¿Cuál es la unidad de fuerza?


Mejor respuesta

Depende del tipo de fuerza al que te refieres. Las resistencias a tracción, fluencia, flexión y compresión tienen unidades de fuerza sobre el área. Estas son las mismas unidades que la presión, pero lo llamamos estrés en el contexto de la ciencia de los materiales. El Pascal (Pa) es la unidad estándar de tensión y es igual a 1 Newton por metro cuadrado.

La resistencia al impacto tiene unidades de energía por longitud de espesor. Mide la energía necesaria para la fractura a una alta tasa de deformación. Específicamente, la resistencia al impacto cuantifica las capacidades de absorción de energía a altas tasas de deformación; el comportamiento mecánico de ciertos materiales, especialmente los polímeros, puede variar dependiendo de la rapidez con la que apliquemos una fuerza.

Otro tipo de resistencia, similar a la resistencia al impacto, es la tenacidad. Es la energía por unidad de volumen absorbida por un material sometido a tensión, desde el punto de aplicación de la fuerza hasta la fractura. En otras palabras, es el área total bajo una curva de esfuerzo-deformación de ingeniería.

Inicialmente, no es obvio que el área bajo la curva tiene unidades de energía por volumen. Necesitamos hacer alguna manipulación de unidades antes de que eso se vuelva evidente. Recuerde que la unidad estándar de estrés es un pascal, dividido como

Pa = \ frac {N} {m ^ 2}

La deformación es el cambio de longitud dividido por la longitud original. . El denominador y el numerador están en metros, lo que se cancela. Por tanto, la deformación se escribe típicamente como una cantidad sin unidades; sin embargo, nada nos impide escribirlo como \ frac {m} {m}

La unidad del área bajo la curva es igual al producto de la tensión y la deformación:

Área = \ frac {N} {m ^ 2} * \ frac {m} {m} = \ frac {Nm} {m ^ 3}

1 Joule (J) es igual a 1 Nm, entonces

Area = \ frac {J} {m ^ 3}

Y ahí lo tienes

Respuesta

Presumiblemente refiriéndose a una prueba de impacto Charpy (o Izod), donde una muestra con muescas se fractura por un peso oscilante liberado desde cierta altura. Esta prueba aumenta la fragilidad, que se produce cuando el flujo de plástico se restringe en la medida en que la fractura se produce con poca plasticidad (respuesta de Felix Chen a ¿Por qué los materiales frágiles tienen resistencia máxima a la tracción y no resistencia a la fluencia?). En consecuencia, la resistencia aumenta aunque a el costo de la ductilidad. Por lo tanto, esta pregunta se puede replantear como por qué la prueba de Charpy exagera la fragilidad.

Una razón es que la muesca crea un estado de tensión triaxial. Lo hace porque la muesca ayuda a concentrar las tensiones de la manera habitual y que en la dimensión del espesor de la muestra (paralela a la raíz de la muesca), las superficies exteriores restringen el esfuerzo del material interior (la respuesta de Felix Chen a ¿Cómo explicaría la transformación de esfuerzos planos de una manera fácil?). resaltar las tres tensiones principales que constituyen el estado de tensión triaxial. Y, por definición, en los planos donde están presentes los esfuerzos principales, los esfuerzos cortantes son cero. Dado que las dislocaciones se mueven en respuesta solo a esfuerzos cortantes (la respuesta de Felix Chen a ¿Cuál es el mecanismo de deslizamiento que hace que un metal se deforme plásticamente sin fracturarse?), La falta de esfuerzos cortantes suprime la plasticidad de tal manera que sobreviene la fragilidad. Por lo tanto, el estado de esfuerzo triaxial asociado con la muesca induce la fragilidad.

El otro factor que contribuye a la fragilidad de las pruebas con muescas es la alta tasa de deformación producida por el martillo oscilante que impacta la muestra de prueba. A tasas de deformación tan altas, las dislocaciones tienen menos tiempo para deslizarse Por lo tanto, la plasticidad de la dislocación es limitada de modo que se favorece la fractura con poca ductilidad, lo que resulta en una mayor fragilidad.

En resumen, los factores duales de un estado de tensión triaxial más una alta tasa de deformación hacen que las pruebas con muescas manifiesten más fragilidad que encontrado en otras pruebas mecánicas.

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