Definición, ecuación, valores de muestra
El módulo de Young ( e o y ) es una medida de la rigidez o resistencia de un sólido a la deformación elástica bajo carga. relaciona la tensión ( fuerza por unidad de área) con la deformación (deformación proporcional) a lo largo de un eje o línea. El principio básico es que un material sufre deformación elástica cuando se comprime o extiende, volviendo a su forma original cuando se retira la carga. Se produce más deformación en un material flexible en comparación con la de un material rígido.en otras palabras:
- un valor de módulo bajo de un joven significa que un sólido es elástico.
- Un valor alto de módulo de cría significa que un sólido es inelástico o rígido.
ecuación y unidades
La ecuación para el módulo de Young es:e = σ / ε = (f / a) / (Δl / l 0 ) = fl 0 / aΔldónde:- e es el módulo de los jóvenes, generalmente expresado en pascal (pa)
- σ es el estrés uniaxial
- ε es la tensión
- f es la fuerza de compresión o extensión
- a es el área de superficie de la sección transversal o la sección transversal perpendicular a la fuerza aplicada
- Δ l es el cambio de longitud (negativo bajo compresión; positivo cuando se estira)
- l 0 es la longitud original
historia
El concepto básico detrás del módulo de Young fue descrito por el científico e ingeniero suizo Leonhard Euler en 1727.en 1782, el científico italiano giordano riccati realizó experimentos que condujeron a cálculos modernos del módulo. sin embargo, el módulo toma su nombre del científico británico thomas young, quien describió su cálculo en su curso de conferencias sobre filosofía natural y artes mecánicas en 1807. Probablemente debería llamarse módulo de riccati, a la luz de la comprensión moderna de su historia, pero eso llevaría a la confusión.
materiales isotrópicos y anisotrópicos
El módulo del joven a menudo depende de la orientación de un material. Los materiales isotrópicos muestran propiedades mecánicas que son las mismas en todas las direcciones. Los ejemplos incluyen metales puros y cerámica . sin embargo, trabajar un material o agregarle impurezas puede producir estructuras de grano que hacen que las propiedades mecánicas sean direccionales. Estos materiales anisotópicos pueden tener valores de módulo de Young muy diferentes, dependiendo de si la fuerza se carga a lo largo del grano o perpendicular a él. buenos ejemplos de materiales anisotrópicos incluyen madera, hormigón armado y fibra de carbono.tabla de valores de módulo de young
Esta tabla contiene valores representativos para muestras de varios materiales. tenga en cuenta que el valor preciso de una muestra puede ser algo diferente, ya que el método de prueba y la composición de la muestra afectan los datos. en general, la mayoría de las fibras sintéticas tienen valores bajos de módulo de cría. Las fibras naturales son más rígidas. metales y aleaciones tienden a exhibir valores altos. El módulo más joven de todos es para el carbyne, un alótropo de carbono.| material | gpa | mpsi |
|---|---|---|
| goma (pequeña deformación) | 0.01–0.1 | 1.45–14.5 × 10 −3 |
| Polietileno de baja densidad | 0.11–0.86 | 1.6–6.5 × 10 −2 |
| diatomeas (ácido silícico) | 0.35–2.77 | 0.05–0.4 |
| ptfe (teflón) | 0.5 0.5 | 0,075 |
| HDPE | 0.8 | 0.116 |
| cápsidas de bacteriófagos | 1–3 | 0.15–0.435 |
| polipropileno | 1.5–2 | 0.22–0.29 |
| policarbonato | 2–2.4 | 0.29-0.36 |
| tereftalato de polietileno (mascota) | 2–2.7 | 0.29–0.39 |
| nylon | 2–4 | 0.29–0.58 |
| poliestireno sólido | 3–3.5 | 0.44–0.51 |
| espuma de poliestireno | 2.5–7x10 -3 | 3.6–10.2x10 -4 |
| tablero de fibra de densidad media (mdf) | 4 4 | 0,58 |
| madera (a lo largo del grano) | 11 | 1,60 |
| hueso cortical humano | 14 | 2,03 |
| matriz de poliéster reforzado con vidrio | 17,2 | 2,49 |
| nanotubos de péptidos aromáticos | 19–27 | 2,76–3,92 |
| hormigón de alta resistencia | 30 | 4.35 |
| cristales moleculares de aminoácidos | 21-44 | 3.04–6.38 |
| plástico reforzado con fibra de carbono | 30-50 | 4.35–7.25 |
| fibra de cáñamo | 35 | 5.08 |
| magnesio (mg) | 45 | 6.53 |
| vaso | 50-90 | 7.25–13.1 |
| fibra de lino | 58 | 8.41 |
| aluminio (al) | 69 | 10 |
| nácar de nácar (carbonato de calcio) | 70 | 10,2 |
| aramida | 70,5–112,4 | 10.2–16.3 |
| esmalte dental (fosfato de calcio) | 83 | 12 |
| fibra de ortiga | 87 | 12,6 |
| bronce | 96-120 | 13,9-17,4 |
| latón | 100-125 | 14.5-18.1 |
| titanio (ti) | 110,3 | dieciséis |
| aleaciones de titanio | 105-120 | 15-17.5 |
| cobre (cu) | 117 | 17 |
| plástico reforzado con fibra de carbono | 181 | 26,3 |
| cristal de silicio | 130-185 | 18,9–26,8 |
| hierro forjado | 190-210 | 27,6–30,5 |
| acero (astm-a36) | 200 | 29 |
| granate de hierro de itrio (yig) | 193-200 | 28-29 |
| cobalt-chrome (cocr) | 220–258 | 29 |
| aromatic peptide nanospheres | 230–275 | 33.4–40 |
| beryllium (be) | 287 | 41.6 |
| molybdenum (mo) | 329–330 | 47.7–47.9 |
| tungsten (w) | 400–410 | 58–59 |
| silicon carbide (sic) | 450 | 65 |
| tungsten carbide (wc) | 450–650 | 65–94 |
| osmium (os) | 525–562 | 76.1–81.5 |
| single-walled carbon nanotube | 1,000+ | 150+ |
| graphene (c) | 1050 | 152 |
| diamond (c) | 1050–1210 | 152–175 |
| carbyne (c) | 32100 | 4660 |