Compresión (física)

Compresión uniaxial

En mecánica , la compresión es la aplicación de fuerzas equilibradas hacia adentro ("empujar") a diferentes puntos de un material o estructura, es decir, fuerzas sin suma neta o torque dirigido para reducir su tamaño en una o más direcciones. ^[1] Se contrasta con la tensión o tracción, la aplicación de fuerzas equilibradas hacia afuera ("tracción"); y con fuerzas de cizallamiento , dirigidas para desplazar capas de material paralelas entre sí. La resistencia a la compresión de materiales y estructuras es una consideración de ingeniería importante.

En la compresión uniaxial , las fuerzas se dirigen a lo largo de una sola dirección, de modo que actúan hacia la disminución de la longitud del objeto en esa dirección. ^[2] Las fuerzas de compresión también se pueden aplicar en múltiples direcciones; por ejemplo, hacia adentro a lo largo de los bordes de una placa o por toda la superficie lateral de un cilindro , para reducir su área ( compresión biaxial ), o hacia adentro sobre toda la superficie de un cuerpo, para reducir su volumen .

Técnicamente, un material está bajo un estado de compresión, en algún punto específico y en una dirección específica , si el componente normal del vector de tensión a través de una superficie con dirección normal se dirige en sentido opuesto a . Si el vector de tensión en sí es opuesto a , se dice que el material está bajo compresión normal o tensión de compresión pura a lo largo . En un sólido, la cantidad de compresión generalmente depende de la dirección ${\ Displaystyle x}$ ${\ Displaystyle x}$ ${\ Displaystyle x}$ ${\ Displaystyle x}$ ${\ Displaystyle x}$ ${\ Displaystyle x}$ , y el material puede estar bajo compresión en algunas direcciones pero bajo tracción en otras. Si el vector de tensión es puramente compresivo y tiene la misma magnitud en todas las direcciones, se dice que el material está bajo compresión isotrópica o hidrostática en ese punto. Este es el único tipo de compresión estática que pueden soportar líquidos y gases. ^[3]

En una onda longitudinal mecánica, o onda de compresión, el medio se desplaza en la dirección de la onda, lo que resulta en áreas de compresión y rarefacción .

Efectos [ editar ]

Cuando se somete a compresión (o cualquier otro tipo de tensión), todo material sufrirá alguna deformación, aunque sea imperceptible, que hace que cambien las posiciones relativas medias de sus átomos y moléculas. La deformación puede ser permanente o puede revertirse cuando desaparecen las fuerzas de compresión. En el último caso, la deformación da lugar a fuerzas de reacción que se oponen a las fuerzas de compresión y pueden eventualmente equilibrarlas. ^[4]

Los líquidos y gases no pueden soportar una compresión uniaxial o biaxial constante, se deformarán rápida y permanentemente y no ofrecerán ninguna fuerza de reacción permanente. Sin embargo, pueden soportar una compresión isotrópica y pueden comprimirse de otras formas momentáneamente, por ejemplo, en una onda de sonido .

Apretar un corsé aplica una compresión biaxial a la cintura.

Todo material ordinario se contraerá en volumen cuando se someta a compresión isotrópica, se contraerá en el área de la sección transversal cuando se somete a compresión biaxial uniforme y se contraerá en longitud cuando se someta a compresión uniaxial. La deformación puede no ser uniforme y puede no estar alineada con las fuerzas de compresión. Lo que sucede en las direcciones donde no hay compresión depende del material. ^[4] La mayoría de los materiales se expandirán en esas direcciones, pero algunos materiales especiales permanecerán sin cambios o incluso se contraerán. En general, la relación entre la tensión aplicada a un material y la deformación resultante es un tema central de la mecánica del continuo .

Usos [ editar ]

Prueba de compresión en una máquina de prueba universal

La compresión de sólidos tiene muchas implicaciones en la ciencia de los materiales , la física y la ingeniería estructural , ya que la compresión produce cantidades notables de tensión y tensión .

Al inducir la compresión , se pueden medir propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión o el módulo de elasticidad . ^[5]

Las máquinas de compresión varían desde sistemas de sobremesa muy pequeños hasta sistemas con más de 53 MN de capacidad.

