Fuerza específica

Relación entre resistencia y masa de un material.

La resistencia específica es la resistencia de un material (o músculo) (fuerza por unidad de área en el momento de la falla) dividida por su densidad . También se conoce como relación fuerza-peso o relación fuerza/peso o relación fuerza-masa . En aplicaciones de fibras o textiles, la tenacidad es la medida habitual de resistencia específica. La unidad SI para resistencia específica es Pa ⋅ m ³ / kg , o N ⋅m/kg, que es dimensionalmente equivalente a m ² /s ² , aunque esta última forma rara vez se usa. La fuerza específica tiene las mismas unidades que la energía específica , y está relacionada con la energía específica máxima de rotación que puede tener un objeto sin volar debido a la fuerza centrífuga .

Otra forma de describir la resistencia específica es la longitud de rotura , también conocida como longitud de autosoporte : la longitud máxima de una columna vertical del material (suponiendo una sección transversal fija) que podría suspender su propio peso cuando se apoya solo en la parte superior. Para esta medida, la definición de peso es la fuerza de gravedad en la superficie de la Tierra ( gravedad estándar , 9,80665 m/s ² ) que se aplica a toda la longitud del material, sin disminuir con la altura. Este uso es más común con ciertas aplicaciones textiles o de fibras especiales.

Los materiales con las resistencias específicas más altas suelen ser fibras como la fibra de carbono , la fibra de vidrio y diversos polímeros, y se utilizan con frecuencia para fabricar materiales compuestos (por ejemplo, fibra de carbono-epoxi ). Estos materiales y otros como el titanio , el aluminio , el magnesio y las aleaciones de acero de alta resistencia se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial y otras aplicaciones donde el ahorro de peso justifica el mayor coste del material.

Tenga en cuenta que la resistencia y la rigidez son distintas. Ambos son importantes en el diseño de estructuras eficientes y seguras.

Cálculos de longitud de rotura.

${\displaystyle L={\frac {T_{s}/\rho }{\mathbf {g} }}}$

donde es la longitud, es la resistencia a la tracción, es la densidad y es la aceleración de la gravedad ( m/s ) ${\displaystyle L}$ ${\displaystyle T_{s}}$ ${\displaystyle \rho }$ ${\displaystyle \mathbf {g} }$ ${\displaystyle \approx 9.8}$ ${\displaystyle ^{2}}$

Ejemplos

Los datos de esta tabla provienen de los mejores casos y se han establecido para dar una cifra aproximada.

Nota: Los nanotubos de carbono de paredes múltiples tienen la resistencia a la tracción más alta de todos los materiales medidos hasta ahora; los laboratorios los producen con una resistencia a la tracción de 63 GPa, ^[33] todavía muy por debajo de su límite teórico de 300 GPa. Las primeras cuerdas de nanotubos (de 20 mm de largo), cuya resistencia a la tracción se publicó (en 2000), tenían una resistencia de 3,6 GPa, todavía muy por debajo de su límite teórico. ^[38] La densidad es diferente dependiendo del método de fabricación, y el valor más bajo es 0,037 o 0,55 (sólido). ^[34]

El 'Yuri' y las ataduras espaciales

El Consorcio Internacional de Ascensores Espaciales utiliza "Yuri" como nombre para las unidades SI que describen una fuerza específica. La resistencia específica es de fundamental importancia en la descripción de los materiales de los cables de ascensores espaciales . Se concibe que un Yuri es la unidad SI para el límite elástico (o esfuerzo de rotura) por unidad de densidad de un material bajo tensión. Un Yuri equivale a 1 Pa⋅m ³ /kg o 1  N ⋅ m / kg , que es la fuerza de rotura/cedencia por densidad lineal del cable bajo tensión. ^{[39] [40] Un} ascensor espacial terrestre funcional requeriría una correa de 30 a 80 megaYuri (correspondiente a 3100 a 8200 km de longitud de rotura). ^[41]

Límite fundamental de la fuerza específica

La condición de energía nula impone un límite fundamental a la resistencia específica de cualquier material. ^[37] La ​​fuerza específica no debe ser mayor que c ² ~9 × 10 ¹³  kN ⋅ m / kg , donde c es la velocidad de la luz . Este límite se logra mediante líneas de campo eléctrico y magnético, tubos de flujo QCD y las cuerdas fundamentales planteadas como hipótesis por la teoría de cuerdas . ^{[ cita necesaria ]}

Tenacidad (resistencia textil)

