Este documento trata sobre conceptos relacionados con el esfuerzo y la deformación en ingeniería mecánica. Explica que el esfuerzo es la fuerza interna distribuida en un área, y que la deformación es el cambio de forma de un cuerpo debido a una fuerza aplicada. Distingue entre deformación elástica, que es reversible, y deformación plástica, que es permanente. También describe la ley de Hooke y el diagrama de esfuerzo-deformación.

1. Instituto universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Extensión Porlamar
Escuela de ingeniería: Industrial
Asignatura: Elementos de maquinas
Esfuerzo y deformación
Realizado por:
Esther Moya
C.I:20.326.144
Porlamar, 28/04/2014

2. Introducción
En la parte de los cambios de forma como las
deformaciones que acompañan a un determinado estado de
fuerzas los principios y métodos que se desarrollan son aplicados
a los casos mas concretos de torsión y de flexión, y los
aplicaremos al caso de esfuerzo axialmente en general
estudiaremos las relaciones entre las deformaciones elásticas,
junto con las deformaciones platica y las relaciones fuerza-
deformación. Esperando llenar todas las expectativas del lector.

3. Esfuerzo
Las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro
del material por lo que se distribuyen en toda el área;
justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de
área, la cual se denota con la letra griega sigma (σ) y es un
parámetro que permite comparar la resistencia de dos
materiales, ya que establece una base común de referencia.
σ=P/A
Donde= Fuerza axial;
A= Área de la sección transversal.

4. Esfuerzo axial y normal
 El esfuerzo axial: es el esfuerzo interno o resultante de las
tensiones perpendiculares (normales) a la sección transversal
de un prisma mecánico. Este tipo de solicitación formado por
tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión
normal.
 El esfuerzo normal: Los esfuerzos normales que actúan
sobre la parte cortada pueden calcularse con la formula,
siempre que la distribución de esfuerzos sea uniforme sobre
toda el área
transversal.

5.  Unidades de esfuerzo: El esfuerzo utiliza unidades de fuerza sobre
unidades de área, en el sistema internacional (SI) la fuerza es en
Newton (N) y el área en metros cuadrados (m2), el esfuerzo se expresa
por N/m2 o pascal (Pa). Esta unidad es pequeña por lo que se emplean
múltiplos como el es el kilopascal (kPa), megapascal (MPa) o
gigapascal (GPa). En el sistema americano, la fuerza es en libras y el
área en pulgadas cuadradas, así el esfuerzo queda en libras sobre
pulgadas cuadradas (psi). Particularmente en Venezuela la unidad más
empleada es el kgf/cm2 para denotar los valores relacionados con el
esfuerzo.
 Tensión: es el estiramiento de una superficie tal como un hilo, un cable
o una cadena, nos encontramos entonces hablando de un fenómeno
estudiado por la física. Es esta tensión es producida por el efecto de
una fuerza tirante normalmente externa al objeto en sí.

6. Deformación
La deformación se define como el cambio de
forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al
cambio térmico, al cambio de humedad o a otras
causas. En conjunción con el esfuerzo directo, la
deformación se supone como un cambio lineal y se
mide en unidades de longitud. En los ensayos de
torsión se acostumbra medir la deformación cómo
un ángulo de torsión (en ocasiones llamados
detrusión) entre dos secciones especificadas.

7. Deformación elástica y plástica
 Deformación elástica: al eliminar la tensión aplicada sobre el
material, éste vuelve a su longitud inicial. Los átomos del
material se desplazan momentáneamente de sus posiciones
de equilibrio.
 Deformación plástica: al eliminar la tensión aplicada sobre el
material, éste no recupera sus dimensiones iníciales. Los
átomos del material se desplazan definitivamente a otras
nuevas posiciones.

8. DIAGRAMA ESFUERZO-
DEFORMACION
La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo
debido a la aplicación de una o más fuerzas sobre el mismo o la
ocurrencia de dilatación térmica. La magnitud más simple para medir
la deformación es lo que en ingeniería se llama deformación axial o
deformación unitaria se define como el cambio de longitud por unidad
de longitud. La deformación es el cambio en el tamaño o forma de un
cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas
aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica.

