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 en compresión 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 sometido a esfuerzos , ni a compresión ni a tensión. [1]
Como no hay fuerza de tensión longitudinal en el plano neutro, tampoco hay deformación ni extensión: cuando la viga se dobla, la longitud del plano neutro permanece constante. Cualquier línea dentro del plano neutral paralelo al eje de la viga se llama 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 está doblada, 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 en 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 neutral. [1]
Diseño estructural
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 resistentes, colocar 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 Estados Unidos 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, dando lugar a tensiones adicionales. El diseño original se enmarcó internamente: esto necesitaba un refinamiento del diseño de prueba y error para producir dimensiones aceptables para los escantillones de nervadura . 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 un momento de flexión resultante en los marcos y, por lo tanto, permitió una estructura más liviana y eficiente. [2]
Metrología
La propiedad de mantener una longitud constante bajo carga se ha aprovechado 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 neutro. Esto evitó los minúsculos cambios de longitud, debido a que la barra se hundía por su propio peso.
Los primeros estándares de longitud que utilizaron esta técnica fueron las barras macizas de sección rectangular. Se hizo un agujero ciego en cada extremo, hasta la profundidad del plano neutral, y las marcas de calibración se hicieron a esta profundidad. Esto fue un inconveniente, ya que era imposible medir directamente entre las dos marcas, pero solo con un trasmallo de compensación en los pozos.
Se utilizó un enfoque más conveniente para el prototipo de medidor internacional de 1870, una barra de aleación de platino-iridio que sirvió como definición del medidor de 1889 a 1960. Se hizo con una sección transversal en forma de H abierta, llamada sección Tresca. . Una superficie de la barra transversal central del H se diseñó para que coincidiera con el plano neutro, y las marcas de calibración que definen el medidor se trazaron en esta superficie. [4]
Ver también
Referencias
- ↑ a b Wylie, C. Ray (1975). Matemáticas de Ingeniería Avanzada, 4ª Ed . Nueva York: McGraw-Hill. pp. 67 . ISBN 0070721807.
- ^ Alden, John D., Comandante (USN Ret) (1979). El submarino de la flota en la Marina de los EE. UU .: Historia de diseño y construcción . Londres: Arms and Armour Press. págs. 215, 217. ISBN 0-85368-203-8.
- ^ "Patio de Bronce Nº 11" . museum.nist.gov . Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Archivado desde el original el 4 de febrero de 2012 . Consultado el 27 de marzo de 2013 .
- ^ LW Nickols (1966). "La medida de la longitud". Patrimonio de la ingeniería . II . Londres: Heinemann. pag. 2.
- Estática
