Fuerza específica

Resistencia específica  : la resistencia a la tracción de un material, relacionada con su densidad . Muestra qué tan fuerte será la estructura para una masa dada.

La unidad de medida es m² / s² .

La resistencia específica caracteriza la ventaja de peso de un material dado en forma de barra de tracción-compresión en comparación con otros materiales con la misma resistencia para todos los materiales. En este caso, el peso de la varilla será inversamente proporcional a la resistencia específica del material. La última disposición sin reservas puede aplicarse a las varillas que trabajen a tracción, compresión simple y cortante. En los casos de flexión, torsión y pandeo, las fórmulas de resistencia específica se basan en una condición adicional de similitud geométrica de las secciones de las varillas de los materiales comparados. En consecuencia, con igual resistencia, una varilla cuyo material tenga una mayor resistencia específica será de masa ligera.

La resistencia específica de los materiales es especialmente importante para la industria aeronáutica, la ciencia espacial y las naves espaciales. Por tanto, se da en las características a la hora de elegir un material para los elementos estructurales de las aeronaves. Cuanto mayor es la resistencia específica del material, menor masa puede tener el elemento estructural, trabaje en tracción o compresión. Al elegir un material para un elemento con una forma predeterminada (ya veces ciertas dimensiones) de la sección transversal, trabajando en flexión, pandeo o torsión, es necesario utilizar expresiones matemáticas que determinen la resistencia específica para este tipo de cargas. [una]

Si dividimos la fuerza específica por la aceleración gravitacional , obtenemos la longitud máxima de un hilo hecho de un material de sección transversal constante, que en un campo gravitatorio uniforme puede colgar verticalmente hacia abajo, sin romperse por su propio peso. Para los aceros, esta longitud es de hasta 26 km [2] .

Resistencia específica a la tracción de materiales estructurales

Material Tensión admisible, MPa Densidad, g/cm³ Fuerza específica, (kN m/kg La longitud de la brecha de su propio peso, km. Fuente
Concreto 12 2.30 4.35 0.44
Goma quince 0,92 16.3 1.66
Cobre 220 8.92 24.7 2.51
Bronce 580 8.55 67.8 6.91 [3]
Nylon 78 1.13 69.0 7.04 [cuatro]
Roble 90 0,78-0,69 115-130 12-13 [5]
polipropileno 25-40 0.90 28-44 2,8—4,5 [6]
Magnesio 275 1.74 158 16.1 [7]
Aluminio 600 2.80 214 21.8 [ocho]
Acero inoxidable 2000 7.86 254 25,9 [ocho]
Titanio 1300 4.51 288 29.4 [ocho]
Beinit 2500 7.87 321 32.4 [9]
Balsa 73 0.14 521 53.2 [diez]
Cifer de alambre de acero 5500 7.87 706 71.2 [9]
PRFC 1240 1.58 785 80.0 [once]
hilo de telaraña 1400 1.31 1069 109
fibra de carburo de silicio 3440 3.16 1088 110 [12]
Fibra de vidrio 3400 2.60 1307 133 [ocho]
fibra de basalto 4840 2.70 1790 183 [13]
Bigote de hierro 1 micra 14 000 7.87 1800 183 [9]
Vectran 2900 1.40 2071 211 [ocho]
Kevlar49 3000 1.44 2083 212 [catorce]
Fibra de carbono (AS4) 4300 1.75 2457 250 [ocho]
Polietileno de ultra alto peso molecular de alta densidad 3600 0.97 3711 378 [quince]
Zylon polímero 5800 1.54 3766 384 [dieciséis]
nanotubos de carbon 62 000 0.037-1.34 más de 46 268 más de 4716 [17] [18]
Tubos de carbono colosales 6900 0.116 59 483 6066 [19]

Notas

  1. ↑ Chumak P.I., Krivokrysenko V.F. Cálculo y diseño de aviones ultraligeros. — M.: Patriota, 1991. — 238 p. - C. 87. - ISBN 5-7030-0224-9 .
  2. ↑ Comparación de propiedades de varios materiales de ingeniería  (inglés)  (enlace no disponible) . Consultado el 24 de abril de 2010. Archivado desde el original el 11 de marzo de 2006.
  3. ↑ RoyMech: Aleaciones de cobre (enlace no disponible) . Consultado el 10 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 17 de julio de 2011. 
  4. ↑ Poliamida Nylon 6 . Consultado el 10 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 17 de abril de 2019.
  5. ↑ Propiedades mecánicas de la madera . Consultado el 10 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 10 de octubre de 2018.
  6. ↑ Polipropileno . Consultado el 10 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 7 de agosto de 2018.
  7. ↑ eFunda: Aleaciones de magnesio . Consultado el 10 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 13 de marzo de 2019.
  8. ↑ 1 2 3 4 5 6 Propiedades de tracción de la fibra Vectran . grupo kuraray . Consultado el 29 de diciembre de 2013. Archivado desde el original el 30 de diciembre de 2013.
  9. ↑ 1 2 3 52nd Hatfield Memorial Lecture: "Large Chunks of Very Strong Steel" Archivado el 23 de diciembre de 2012 por HKDH Bhadeshia 2005
  10. ↑ Madera de balsa tropical . Consultado el 10 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 2 de abril de 2015.
  11. ↑ Enciclopedia de ciencia y tecnología de McGraw-Hill, octava edición, 1997, vol. 1, pág. 375
  12. ↑ Specialty Materials, Inc. Fibras de carburo de silicio SCS (enlace no disponible) . Consultado el 10 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 4 de abril de 2018. 
  13. ↑ Propiedades de la fibra de basalto Archivado el 4 de septiembre de 2014  .
  14. ↑ Guía técnica de KEVLAR (enlace descendente) . Consultado el 10 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 27 de mayo de 2013. 
  15. ↑ Fibra Dyneema . Consultado el 10 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 28 de octubre de 2015.
  16. ↑ Toyobo Co., Ltd. ザイロン (PBO 繊維)技術資料 (2005) (descarga gratuita en PDF). Consultado el 29 de diciembre de 2013. Archivado desde el original el 26 de abril de 2012.
  17. ↑ Yu, Min Feng; Lourie, O.; Dyer, MJ; Moloni, K.; Kelly, TF; Ruoff, RS Resistencia y mecanismo de rotura de nanotubos de carbono de pared múltiple bajo carga de tracción  (inglés)  // Ciencia: revista. - 2000. - vol. 287 , núm. 5453 . - Pág. 637-640 . -doi : 10.1126 / ciencia.287.5453.637 . - . —PMID 10649994 .
  18. ↑ K.Hata. Desde la síntesis CNT libre de impurezas de alta eficiencia hasta los bosques DWNT, los sólidos CNT y los supercondensadores (descarga gratuita en PDF)  (enlace no disponible) . Consultado el 10 de septiembre de 2019. Archivado desde el original el 15 de diciembre de 2018.
  19. ↑ Peng, H.; Chen, D.; , Huang JY et al. Tubos de carbono colosales fuertes y dúctiles con paredes de macroporos rectangulares  //  Phys . Rvdo. Letón.  : diario. - 2008. - Vol. 101 , núm. 14 _ — Pág. 145501 . -doi : 10.1103 / PhysRevLett.101.145501 . - . — PMID 18851539 .