plano neutro
En mecánica , el plano neutro o superficie neutra es un plano conceptual dentro de una viga o voladizo . Cuando se carga con una fuerza de flexión, la viga se dobla de modo que la superficie interior está comprimida y la superficie exterior está en tensión . El plano neutro es la superficie dentro de la viga entre estas zonas, donde el material de la viga no está bajo tensión , ya sea compresión o tensión. [1]
Como no hay fuerza de tensión longitudinal en el plano neutro, tampoco hay deformación o extensión: cuando la viga se dobla, la longitud del plano neutro permanece constante. Cualquier línea dentro del plano neutral paralela al eje de la viga se denomina curva de deflexión de la viga.
Para mostrar que toda viga debe tener un plano neutro, se puede imaginar que el material de la viga se divide en fibras estrechas paralelas a su longitud. Cuando la viga se dobla, en cualquier sección transversal dada, la región de fibras cerca del lado cóncavo estará bajo compresión, mientras que la región cerca del lado convexo estará bajo tensión. Debido a que la tensión en el material debe ser continua a lo largo de cualquier sección transversal, debe haber un límite entre las regiones de compresión y tensión en las que las fibras no tienen tensión. Este es el plano neutro. [1]
La ubicación del plano neutro puede ser un factor importante en estructuras monocasco y recipientes a presión . Si la estructura es una membrana sostenida por nervaduras de resistencia, la colocación de la piel a lo largo de la superficie neutra evita las fuerzas de compresión o tensión sobre ella. Si la piel ya está bajo presión externa, esto reduce la fuerza total a la que está sujeta.
En el diseño de submarinos, este ha sido un tema importante, aunque sutil. Los submarinos de la Flota de EE. UU. de la Segunda Guerra Mundial tenían una sección de casco que no era del todo circular, lo que provocaba que el círculo nodal se separara del plano neutral, lo que generaba tensiones adicionales. El diseño original estaba enmarcado internamente: esto necesitaba un refinamiento del diseño de prueba y error para producir dimensiones aceptables para los escantillones de las nervaduras . El diseñador Andrew I. McKee en el astillero naval de Portsmouthdesarrolló un diseño mejorado. Al colocar los marcos en parte dentro del casco y en parte fuera, el eje neutral podría reorganizarse para coincidir con el círculo nodal una vez más. Esto no dio ningún momento de flexión resultante en los marcos y, por lo tanto, permitió una estructura más liviana y eficiente. [2]
La propiedad de permanecer una longitud constante bajo carga ha sido aprovechada en metrología de longitudes . Cuando se desarrollaron barras de metal como estándares físicos para medidas de longitud, se calibraron como marcas hechas en una longitud medida a lo largo del plano neutral. Esto evitó los minúsculos cambios de longitud, debido a que la barra se combaba por su propio peso.
