Mdulo de Young

LABORATORIO DE FISICA II
PRACTICA No. 3: ELASTICIDAD
TEORIA
Las deformaciones de un cuerpo se refieren al cambio relativo de sus
dimensiones o forma. Esta deformación es función de las propiedades moleculares del
material e independiente de sus dimensiones específicas. La deformación de un
cuerpo es el resultado de un esfuerzo aplicado. El esfuerzo se define como la fuerza
por unidad de área.
La deformación que un objeto elástico sufre es proporcional al esfuerzo o
fuerza aplicada y, cuando se quita esa fuerza, el objeto tiende a regresar a sus
dimensiones originales. Sin embargo, todas las substancias tienen un límite elástico
después del cual ya no regresan a las dimensiones originales. Si la fuerza sigue
aumentando después de este punto, el material o substancia eventualmente se rompe o
fractura. La fuerza en este punto se conoce como esfuerzo de ruptura o rompimiento.
- Cuando se aplica un esfuerzo longitudinal (de tensión o compresión) a un cuerpo
elástico, el módulo que relaciona al esfuerzo y la deformación se denomina Módulo de
Young. Este es un valor constante para cada material y es expresado en unidades de
N
fuerza por unidad de área: 2 o Pascales (Pa). Así, el módulo de Young se define
m
como:
F
A
Y=
∆L
L0
donde F es la fuerza aplicada para deformar un objeto, A es el área sobre la cual
actúa, ∆L es el cambio longitudinal experimentado y L-0 es la longitud inicial del cuerpo.
En general, se ha establecido que la ley de Hooke se cumple mientras ∆L << L .
- Cuando es un esfuerzo de corte o cizalla el que se aplica, el módulo de elasticidad
recibe el nombre de Módulo de Cizalla. Dicho módulo tiene las mismas unidades que el
Módulo de Young. A diferencia de los esfuerzos longitudinales, al aplicar un esfuerzo
de cizalla se tiene que el cuerpo cambia de forma pero no de dimensiones. Se define
como:
d
F
E A
S= =
φ d
L
L
Figura
1.
Esquema
de
la
deformación producida por un
esfuerzo de cizalla.
donde d es la distancia que se deformó y φ=d/L es el ángulo de deformación (Figura 1).
PRACTICA
Experimento 1: Encontrar el Módulo de Young para dos macroalgas diferentes (o dos
plantas cualesquiera). Graficar el esfuerzo contra la deformación y determinar el
límite de ruptura. ¿Se puede determinar el límite elástico? Explicar.
Experimento 2: Encontrar el Módulo de Young para una cuerda de nylon para pesca y
para un hilo. Comparar todos los Módulos de Young y discutir los valores respecto a
las características de cada material. No olvidar discutir si se tomó el Módulo de Young
promedio o el ajuste y porqué.
Experimento 3: Colocar un lápiz en el borde de la mesa de trabajo. Colgar pesas del
extremo del lápiz. Hallar el Módulo de Corte. Discutir el experimento y sus posibles
fuentes de error.
Experimento 4: Repetir el experimento 3 para un popote. Comparar los Módulos de
Corte y discutir.
En cada caso, graficar la deformación como variable independiente y el
esfuerzo como variable dependiente. ¿Qué nos dice el valor numérico el Módulo de
Young? ¿Qué esperas de un material con Módulo de Young de 20.6*1010 Pa?