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 gran fuerza, durante un corto período de tiempo, generalmente causa 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 golpeado. Sin embargo, estas deformaciones y vibraciones no pueden ocurrir instantáneamente. Una colisión de alta velocidad (un impacto) no proporciona tiempo suficiente para que ocurran estas deformaciones y vibraciones. Por lo tanto, el material golpeado se comporta como si fuera más frágil de lo que sería de otra manera, 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 resilientes tendrán mejor resistencia al impacto.
Los distintos materiales pueden comportarse de formas muy diferentes en caso de impacto en comparación con las condiciones de carga estática. Los materiales dúctiles , como el acero, tienden a volverse más frágiles a tasas de carga elevadas y pueden producirse desconchamientos en el lado opuesto al impacto si no se produce 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 en tensión que en compresión, esta es la zona en la que tienden a formarse y crecer las grietas.
Un clavo se golpea con una serie de impactos, cada uno de ellos mediante un único 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, y el método se utiliza habitualmente durante los 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 de acoplamiento. 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 goma, por ejemplo, se comporta más como el vidrio a velocidades de bala típicas. 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, pruebas de impacto, 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 una carga de impacto, como cuando un coche choca contra un bolardo de tráfico , una boca de riego o un árbol, y el daño se localiza en la zona de impacto. Cuando los vehículos chocan, el daño aumenta con la velocidad relativa de los vehículos, y aumenta con el cuadrado de la velocidad, ya que la energía cinética del impacto (1/2 mv 2 ) es la variable de importancia. Se han hecho muchos esfuerzos de diseño para mejorar la resistencia al impacto de los coches con el fin de minimizar las lesiones a los usuarios. Esto se puede conseguir de varias formas: por ejemplo, encerrando al conductor y a los pasajeros en una celda de seguridad. La celda está reforzada para que sobreviva en choques a alta velocidad y proteja así a los usuarios. Las partes de la carrocería fuera de la celda están diseñadas para deformarse progresivamente, absorbiendo la mayor parte de la energía cinética que debe disiparse por el impacto.
Se utilizan diversas pruebas de impacto para evaluar los efectos de cargas elevadas, tanto en productos como en placas estándar de material. La prueba Charpy y la prueba Izod son dos ejemplos de métodos estandarizados que se utilizan ampliamente para probar materiales. Las pruebas de caída de bola o proyectil se utilizan para evaluar los impactos de los productos.
El desastre del Columbia se produjo por un impacto de un trozo de espuma de poliuretano en el ala 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 las caídas pueden provocar daños en el producto. El embalaje protector y la amortiguación ayudan a reducir la aceleración máxima al prolongar la duración del impacto. [4]
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