La tenacidad es la medida habitual de resistencia de una fibra o hilo . Generalmente se define como la fuerza última (de rotura) de la fibra (en unidades de fuerza- gramo ) dividida por el denier . Debido a que el denier es una medida de la densidad lineal, la tenacidad resulta no ser una medida de fuerza por unidad de área, sino más bien una medida casi adimensional análoga a la fuerza específica. ^[42] Una tenacidad de corresponde a: ^{[ cita necesaria ]} Mayormente Tenacidad expresada en el informe como cN/tex. ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle {\frac {1{\rm {\,g}}\cdot 9.80665{\rm {\,ms^{-2}}}}{1{\rm {\,g}}/9000{\rm {\,m}}}}={\frac {9.80665{\rm {\,ms^{-2}}}}{1/9000{\rm {\,m}}}}=9.80665{\rm {\,ms^{-2}}}\,9000{\rm {\,m}}=88259.85{\rm {\,m^{2}s^{-2}}}}$

Ver también

• Módulo específico
• ascensor espacial
• atadura espacial

Referencias

1. "Homopolímero de acetal polioximetileno - POM". AZoM.com . 30 de agosto de 2001. Archivado desde el original el 22 de julio de 2020 . Consultado el 22 de julio de 2020 .
2. "Polipropileno - fuente del catálogo en línea - proveedor de materiales de investigación en pequeñas cantidades - Goodfellow". www.goodfellow.com . Archivado desde el original el 7 de agosto de 2018 . Consultado el 24 de abril de 2017 .
3. "Poliacrilonitrilo-butadieno-estireno - fuente del catálogo en línea - proveedor de materiales de investigación en pequeñas cantidades - Goodfellow". www.goodfellow.com . Archivado desde el original el 2018-12-20 . Consultado el 29 de julio de 2018 .
4. "Tereftalato de polietileno - fuente del catálogo en línea - proveedor de materiales de investigación en pequeñas cantidades - Goodfellow". www.goodfellow.com . Archivado desde el original el 17 de abril de 2019 . Consultado el 29 de julio de 2018 .
5. "Acero ASTM A228 (UNS K08500)". www.matweb.com . Archivado desde el original el 19 de enero de 2019 . Consultado el 17 de enero de 2019 .
6. "Ácido poliláctico - Biopolímero - fuente del catálogo en línea - proveedor de materiales de investigación en pequeñas cantidades - Goodfellow". www.goodfellow.com . Archivado desde el original el 29 de julio de 2018 . Consultado el 29 de julio de 2018 .
7. "Acero AISI 1010, estirado en frío". matweb.com . Archivado desde el original el 18 de abril de 2018 . Consultado el 20 de octubre de 2015 .
8. "Hoja de datos de materiales ASM". asm.matweb.com . Archivado desde el original el 1 de octubre de 2018 . Consultado el 20 de octubre de 2015 .
9. "Hoja de datos de SSA Corp Maraging". matmatch.com/learn/material/maraging-steel .
10. "Propiedades de las aleaciones de cobre". roymech.co.uk . Archivado desde el original el 30 de marzo de 2019 . Consultado el 17 de abril de 2006 .
11. "Poliamida - Nylon 6 - fuente del catálogo en línea - proveedor de materiales de investigación en pequeñas cantidades - Goodfellow". www.goodfellow.com . Archivado desde el original el 17 de abril de 2019 . Consultado el 24 de abril de 2017 .
12. "Hoja de datos de materiales ASM". asm.matweb.com . Archivado desde el original el 22 de marzo de 2019 . Consultado el 14 de noviembre de 2016 .
13. "Hoja de datos de materiales ASM". asm.matweb.com . Archivado desde el original el 6 de abril de 2019 . Consultado el 18 de agosto de 2016 .
14. "Hoja de datos de materiales ASM". asm.matweb.com . Archivado desde el original el 15 de marzo de 2012 . Consultado el 18 de agosto de 2016 .
15. "Hoja de datos de materiales ASM". asm.matweb.com . Archivado desde el original el 22 de octubre de 2018 . Consultado el 18 de agosto de 2016 .
16. "Datos medioambientales: madera de roble". Archivado desde el original el 9 de octubre de 2007 . Consultado el 17 de abril de 2006 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace )
17. "Hoja de datos de materiales ASM". asm.matweb.com . Archivado desde el original el 4 de octubre de 2018 . Consultado el 20 de octubre de 2015 .
18. "eFunda: propiedades típicas de las aleaciones de magnesio". www.efunda.com . Archivado desde el original el 30 de enero de 2020 . Consultado el 1 de octubre de 2021 .
19. "Hoja de datos de materiales ASM". asm.matweb.com . Archivado desde el original el 16 de octubre de 2018 . Consultado el 20 de octubre de 2015 .
20. "Madera de pino blanco del este americano". www.matweb.com . Archivado desde el original el 8 de diciembre de 2019 . Consultado el 8 de diciembre de 2019 .
21. "Hoja de datos de materiales AZo". azom.com . 11 de febrero de 2003. Archivado desde el original el 23 de junio de 2017 . Consultado el 14 de noviembre de 2016 .
