Diferencia entre tensión y deformación

Diferencia principal – Tensión vs. Deformación

Cuando las fuerzas deformantes actúan sobre un objeto, pueden cambiar su forma. La principal diferencia entre la tensión y la deformación es que la tensión mide la fuerza deformante por unidad de superficie del objeto, mientras que la deformación mide el cambio relativo de longitud causado por una fuerza deformante.

¿Qué es la tensión

Cuando una fuerza intenta deformar un objeto, decimos que el objeto está bajo tensión. El estrés se define como la fuerza deformante por unidad de superficie del objeto. Como podemos resolver cualquier fuerza sobre un objeto en direcciones paralelas y perpendiculares a la superficie, definimos la tensión normal como la fuerza perpendicular a la superficie por unidad de superficie. Del mismo modo, definimos el esfuerzo cortante como la fuerza paralela a la superficie por unidad de superficie. Si la fuerza que actúa sobre una superficie es $F$ y el área de la superficie es $A$ , entonces la tensión $\sigma$ viene dada por:

$\sigma=\frac{F}{A}$

La tensión tiene las mismas dimensiones que la presión, por lo que las unidades utilizadas para medir la tensión son también N m-2 o Pa (1 Pa=1 N m-2). Cuando las fuerzas actúan para alargar el material, el esfuerzo se denomina tensión de tracción. Cuando las fuerzas tratan de comprimir un material, la tensión se denomina tensión de compresión.

Qué es la deformación

La deformación mide la cantidad de deformación relativa causada por una fuerza que actúa sobre un objeto. Para simplificar, aquí sólo consideraremos la deformación normal, creada por la tensión normal. Supongamos que la longitud original del objeto es $l_0$ y debido a la tensión, la longitud cambia a $l_1$ . El cambio de longitud es $\Delta l=l_1-l_0$ . La deformación $\epsilon$ viene dada entonces por,

$\epsilon =\frac{\Delta l}{l_0}$

Como la deformación viene dada por una fracción en la que tanto el numerador como el denominador tienen unidades de longitud, la propia deformación no tiene unidades. es decir, es una «cantidad adimensional». Es común ver la deformación expresada en términos de porcentajes.

Curva de tensión vs. deformación

Podemos dibujar una gráfica de cómo cambia la deformación en un cuerpo a medida que variamos la tensión que actúa sobre el objeto (esto se puede hacer, por ejemplo, añadiendo pesos). Estos gráficos, llamados curvas de tensión vs. deformación, revelan mucha información sobre la naturaleza del material del que está hecho el objeto. La figura siguiente muestra la curva típica de tensión-deformación para un material dúctil («dúctil» significa que el material puede estirarse bien):

Curva de tensión-deformación para un material dúctil

El gradiente de la región elástica de la curva se llama módulo de Young. Se trata de un número muy importante para los ingenieros de materiales, ya que da la cantidad de deformación que provocaría una tensión determinada en un material.