En mecánica , el plano neutro o superficie neutra es un plano conceptual dentro de una viga o voladizo . Cuando se carga con una fuerza de flexión, la viga se dobla de modo que la superficie interior está en compresión y la superficie exterior está en tensión . El plano neutro es la superficie dentro de la viga entre estas zonas, donde el material de la viga no está bajo tensión , ya sea compresión o tensión. [1]
Como no hay ninguna fuerza de tensión longitudinal sobre el plano neutro, tampoco hay deformación ni extensión: cuando la viga se dobla, la longitud del plano neutro permanece constante. Cualquier línea dentro del plano neutro paralela al eje de la viga se denomina curva de deflexión de la viga.
Para demostrar que cada viga debe tener un plano neutro, se puede imaginar que el material de la viga está dividido en fibras estrechas paralelas a su longitud. Cuando la viga se dobla, en cualquier sección transversal dada, la región de fibras cerca del lado cóncavo estará bajo compresión, mientras que la región cerca del lado convexo estará bajo tensión. Debido a que la tensión en el material debe ser continua a lo largo de cualquier sección transversal, debe haber un límite entre las regiones de compresión y tensión en el que las fibras no tengan tensión. Este es el plano neutro. [1]
La ubicación del plano neutro puede ser un factor importante en las estructuras monocasco y los recipientes a presión . Si la estructura es una membrana sostenida por nervaduras de resistencia, la colocación de la piel a lo largo de la superficie neutra evita fuerzas de compresión o tensión sobre ella. Si la piel ya está bajo presión externa, esto reduce la fuerza total a la que está sujeta.
En el diseño de submarinos, este ha sido un problema importante, aunque sutil. Los submarinos de la flota estadounidense de la Segunda Guerra Mundial tenían una sección del casco que no era del todo circular, lo que hacía que el círculo nodal se separara del plano neutro, lo que generaba tensiones adicionales. El diseño original tenía el armazón interno: esto requirió un refinamiento del diseño mediante ensayo y error para producir dimensiones aceptables para los escantillones de las costillas . El diseñador Andrew I. McKee, del Astillero Naval de Portsmouth, desarrolló un diseño mejorado. Al colocar los armazones parcialmente dentro del casco y parcialmente fuera, el eje neutro se podía reorganizar para que coincidiera una vez más con el círculo nodal. Esto no produjo un momento de flexión resultante en los armazones y, por lo tanto, permitió una estructura más liviana y eficiente. [2]
La propiedad de mantener una longitud constante bajo carga se ha utilizado en la metrología de longitudes . Cuando se desarrollaron barras de metal como patrones físicos para medidas de longitud, se calibraron como marcas realizadas en una longitud medida a lo largo del plano neutro. Esto evitó los cambios minúsculos en la longitud, debido a que la barra se combaba bajo su propio peso.
Los primeros patrones de longitud que utilizaron esta técnica fueron barras macizas de sección rectangular. Se perforaba un agujero ciego en cada extremo, hasta la profundidad del plano neutro, y las marcas de calibración se hacían a esta profundidad. Esto era un inconveniente, ya que era imposible medir directamente entre las dos marcas, sino solo con un trasmallo desplazado hacia el interior de los pozos.
Un enfoque más conveniente se utilizó para el prototipo internacional del metro de 1870, una barra de aleación de platino e iridio que sirvió como definición del metro desde 1889 hasta 1960. Esta se hizo con una sección transversal en forma de H abocinada, llamada sección de Tresca . Una superficie de la barra transversal central de la H se diseñó para que coincidiera con el plano neutro, y las marcas de calibración que definen el metro se inscribieron en esta superficie. [4]
{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )