para detectar, proteger electromagnéticamente la radiación dañina y evitar que las sustancias se corroan.

Según el tipo de componentes que forman estas matrices de cemento, puede estudiarlas en cuanto a propiedades físicas y químicas, como la susceptibilidad al calor y la electricidad, la capacidad de conducir corriente y la capacidad de almacenar o transferir calor.

Algunos materiales utilizan compuestos del tamaño de un grano en una escala nanométrica. Estas sustancias basadas en nanocompuestos tienden a tener valores más altos para el módulo de elasticidad, qué tan rápido cambia la tensión en el material cuando está bajo presión. La disposición química de las moléculas en la nanoescala significa que estos materiales tienen mayor resistencia a la tracción, dureza, tenacidad y resistencia al desgaste.

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