27.1 : Energía de tensión

La energía de deformación es un concepto fundamental en el campo de la ciencia de materiales y la ingeniería estructural, que describe la energía absorbida por un material o estructura cuando se deforma bajo carga.

Considere una varilla fija en un extremo y sometida a una fuerza axial en el extremo libre. Esta fuerza axial induce tensión dentro de la varilla, lo que provoca su alargamiento. A medida que aumenta la fuerza axial, también aumenta el alargamiento de la varilla, lo que ilustra una relación directa entre la fuerza aplicada y la deformación resultante. Este comportamiento se puede representar gráficamente mediante un gráfico de carga-deformación.

El trabajo realizado por la fuerza axial para alargar la varilla en una pequeña cantidad es igual al producto de la fuerza por el alargamiento correspondiente. Gráficamente, este trabajo corresponde al área bajo la curva carga-deformación para un alargamiento dado. Para calcular el trabajo total realizado sobre la varilla para cualquier alargamiento dado, se debe integrar la ecuación fuerza-alargamiento sobre los límites de alargamiento. Este trabajo total representa la entrada de energía al sistema, que se almacena como energía de deformación. Dentro del límite elástico del material, la energía de deformación U almacenada en el material debido a la deformación elástica es proporcional al cuadrado del alargamiento.

El concepto de energía de deformación permite a los ingenieros cuantificar la capacidad de absorción de energía de un material o componente, lo cual es esencial para evaluar su capacidad para soportar cargas sin sufrir deformaciones o fallas permanentes. La energía de deformación también desempeña un papel fundamental en diversas aplicaciones de ingeniería, como el diseño de amortiguadores, dispositivos de almacenamiento de energía y el análisis de fuerzas de impacto.