En el campo de la ingeniería estructural, es común encontrar los términos «esfuerzo» y «tensión» utilizados indistintamente. Sin embargo, aunque están relacionados, no son lo mismo. El esfuerzo se refiere a la fuerza aplicada a un material, mientras que la tensión es la respuesta de ese material a esa fuerza. Para comprender mejor esta diferencia, es útil examinar ejemplos de compresión, donde los materiales son sometidos a fuerzas de compresión que los llevan a su límite.
¿Cuál es la diferencia entre fuerza y esfuerzo?
La diferencia entre fuerza y esfuerzo radica en el resultado que producen en un objeto o sistema. La fuerza se define como una magnitud física que puede cambiar el estado de movimiento o deformación de un cuerpo. Es una cantidad vectorial que tiene dirección, magnitud y sentido. Cuando una fuerza actúa sobre un objeto y logra cambiar su posición, se realiza un trabajo. El trabajo se define como la energía transferida a un objeto o sistema debido a la acción de una fuerza.
Por otro lado, el esfuerzo se refiere a la aplicación de fuerza física o mental para lograr un objetivo o superar una resistencia. Es un término más subjetivo, ya que implica la voluntad y determinación de una persona para realizar una acción. Cuando una persona realiza un esfuerzo, puede estar aplicando una fuerza, pero esto no siempre implica un cambio en la posición de un objeto. Por ejemplo, si una persona intenta empujar un objeto muy pesado pero no logra moverlo, está haciendo un esfuerzo, pero no se está realizando trabajo.
¿Cómo se define el esfuerzo por tensión?
Un esfuerzo de tensión es aquel que tiende a estirar al miembro y romper el material. La deformación unitaria (δ) se define como el cambio de longitud, por unidad de longitud, debido a una carga normal sobre un material. Esto significa que el esfuerzo de tensión se produce cuando se aplica una fuerza externa que estira al material, lo que resulta en una deformación o elongación del mismo.
El esfuerzo de tensión se puede medir utilizando la fórmula del esfuerzo, que es la relación entre la fuerza aplicada y el área transversal del material. Se expresa en unidades de presión (N/m²) o Pascal (Pa). Cuanto mayor sea la fuerza aplicada y/o menor sea el área transversal, mayor será el esfuerzo de tensión en el material.
Este tipo de esfuerzo es comúnmente utilizado en ingeniería y estructuras, ya que permite evaluar la resistencia de los materiales a la tracción. Es importante tener en cuenta que cada material tiene un límite de resistencia a la tensión, conocido como límite elástico. Si se aplica un esfuerzo de tensión que excede este límite, el material se deformará permanentemente o incluso se romperá.
¿Cuáles son algunos ejemplos de esfuerzo de tensión?
El esfuerzo de tensión se produce cuando se aplican fuerzas opuestas en los extremos de un objeto, como una cuerda o un cable. Estas fuerzas de tensión actúan en dirección opuesta a lo largo del objeto, lo que provoca que se estire y soporte la carga aplicada.
Un ejemplo común de esfuerzo de tensión es cuando se utiliza una cuerda para tirar de un objeto. Al aplicar fuerza en un extremo de la cuerda, se genera una fuerza de tensión que tira del objeto en la dirección opuesta. La cuerda se estira y soporta la carga, manteniendo el objeto en su lugar. Otro ejemplo es cuando se utiliza un cable de acero en la construcción de puentes o edificios. El cable se tensa y soporta la carga para mantener la estructura en equilibrio.
¿Qué es la tensión y la flexión?
La tensión y la flexión son dos categorías básicas de vibraciones que ocurren en los materiales. Las vibraciones de tensión se producen cuando hay cambios en la distancia interatómica a lo largo del eje del enlace entre dos átomos. Estos cambios en la distancia pueden ser causados por una fuerza externa aplicada al material o por la energía térmica, que hace que los átomos se muevan. Las vibraciones de tensión pueden tener diferentes frecuencias y amplitudes, lo que determina su efecto en las propiedades mecánicas del material.
Por otro lado, las vibraciones de flexión ocurren cuando hay cambios en el ángulo que forman dos enlaces. Estas vibraciones se producen en materiales que tienen enlaces covalentes, como los polímeros. Los cambios en el ángulo de los enlaces pueden ser causados por fuerzas externas aplicadas al material o por movimientos térmicos de los átomos. Al igual que las vibraciones de tensión, las vibraciones de flexión también pueden tener diferentes frecuencias y amplitudes, lo que determina su efecto en las propiedades mecánicas del material.
¿Qué es la compresión, por ejemplo?
La compresión es un fenómeno físico que ocurre cuando las fuerzas actúan sobre un objeto para aplastarlo o comprimirlo. Estas fuerzas son opuestas y se dirigen hacia el interior del objeto, generando una presión que puede deformar o incluso romper el material. Este tipo de esfuerzo se observa en diversas situaciones de la vida cotidiana, como en las patas de una mesa que soportan el peso de los objetos sobre ella, los pilares de un puente que resisten la carga de los vehículos que pasan sobre él o incluso en las piernas de una persona que permanece de pie soportando su propio peso.
La compresión puede tener efectos diferentes dependiendo de las características del material y la magnitud de las fuerzas aplicadas. En algunos casos, la compresión puede resultar en una deformación temporal del objeto, que recupera su forma original una vez que las fuerzas de compresión se retiran. Sin embargo, en otros casos, la compresión puede causar daños permanentes en el objeto, como la fractura o la compresión excesiva de las estructuras internas.
