Elasticidad y Plasticidad

Sin duda, ya has oído hablar de la idea de la elasticidad. En palabras del profano, indica que después de estirarse, algunas sustancias vuelven a su forma anterior. Has experimentado con una honda. ¿No es así? Esa es una sustancia elástica. Entremos en las ideas de elasticidad y plasticidad para descubrir más sobre estas dos propiedades de la materia.

La elasticidad es la capacidad de un cuerpo para volver a su configuración original (forma y tamaño) una vez que se eliminan las fuerzas que lo deforman. Cuando se eliminan las presiones deformantes de los cuerpos de plástico, estos no tienden a volver a su estructura anterior. La plasticidad es la cualidad de un cuerpo que hace que pierda su elasticidad y desarrolle una distorsión permanente después de que se elimina la fuerza deformante.

¿Qué es la deformación?

La acción o proceso de deformar o distorsionar se denomina deformación . Cuando aplica una fuerza a un elemento, se comprimirá o se estirará en reacción a la fuerza. La fuerza ejercida sobre una unidad de área se denomina tensión en mecánica. La deformación es la cantidad de estiramiento o compresión que se produce como resultado de una reacción de tensión. Cada material reacciona al estrés de manera diferente.

La reacción depende en gran medida del tipo de enlace químico de la sustancia. Según lo que sucede una vez que se elimina la tensión, las deformaciones pueden ser elásticas o plásticas descritas como:

1. La deformación elástica o elasticidad es la deformación que cede cuando se eliminan las fuerzas externas que causaron el cambio y la tensión relacionada con él.
2. La deformación plástica o Plasticidad es una deformación persistente o cambio en la forma de un cuerpo sólido causado por una fuerza sostenida. La distinción principal entre deformación elástica y plástica es que la deformación elástica es reversible, pero la deformación plástica es irreversible.

Elasticidad

Cuando se eliminan las fuerzas de deformación, la propiedad de un cuerpo le permite restaurar su tamaño y forma anteriores, esa propiedad se conoce como Elasticidad . La elasticidad es un fenómeno que ocurre a nivel molecular.

La deformación elástica es la deformación que se disipa cuando se eliminan las fuerzas externas que causaron la modificación y la tensión vinculada con ella. Como resultado, la deformación elástica es reversible y no permanente. La noción química de “ elasticidad ” describe mejor la deformación elástica. La elasticidad es la capacidad de una sustancia para volver a su estado original después de haber sido deformada.

La deformación elástica está determinada principalmente por la unión química del material. Esa sustancia puede sufrir una deformación elástica si los enlaces químicos pueden tolerar un alto estrés deformándose sin romperse.

Cuando se le da estrés a una sustancia, los enlaces químicos deben expandirse o flexionarse para satisfacer esta necesidad. El estiramiento y la flexión del enlace químico deben ser solo transitorios. Sin embargo, los átomos no chocan durante el estiramiento o la flexión. Sin embargo, la calidad elástica del material se degrada con el tiempo y la sustancia puede volverse quebradiza y perder su ductilidad .

Sustancias elásticas:

Los elastómeros como el caucho vulcanizado son los mejores ejemplos de cuerpos elásticos. El caucho vulcanizado tiene una estructura polimérica reticulada. Existen puentes de azufre entre las strings de polímeros. Estos enlaces cruzados de azufre mejoran la flexibilidad del caucho al permitirle soportar el estrés.

La curva de tensión-deformación para un material dúctil se ve en la figura anterior. Considere el metal cobre. La zona elástica representa la medida en que se produce la deformación elástica. Después de alcanzar el límite elástico, el material experimentará una deformación plástica, que es una distorsión permanente.

Plasticidad

La capacidad de un cuerpo para perder su elasticidad y desarrollar una deformación permanente cuando se elimina una fuerza deformante se conoce como plasticidad .

La deformación plástica se define como la deformación persistente o el cambio en la forma de un cuerpo sólido causado por una fuerza sostenida. Esto sucede cuando se aplica una gran cantidad de tensión a un material. La deformación plástica es permanente e irreversible. La plasticidad es la capacidad de formarse o moldearse permanentemente.

La deformación plástica ocurre como resultado de la ruptura de algunos enlaces químicos entre los átomos que componen el material. Los átomos pueden deslizarse entre sí durante la deformación plástica. Como resultado de las dislocaciones de los átomos, el material permanece inmóvil cuando se elimina la tensión aplicada.

El límite elástico del material dúctil es el punto de inicio de la deformación plástica. El límite elástico de un sólido es la cantidad máxima a la que se puede estirar sin cambiar permanentemente de tamaño o forma. Si la tensión se coloca más allá del límite elástico, la sustancia se deformará plásticamente.

Sustancias plásticas:

Los metales, polímeros, rocas y otros materiales exhiben plasticidad. La deformación plástica ocurre en materiales dúctiles como los metales (por ejemplo, cobre) cuando la distorsión supera el límite elástico. Sin embargo, en materiales frágiles como las rocas, no se puede detectar ninguna deformación elástica antes del inicio de la deformación plástica. La deformación plástica es vital en la fabricación de nuevos productos utilizando tratamientos térmicos o de presión, así como moldeado.

La diferencia en el comportamiento del material se basa en su naturaleza elástica y plástica. Es decir, el material reacciona a una determinada fuerza en función de su elasticidad. Esta es la diferencia entre la aplicación de fuerza sobre un cuerpo de plástico y un cuerpo elástico.