Los gases a menudo se almacenan y envían en forma muy comprimida para ahorrar espacio. También se utiliza aire ligeramente comprimido u otros gases para llenar globos , botes de goma y otras estructuras inflables . Los líquidos comprimidos se utilizan en equipos hidráulicos y en fracking .

En motores [ editar ]

Motores de combustión interna [ editar ]

En los motores de combustión interna, la mezcla explosiva se comprime antes de encenderse; la compresión mejora la eficiencia del motor. En el ciclo Otto , por ejemplo, la segunda carrera del pistón efectúa la compresión de la carga que ha sido introducida en el cilindro por la primera carrera de avance. ^[6]

Motores de vapor [ editar ]

El término se aplica a la disposición mediante la cual se hace que la válvula de escape de una máquina de vapor se cierre, cerrando una parte del vapor de escape en el cilindro , antes de que la carrera del pistón esté completamente completa. Al comprimirse este vapor a medida que se completa la carrera, se forma un cojín contra el que trabaja el pistón mientras su velocidad se reduce rápidamente, y así se reducen las tensiones en el mecanismo debidas a la inercia de las partes recíprocas. ^[7] Esta compresión, además, evita el choque que de otro modo sería causado por la admisión de vapor fresco para la carrera de retorno.

Ver también [ editar ]

Pandeo
Prueba de compresión de contenedores
Miembro de compresión
Fuerza compresiva
Onda longitudinal
Onda P
Rarefacción
Resistencia de materiales
Efecto resal
Ensayo de compresión de deformación plana

Referencias [ editar ]

^ Ferdinand Pierre Beer, Elwood Russell Johnston, John T. DeWolf (1992), "Mecánica de materiales". (Libro) McGraw-Hill Professional, ISBN 0-07-112939-1
^ Erkens, Sandra & Poot, M. La prueba de compresión uniaxial. Universidad Tecnológica de Delft. (1998). Número de informe: 7-98-117-4.
^ Ronald L. Huston y Harold Josephs (2009), "Análisis de estrés práctico en diseño de ingeniería". 3ª edición, CRC Press, 634 páginas. ISBN 9781574447132
↑ a b Fung, YC (1977). Un primer curso de mecánica continua (2ª ed.). Prentice-Hall, Inc. ISBN 978-0-13-318311-5.
^ Hartsuijker, C .; Welleman, JW (2001). Ingeniería Mecánica. Volumen 2. Springer. ISBN 978-1-4020-412
^ J.Heywood. Fundamentos de motores de combustión interna 2E. Educación McGraw-Hill. (2018). ISBN 9781260116113 [url = https://books.google.com/books?id=OmJUDwAAQBAJ ]
^ Más sabio, Wendell H. (2000). Recursos energéticos: ocurrencia, producción, conversión, uso . Birkhäuser. pag. 190. ISBN 978-0-387-98744-6.

[Beer-1] Ferdinand Pierre Beer, Elwood Russell Johnston, John T. DeWolf (1992), "Mecánica de materiales". (Libro) McGraw-Hill Professional, ISBN 0-07-112939-1

[2] Erkens, Sandra & Poot, M. La prueba de compresión uniaxial. Universidad Tecnológica de Delft. (1998). Número de informe: 7-98-117-4.

[3] Ronald L. Huston y Harold Josephs (2009), "Análisis de estrés práctico en diseño de ingeniería". 3ª edición, CRC Press, 634 páginas. ISBN 9781574447132

[ONE-4] Fung, YC (1977). Un primer curso de mecánica continua (2ª ed.). Prentice-Hall, Inc. ISBN 978-0-13-318311-5.

[5] Hartsuijker, C .; Welleman, JW (2001). Ingeniería Mecánica. Volumen 2. Springer. ISBN 978-1-4020-412

[6] J.Heywood. Fundamentos de motores de combustión interna 2E. Educación McGraw-Hill. (2018). ISBN 9781260116113 [url = https://books.google.com/books?id=OmJUDwAAQBAJ ]

[Wiser-7] ^ Más sabio, Wendell H. (2000). Recursos energéticos: ocurrencia, producción, conversión, uso . Birkhäuser. pag. 190. ISBN 978-0-387-98744-6.

[1]