Fuerza específica - Specific strength

La resistencia específica es la resistencia de un material (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 la resistencia específica es Pa ⋅ m ³ / kg , o N ⋅m / kg, que es dimensionalmente equivalente a m ² / s ² , aunque la última forma rara vez se usa. La fuerza específica tiene las mismas unidades que la energía específica y está relacionada con la máxima energía específica de rotación que puede tener un objeto sin separarse debido a la fuerza centrífuga .

Otra forma de describir la resistencia específica es la longitud de rotura , también conocida como longitud autoportante : la longitud máxima de una columna vertical del material (asumiendo una sección transversal fija) que podría suspender su propio peso cuando se apoya solo en la parte superior. Para esta medición, 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 especiales de fibras o textiles.

Los materiales con las resistencias específicas más altas son típicamente fibras como fibra de carbono , fibra de vidrio y varios polímeros, y estos 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 en otras aplicaciones en las que el ahorro de peso compensa el mayor coste del material.

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

Cálculos de longitud de ruptura

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

donde es la longitud, es la resistencia a la tracción, es la densidad y es la aceleración debida a la gravedad ( m / s ) ${\ Displaystyle L}$${\ Displaystyle T_ {s}}$${\ Displaystyle \ rho}$${\ Displaystyle \ mathbf {g}}$${\ Displaystyle \ aproximadamente 9,8}$${\ Displaystyle ^ {2}}$

Ejemplos de

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 cualquier material hasta ahora medido, y los laboratorios los producen a una resistencia a la tracción de 63 GPa, todavía muy por debajo de su límite teórico de 300 GPa. Los primeros cables de nanotubos (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. La densidad es diferente según el método de fabricación y el valor más bajo es 0.037 o 0.55 (sólido).

El 'Yuri' y las ataduras espaciales

El Consorcio Internacional de Ascensores Espaciales utiliza el "Yuri" como nombre para las unidades SI que describen la fuerza específica. La resistencia específica es de fundamental importancia en la descripción de los materiales de los cables de los ascensores espaciales . Un Yuri se concibe como 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 / fluencia por densidad lineal del cable bajo tensión. Un ascensor espacial terrestre funcional requeriría una correa de 30 a 80 megaYuri (correspondiente a 3100 a 8200 km de longitud de ruptura).

Límite fundamental de la fuerza específica

La condición de energía nula impone un límite fundamental a la resistencia específica de cualquier material. La fuerza específica está limitada a no 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 hipotetizadas por la teoría de cuerdas .

Tenacidad (fuerza textil)

La tenacidad es la medida habitual de resistencia de una fibra o hilo . Por lo general, se define como la fuerza máxima (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. Una tenacidad de corresponde a: 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
• Correa espacial

Referencias

enlaces externos

• Rigidez específica: tabla de resistencia específica , Universidad de Cambridge, Departamento de Ingeniería