descubrir cuánta fuerza puede tolerar un objeto antes de romperse resulta útil en muchas situaciones, especialmente para los ingenieros. esto debe determinarse en función de los resultados experimentales, que esencialmente implican exponer el material a cantidades cada vez mayores de fuerza hasta que se rompa o se doble permanentemente. pero realizar los cálculos reales para calcular la resistencia a la flexión de un material puede parecer realmente desafiante. afortunadamente, siempre que tenga la información correcta a mano, puede realizar el cálculo fácilmente.
definición de resistencia a la flexión
La resistencia a la flexión (o el módulo de ruptura) es la cantidad de fuerza que un objeto puede soportar sin romperse o deformarse permanentemente. Si es difícil mover la cabeza, piense en una tabla de madera apoyada en dos extremos. Si desea saber qué tan fuerte es la madera, una forma de probarlo sería empujar el centro de la tabla más y más fuerte hasta que se rompa. La fuerza de empuje máxima que podría soportar antes de romperse es la resistencia a la flexión de la madera. si otra pieza de madera fuera más fuerte, soportaría una fuerza más grande antes de romperse.
la resistencia a la flexión realmente le dice la cantidad máxima de tensión que puede soportar el material (por lo que también puede ver referencias a “tensión a la flexión”), y se cita como una fuerza (en newtons o libras-fuerza) por unidad de área (en metros cuadrados o pulgadas cuadradas).
Pruebas de tres puntos o cuatro puntos
Existen dos métodos para probar la resistencia a la flexión, pero son muy similares. una muestra rectangular larga del material se apoya en sus extremos, por lo que no hay soporte en el medio, pero los extremos son resistentes. Luego se aplica una carga o fuerza a la sección central hasta que el material se rompe.
para una prueba de flexión de tres puntos, la carga en continuo aumento se aplica en el centro de la muestra hasta que haya una rotura o una curva permanente en el material. una máquina de prueba de flexión puede aplicar cantidades cada vez mayores de fuerza y registrar con precisión la cantidad de fuerza en el punto de ruptura.
una prueba de flexión de cuatro puntos es muy similar, excepto que la carga se aplica en dos puntos simultáneamente, nuevamente hacia el centro de la muestra. es más fácil calcular la resistencia a la flexión cuando una carga o fuerza se aplica un tercio de la distancia entre los soportes y la segunda se aplica dos tercios de la distancia entre ellos. así que en este ejemplo, el tercio medio de la muestra tendría fuerzas aplicadas a cada lado de la misma.
Cálculo de resistencia a la flexión de prueba de tres puntos
para una prueba de tres puntos, la resistencia a la flexión (dado el símbolo σ ) se puede calcular utilizando:
σ = 3fl / 2wd 2
Esto puede dar miedo al principio, pero una vez que sepa lo que significa cada símbolo, es una ecuación bastante simple de usar.
f significa la fuerza máxima aplicada, l es la longitud de la muestra, w es el ancho de la muestra yd es la profundidad de la muestra. para calcular la resistencia a la flexión ( σ ), multiplique la fuerza por la longitud de la muestra, y luego multiplique esta por tres. luego multiplique la profundidad de la muestra por sí misma (es decir, cuadrada), multiplique el resultado por el ancho de la muestra y luego multiplique esto por dos. Finalmente, divide el primer resultado por el segundo.
en unidades si, las longitudes, anchuras y profundidades se medirán en metros, mientras que la fuerza se medirá en newtons, con un resultado en pascals (pa) o newtons por metro cuadrado. en unidades imperiales, las longitudes, anchuras y profundidades se medirán en pulgadas, y la fuerza se medirá en libras de fuerza, con un resultado en libras por pulgada cuadrada.
Cálculo de resistencia a la flexión de prueba de cuatro puntos
la prueba de cuatro puntos usa los mismos símbolos que el cálculo de la prueba de tres puntos. pero con la suposición de que las dos cargas o fuerzas se aplican de manera que dividen la muestra en tercios, parece mucho más simple:
σ = fl / wd 2
tenga en cuenta que esto es exactamente igual a la fórmula para las pruebas de tres puntos, pero sin el factor de 3/2. así que simplemente multiplique la fuerza aplicada por la longitud, y luego divida esto por el ancho del material multiplicado por la profundidad de la misma al cuadrado.