Diferencia entre elasticidad y plasticidad.

	Elasticidad	Plasticidad
1.	La elasticidad es la propiedad de un material sólido que le permite recuperar su forma después de eliminar una carga externa.	La plasticidad es la propiedad de una sustancia sólida que le permite mantener su forma deformada incluso cuando se elimina la carga externa.
2.	La cantidad de fuerza externa necesaria para doblar elásticamente un sólido es muy pequeña.	La cantidad de fuerza externa necesaria para doblar un sólido elásticamente es alta.
3.	La ley de elasticidad de Hooke es aplicable dentro de esta región elástica.	La ley de elasticidad de Hooke no es aplicable dentro de esta región plástica.
4.	La curva tensión-deformación es lineal en la región elástica principalmente.	La curva tensión-deformación no es lineal en la región plástica.
5.	Muchas propiedades del material sólido siguen siendo las mismas para la deformación elástica.	Muchas propiedades del material sólido cambian considerablemente por la deformación plástica.
6.	La deformación elástica ocurre primero que la deformación plástica.	La deformación plástica ocurre solo después de que el cuerpo sufre una deformación elástica.
7.	Aquí la deformación es reversible.	Aquí la deformación es irreversible.
8.	La elasticidad se utiliza en: estructuras de máquinas herramienta, puentes, otros marcos civiles, muchas estructuras domésticas que deben conservar su forma, etc.	La plasticidad se utiliza en diversas operaciones de formación, como laminado, forjado, extrusión, etc., trabajo de chapa metálica, unión de remaches, etc.

Aplicaciones de la elasticidad

• Sabemos que las grúas se utilizan para levantar y mover cargas pesadas. La grúa está equipada con una gruesa cuerda metálica. La carga máxima que soporta la grúa bajo cualquier circunstancia no debe exceder el límite elástico del material del cable. Conociendo este límite elástico y la extensión por unidad de longitud del material, se puede evaluar el área de sección transversal del alambre. A partir de esto, se puede calcular el radio del alambre.
• La elasticidad se usa para estimar la altura máxima de una montaña en la tierra.
• La elasticidad se utiliza en el diseño de puentes. Al diseñar un puente, debemos considerar algunos factores como la carga de tráfico, el peso del puente, la fuerza de los vientos. El puente está diseñado de tal manera que no debe doblarse demasiado ni romperse.

Problemas de muestra

Problema 1: Definir Fatiga elástica y su efecto.

Solución:

La fatiga elástica es una condición en la que la elasticidad de un material se pierde temporalmente como resultado de una tensión continua.

Los efectos de la fatiga elástica son:

• Dentro del límite elástico, un alambre puede romperse.
• Sin el uso de equipo, un cable se puede cortar en pedazos.
• Después de un largo período de servicio, las vías del tren y los puentes se consideran peligrosos.
• Después de un largo período de uso, las balanzas de resorte dan lecturas incorrectas.

Problema 2: Explique el efecto posterior elástico.

Solución:

El efecto posterior elástico se refiere al tiempo que tarda un material en restaurar su longitud anterior después de eliminar una fuerza deformante.

• El efecto posterior elástico para un cuerpo perfectamente elástico es cero.
• El efecto posterior elástico para un cuerpo perfectamente inelástico es infinito.

Problema 3: ¿Qué sucede cuando se aplica fuerza a un cuerpo?

Solución:

Si aplicamos fuerza sobre un cuerpo elástico como el caucho, se estira hasta el límite elástico. Si aplicamos la misma fuerza continuamente entonces puede romperse. Y cada vez que dejamos de aplicar fuerza, recupera su forma original. Pero al llegar al cuerpo de plástico como una barra de aluminio, cuando aplicamos fuerza sobre ese cuerpo de plástico, puede cambiar un poco su forma, pero después de detener la fuerza, no recuperará su forma original.

Problema 4: ¿Qué es una sustancia plástica? Además , mencionar sus características.

Solución:

Una sustancia plástica es aquella que no presenta un comportamiento elástico. Masilla, goma de mascar, soldadura de plomo y cera son algunos de los ejemplos.

Algunas de las principales propiedades características de una sustancia plástica son:

1. Más elástico es un cuerpo que es más difícil de tensar.
2. El caucho es menos elástico que el acero.
3. El acero, no el cobre, se usa para fabricar resortes porque el acero es más elástico que el cobre.
4. La elasticidad se incrementa al martillar, rodar y agregar impurezas.
5. La elasticidad del material se reduce mediante el recocido y el aumento de la temperatura.
6. La elasticidad de algunos materiales no cambia en función de la temperatura. Un ejemplo de esto es Invar Steel.

Problema 5: ¿Qué es un cuerpo elástico? Dé sus ejemplos también.

Solución:

El término «cuerpo elástico» se refiere a un cuerpo que exhibe elasticidad. El acero y el caucho son los dos ejemplos.

Algunos de los ejemplos aproximados de un cuerpo perfectamente elástico son el cuarzo y el bronce fosforoso.

Problema 6: Una masa pesada está unida a un alambre delgado y se hace girar en un círculo vertical. ¿En qué punto es más probable que el cable se rompa?

Solución:

Cuando se une una masa pesada a un alambre delgado y se hace girar en un círculo vertical, el alambre se romperá en el punto más bajo de un alambre vertical porque la tensión es mayor en ese punto.