9. Ley de Hooke
Esta ley establece que un cuerpo elástico se deforma
proporcionalmente a la fuerza que actúa sobre él. Esta gráfica
muestra el aumento de longitud (alargamiento) de un alambre
elástico a medida que aumenta la fuerza ejercida sobre el mismo.
En la parte lineal de la gráfica, la longitud aumenta 10 mm por cada
newton (N) adicional de fuerza aplicada. El cambio de longitud
(deformación) es proporcional a la fuerza (tensión).
El alambre empieza a estirarse desproporcionadamente para
una fuerza aplicada superior a 8 N, que es el límite de elasticidad
del alambre. Cuando se supera este límite, el alambre reduce su
longitud al dejar de aplicar la fuerza, pero ya no recupera su
longitud original.

10. Rigidez
Es la capacidad de un objeto sólido o elemento estructural
para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones o
desplazamientos.
También se llama coeficiente de rigidez a la razón entre una fuerza
aplicada y el desplazamiento obtenido. Para barras o vigas se habla
así de rigidez axial, rigidez flexional, rigidez torsional o rigidez frente
a esfuerzos cortantes, etc.

11. Torsión
es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento
sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma
mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una
dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible
encontrarla en situaciones diversas.
La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva
paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado
inicialmente por la dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al
eje se retuerce alrededor de él.

12. Tipos de torsión
Torsión uniforme: en este tipo de torsión las secciones no alabean y si lo hacen es el mismo en
todas las secciones transversales. Las únicas tensiones que se generan en la barra son tensiones
tangenciales. Este tipo de torsión ocurre en secciones:
- Que no alabean: para cualquier tipo de vínculos y para todo tipo de variación del torsor.
- Que alabean: para vínculos que no restrinjan el alabeo y para un momento torsor constante en toda la
barra.
Torsión no uniforme (Torsión por alabeo): la sección debe alabear. Si en alguna
sección de la barra (por ejemplo en el apoyo) está restringido el alabeo ó el momento torsor no
es constante a lo largo de la barra; entonces el alabeo de las secciones de la barra no es el mismo y se
producen deformaciones relativas en sentido longitudinal (cambia la distancia entre puntos
correspondientes de dos secciones que no alabean lo mismo) por lo que aparecen tensiones normales y
las correspondientes tensiones tangenciales que son adicionales a las de torsión uniforme.
Torsión mixta: en una viga sometida a torsión, el momento externo en una sección es equilibrado
por las tensiones originadas por la torsión pura y las originadas por la torsión no uniforme. Las primeras
están presentes siempre y las segundas cuando la forma seccional alabea y, o bien existe alguna
restricción al alabeo en alguna sección o el momento torsor es variable a lo largo de la viga. Cuando
existen los dos tipos de torsión decimos que hay torsión mixta

13. Torque
Es el efecto producido por una fuerza aplicada en una
palanca que solo puede girar en un punto, que seria el centro
de un eje.
dicha palanca puede ser una rueda, donde el punto de
aplicación de la fuerza se encuentre a una distancia "r" de su
centro. En tal caso el torque se calcula multiplicando la fuerza
por la distancia que hay entre el punto de aplicación y el centro
de giro del sistema.

14. Conclusión
Los materiales, en su totalidad, se deforman a una carga externa. Se sabe además
que, hasta cierta carga límite el sólido recobra sus dimensiones originales cuando se le
descarga. La recuperación de las dimensiones originales al eliminar la carga es lo que
caracteriza al comportamiento elástico. La carga límite por encima de la cual ya no se
comporta elásticamente es el límite elástico. Al sobrepasar el límite elástico, el cuerpo sufre
cierta deformación permanente al ser descargado, se dice entonces que ha sufrido
deformación plástica. El comportamiento general de los materiales bajo carga se puede
clasificar como dúctil o frágil según que el material muestre o no capacidad para sufrir
deformación plástica. Los materiales dúctiles exhiben una curva Esfuerzo - Deformación que
llega a su máximo en el punto de resistencia a la tensión. En materiales más frágiles, la carga
máxima o resistencia a la tensión ocurre en el punto de falla. En materiales extremadamente
frágiles, como los cerámicos, el esfuerzo de fluencia, la resistencia a la tensión y el esfuerzo
de ruptura son iguales.
La deformación elástica obedece a la Ley de Hooke. La constante de
proporcionalidad E llamada módulo de elasticidad o de Young, representa la pendiente del
segmento lineal de la gráfica Esfuerzo - Deformación, y puede ser interpretado como la
rigidez, o sea, la resistencia del material a la deformación elástica. En la deformación plástica
la Ley de Hooke deja de tener validez.

15. Ejercicios