En mecánica , un impacto es cuando dos cuerpos chocan . Durante esta colisión, ambos cuerpos desaceleran. La desaceleración provoca una gran fuerza o choque , aplicado durante un corto período de tiempo. Una fuerza elevada, durante un período corto, suele causar más daño a ambos cuerpos que una fuerza menor aplicada durante un período proporcionalmente más largo.
A velocidades normales, durante una colisión perfectamente inelástica , un objeto golpeado por un proyectil se deformará , y esta deformación absorberá la mayor parte o la totalidad de la fuerza de la colisión. Visto desde una perspectiva de conservación de la energía , la energía cinética del proyectil se transforma en energía térmica y sonora, como resultado de las deformaciones y vibraciones inducidas en el objeto impactado. Sin embargo, estas deformaciones y vibraciones no pueden ocurrir instantáneamente. Una colisión de alta velocidad (un impacto) no proporciona tiempo suficiente para que se produzcan estas deformaciones y vibraciones. Por lo tanto, el material golpeado se comporta como si fuera más frágil de lo que sería de otro modo y la mayor parte de la fuerza aplicada se destina a fracturar el material. O, otra forma de verlo, es que los materiales en realidad son más frágiles en escalas de tiempo cortas que en escalas de tiempo largas: esto está relacionado con la superposición tiempo-temperatura . La resistencia al impacto disminuye con un aumento en el módulo de elasticidad , lo que significa que los materiales más rígidos tendrán menos resistencia al impacto. Los materiales resistentes tendrán una mejor resistencia al impacto.
Diferentes materiales pueden comportarse de maneras muy diferentes en caso de impacto en comparación con condiciones de carga estática. Los materiales dúctiles como el acero tienden a volverse más quebradizos a altas velocidades de carga, y puede producirse desconchado en el lado opuesto al impacto si no se produce la penetración. La forma en que se distribuye la energía cinética a través de la sección también es importante para determinar su respuesta. Los proyectiles aplican una tensión de contacto hertziana en el punto de impacto a un cuerpo sólido, con tensiones de compresión debajo del punto, pero con cargas de flexión a poca distancia. Dado que la mayoría de los materiales son más débiles a la tensión que a la compresión, esta es la zona donde las grietas tienden a formarse y crecer.
Un clavo se golpea con una serie de impactos, cada uno de ellos con un solo golpe de martillo . Estos impactos de alta velocidad superan la fricción estática entre el clavo y el sustrato. Un martinete logra el mismo fin, aunque a una escala mucho mayor, ya que el método se usa comúnmente durante proyectos de construcción civil para hacer cimientos de edificios y puentes. Una llave de impacto es un dispositivo diseñado para impartir impactos de torsión a los pernos para apretarlos o aflojarlos. A velocidades normales, las fuerzas aplicadas al perno se dispersarían, mediante fricción, a las roscas coincidentes. Sin embargo, a velocidades de impacto, las fuerzas actúan sobre el perno para moverlo antes de que puedan dispersarse. En balística , las balas utilizan fuerzas de impacto para perforar superficies que de otro modo podrían resistir fuerzas sustanciales. Una lámina de caucho, por ejemplo, se comporta más como vidrio a la velocidad típica de una bala. Es decir, se fractura, y no se estira ni vibra.
El campo de aplicación de la teoría del impacto abarca desde la optimización del procesamiento de materiales, las pruebas de impacto, la dinámica de medios granulares hasta aplicaciones médicas relacionadas con la biomecánica del cuerpo humano, especialmente las articulaciones de la cadera y la rodilla. [2] Además, tiene amplias aplicaciones en las industrias automotriz y militar. [3]
Los accidentes de tráfico suelen implicar cargas de impacto, como cuando un coche choca contra un bolardo , una boca de agua o un árbol, localizándose el daño en la zona del impacto. Cuando los vehículos chocan, el daño aumenta con la velocidad relativa de los vehículos, el daño aumenta como el cuadrado de la velocidad ya que es la energía cinética del impacto (1/2 mv 2 ) la variable de importancia. Se hacen muchos esfuerzos de diseño para mejorar la resistencia al impacto de los automóviles a fin de minimizar las lesiones del usuario. Esto se puede lograr de varias maneras: encerrando al conductor y a los pasajeros en una celda de seguridad, por ejemplo. La celda está reforzada para que sobreviva en choques a alta velocidad y así proteja a los usuarios. Las partes del cuerpo fuera de la célula están diseñadas para arrugarse progresivamente, absorbiendo la mayor parte de la energía cinética que debe ser disipada por el impacto.
Se utilizan varios ensayos de impacto para evaluar los efectos de cargas elevadas, tanto en productos como en losas de material estándar. La prueba Charpy y la prueba Izod son dos ejemplos de métodos estandarizados que se utilizan ampliamente para probar materiales. Para evaluar los impactos del producto se utilizan pruebas de caída de bolas o proyectiles.
El desastre del Columbia fue causado por daños por impacto cuando un trozo de espuma de poliuretano impactó el ala compuesta de fibra de carbono del transbordador espacial . Aunque se habían realizado pruebas antes del desastre, los trozos de prueba eran mucho más pequeños que el trozo que se desprendió del cohete propulsor y golpeó el ala expuesta.
Cuando se envían artículos frágiles, los impactos y caídas pueden dañar el producto. El embalaje protector y la amortiguación ayudan a reducir la aceleración máxima al extender la duración del choque o impacto. [4]
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