22. 52.a conferencia en memoria de Hatfield: "Grandes trozos de acero muy resistente" por HKDH Bhadeshia 2005. en archive.is
23. "MatWeb: el recurso de información sobre materiales en línea". matweb.com . Archivado desde el original el 2 de abril de 2015 . Consultado el 29 de junio de 2009 .
24. ENCICLOPEDIA DE Ciencia y Tecnología McGraw-Hill, octava edición, (c) 1997, vol. 1p 375
25. "Fibras de carburo de silicio SCS de Specialty Materials, Inc". Archivado desde el original el 4 de abril de 2018 . Consultado el 17 de abril de 2006 .
26. NanoComp Technologies Inc. "Hilo Miralon" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 2018-12-20 . Consultado el 19 de diciembre de 2018 .
27. "Vectran". Vectran Fiber, Inc. Archivado desde el original el 8 de julio de 2019 . Consultado el 12 de junio de 2017 .
28. "RWcarbon.com: la fuente de piezas aerodinámicas de fibra de carbono para BMW y Mercedes". rwcarbon.com . Archivado desde el original el 3 de mayo de 2019 . Consultado el 1 de octubre de 2021 .
29. "Grupo de red de compuestos en la construcción: introducción a los compuestos poliméricos reforzados con fibra". Archivado desde el original el 18 de enero de 2006 . Consultado el 17 de abril de 2006 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace )
30. "Hoja informativa sobre Dyneema". DSM. 1 de enero de 2008. Archivado desde el original el 8 de agosto de 2019 . Consultado el 23 de mayo de 2016 .
31. Toyobo Co., Ltd. "ザイロン® (PBO 繊維)技術資料 (2005)" (PDF) . Archivado desde el original (descarga gratuita en PDF) el 26 de abril de 2012.
32. Toray Composites Materials America, Co., Ltd. "T1100S, FIBRA DE CARBONO DE MÓDULO INTERMEDIO" (descarga gratuita de PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 13 de julio de 2021 . Consultado el 29 de junio de 2021 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
33. Yu, Min-Feng; Lourie, Oleg; Dyer, Mark J.; Moloni, Katerina; Kelly, Thomas F.; Ruoff, Rodney S. (28 de enero de 2000). "Mecanismo de resistencia y rotura de nanotubos de carbono de paredes múltiples bajo carga de tracción" (PDF) . Ciencia . 287 (5453): 637–640. Código Bib : 2000Sci...287..637Y. doi : 10.1126/ciencia.287.5453.637. PMID  10649994. S2CID  10758240. Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2011.
34. K. Hata (2007). "Desde la síntesis de CNT altamente eficiente y libre de impurezas hasta bosques DWNT, sólidos de CNT y supercondensadores" (PDF) . En Razeghi, Manijeh; Marrón, Gail J (eds.). Desde síntesis de CNT altamente eficiente y libre de impurezas hasta bosques DWNT, CNTsolids y supercondensadores . Dispositivos de detección cuántica y nanofotónicos IV. vol. 6479. págs.64791L. doi : 10.1117/12.716279. S2CID  136421231. Archivado desde el original el 14 de diciembre de 2014 . Consultado el 2 de diciembre de 2009 .{{cite book}}: CS1 maint: unfit URL (link)
35. Peng, H.; Chen, D.; y col., Huang JY; et al. (2008). "Tubos de carbono colosales, resistentes y dúctiles, con paredes de macroporos rectangulares". Física. Rev. Lett . 101 (14): 145501. Código bibliográfico : 2008PhRvL.101n5501P. doi : 10.1103/PhysRevLett.101.145501. PMID  18851539.
36. "Premios Nobel de Física 2010" (PDF) . Premio Nobel.org. Archivado (PDF) desde el original el 1 de julio de 2018 . Consultado el 28 de marzo de 2019 .
37. Brown, Adam R. (2013). "Resistencia a la tracción y extracción de agujeros negros". Cartas de revisión física . 111 (21): 211301. arXiv : 1207.3342 . Código bibliográfico : 2013PhRvL.111u1301B. doi : 10.1103/PhysRevLett.111.211301. PMID  24313473. S2CID  16394667.
38. Li, F.; Cheng, HM; Bai, S.; Su, G.; Dresselhaus, MS (2000). "Resistencia a la tracción de nanotubos de carbono de pared simple medida directamente desde sus cuerdas macroscópicas". Letras de Física Aplicada . 77 (20): 3161–3163. Código bibliográfico : 2000ApPhL..77.3161L. doi : 10.1063/1.1324984 .
39. "Desafío Strong Tether 2013" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 14 de enero de 2016.
40. "Terminología". isec.org . Archivado desde el original el 27 de mayo de 2012.
41. "Fuerza específica en Yuris". keithcu.com . Archivado desde el original el 9 de febrero de 2019 . Consultado el 2 de junio de 2012 .
42. Rodríguez, Fernando (1989). Principios de los sistemas poliméricos (3ª ed.). Nueva York: Hemisphere Publishing. pag. 282.ISBN​ 9780891161769. OCLC  19122722.

enlaces externos

• Rigidez específica - Tabla de resistencia específica, Universidad de Cambridge, Departamento de Ingeniería