Si necesita averiguar qué tan fuerte es un material, una forma es probar qué tan fácil es romperlo. La módulo de ruptura, también conocida como resistencia a la flexión o resistencia a la ruptura transversal, le brinda la capacidad de carga máxima justo antes de que un material se rompa. Para un material como la madera, el módulo de ruptura tiene aplicaciones en ingeniería y construcción.
El módulo de ruptura es una medida de presión o fuerza por unidad de área. Los científicos e ingenieros utilizan una serie de magnitudes de presión para determinar el módulo de ruptura. Puede encontrarlo expresado en pascales o megapascales, así como en libras por pulgada cuadrada o psi.
A medida que los materiales se doblan en respuesta a la tensión, se comprimen a lo largo de un lado y se estiran a lo largo del otro. A medida que empuja hacia abajo una pieza de madera, por ejemplo, el lado estirado se expandirá hacia la izquierda, hacia abajo y hacia la derecha. Los investigadores suelen utilizar El módulo de Young, una medida de rigidez, para describir este efecto.
Calcular el módulo de ruptura
Puede calcular el módulo de ruptura, "sigma", usando la ecuación σr = 3Fx / yz2 para la fuerza de carga F y dimensiones de tamaño en tres direcciones, X, y yz, del material. En este caso, la carga es la fuerza externa que se ejerce sobre el material de interés. La fuerza de carga se aplica al centro de una viga del material elevada ligeramente sobre el suelo. Desde esta configuración experimental, conocida como prueba de carga del punto central, puede observar la deformación del material en respuesta a la tensión aplicada.
Mantenga sus unidades consistentes al realizar este cálculo. Si usa pulgadas para las dimensiones y libras para la fuerza de carga, el módulo de ruptura tendría unidades de libras por pulgada cuadrada.
Asegúrese de no confundir el módulo de ruptura con la resistencia a la tracción, σTS, la capacidad de un material para resistir la rotura cuando está bajo tensión. Mientras que el módulo de ruptura mide la presión específica a la que un material está a punto de romperse, la resistencia a la tracción representa la capacidad del material para doblarse y deformarse antes de romperse.
Prueba de flexión de tres puntos
Los ingenieros utilizan una prueba de flexión de tres puntos para determinar la fuerza de unión o módulo de ruptura de un material. A diferencia de la prueba de carga del punto central, este método utiliza dos fuerzas diferentes a lo largo del material de la viga que lo dividen en tres partes iguales.
A medida que las fuerzas aplicadas doblan el material, ya sea madera, cemento o cualquier otra sustancia, realizan un seguimiento de la temperatura y de cómo las partículas del material se distribuyen en respuesta a la tensión. Hacen esto para asegurarse de que el material pueda soportar las presiones en aplicaciones como cimientos para edificios u otros proyectos.
A medida que los ingenieros crean gráficos de cómo se desplaza el material en respuesta a diferentes cantidades de fuerza, estudian cómo se deforman los materiales. Luego pueden calcular el módulo de Young y el módulo de ruptura.
Componentes de la fuerza
Para una matriz de cemento, un tipo de material utilizado en infraestructura civil, las fibras de carbono, nanofibras o nanotubos que componen el material proporcionan la resistencia estructural. Puede utilizar estos componentes de la matriz de cemento para detectar, proteger electromagnéticamente de radiación dañina y evitar que las sustancias se corroan.
Dependiendo del tipo de componentes que componen estas matrices de cemento, puede estudiarlas para física y química. propiedades tales como susceptibilidad al calor y la electricidad, capacidad para conducir corriente y capacidad para almacenar o transferir calor.
Algunos materiales utilizan compuestos del tamaño de grano en una escala nanométrica. Estas sustancias basadas en nanocompuestos tienden a tener valores más altos para el módulo de elasticidad, la rapidez con la que cambia la tensión en el material cuando está bajo presión. La disposición química de las moléculas en la nanoescala significa que estos materiales tienen mayor resistencia a la tracción, dureza, tenacidad y resistencia al desgaste.