Compresión (física)

Aplicación de fuerzas equilibradas que empujan un objeto hacia adentro, hacia sí mismo.

En mecánica , la compresión es la aplicación de fuerzas equilibradas hacia adentro ("de empuje") a diferentes puntos de un material o estructura , es decir, fuerzas sin suma neta o par dirigidas de modo que se reduzca su tamaño en una o más direcciones. ^[1] Se contrasta con la tensión o tracción, la aplicación de fuerzas equilibradas hacia afuera ("de tracción"); y con las fuerzas de corte , dirigidas de modo que se desplacen capas del material paralelas entre sí. La resistencia a la compresión de materiales y estructuras es una consideración importante de ingeniería.

En la compresión uniaxial , las fuerzas se dirigen a lo largo de una sola dirección, de modo que actúan para disminuir la longitud del objeto a lo largo de esa dirección. ^[2] Las fuerzas de compresión también pueden aplicarse en múltiples direcciones; por ejemplo, hacia adentro a lo largo de los bordes de una placa o sobre toda la superficie lateral de un cilindro , para reducir su área ( compresión biaxial ), o hacia adentro sobre toda la superficie de un cuerpo, para reducir su volumen .

Técnicamente, un material está bajo un estado de compresión, en algún punto específico y a lo largo de una dirección específica , si el componente normal del vector de tensión a través de una superficie con dirección normal se dirige opuesta a . Si el vector de tensión en sí es opuesto a , se dice que el material está bajo compresión normal o tensión de compresión pura a lo largo de . En un sólido , la cantidad de compresión generalmente depende de la dirección , y el material puede estar bajo compresión a lo largo de algunas direcciones, pero bajo tracción a lo largo de otras. Si el vector de tensión es puramente compresivo y tiene la misma magnitud para todas las direcciones, se dice que el material está bajo compresión isotrópica , compresión hidrostática o compresión volumétrica . Este es el único tipo de compresión estática que pueden soportar los líquidos y gases . ^[3] Afecta el volumen del material, cuantificado por el módulo volumétrico y la deformación volumétrica . ${\estilo de visualización x}$ ${\estilo de visualización x}$ ${\estilo de visualización x}$ ${\estilo de visualización x}$ ${\estilo de visualización x}$ ${\estilo de visualización x}$

El proceso inverso de la compresión se llama descompresión , dilatación o expansión , en el cual el objeto se agranda o aumenta de volumen.

En una onda mecánica , que es longitudinal , el medio se desplaza en la dirección de la onda, dando lugar a zonas de compresión y rarefacción .

Efectos

Todo material, sometido a compresión (o a cualquier otro tipo de tensión), sufre una deformación , aunque sea imperceptible, que hace que cambien las posiciones relativas medias de sus átomos y moléculas. La deformación puede ser permanente o puede revertirse cuando desaparecen las fuerzas de compresión. En este último caso, la deformación da lugar a fuerzas de reacción que se oponen a las fuerzas de compresión y pueden acabar equilibrándolas. ^[4]

Los líquidos y los gases no pueden soportar una compresión uniaxial o biaxial constante, se deformarán rápidamente y de forma permanente y no ofrecerán ninguna fuerza de reacción permanente. Sin embargo, pueden soportar una compresión isotrópica y pueden comprimirse de otras formas momentáneamente, por ejemplo, en una onda sonora .

Todo material ordinario se contraerá en volumen cuando se someta a una compresión isótropa, se contraerá en área de sección transversal cuando se someta a una compresión biaxial uniforme y se contraerá en longitud cuando se someta a una compresión uniaxial. La deformación puede no ser uniforme y puede no estar alineada con las fuerzas de compresión. Lo que sucede en las direcciones en las que no hay compresión depende del material. ^[4] La mayoría de los materiales se expandirán en esas direcciones, pero algunos materiales especiales permanecerán inalterados o incluso se contraerán. En general, la relación entre la tensión aplicada a un material y la deformación resultante es un tema central de la mecánica de medios continuos .

Usos

La compresión de sólidos tiene muchas implicaciones en la ciencia de los materiales , la física y la ingeniería estructural , ya que la compresión produce cantidades notables de estrés y tensión .

Al inducir la compresión, se pueden medir propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión o el módulo de elasticidad . ^[5]

Las máquinas de compresión varían desde sistemas de sobremesa muy pequeños hasta otros con una capacidad de más de 53 MN.

Los gases se suelen almacenar y transportar en forma muy comprimida para ahorrar espacio. También se utilizan aire u otros gases ligeramente comprimidos para llenar globos , botes de goma y otras estructuras inflables . Los líquidos comprimidos se utilizan en equipos hidráulicos y en la fracturación hidráulica .

En motores

Motores de combustión interna

En los motores de combustión interna, la mezcla explosiva se comprime antes de encenderse; la compresión mejora la eficiencia del motor. En el ciclo Otto , por ejemplo, la segunda carrera del pistón produce la compresión de la carga que ha sido aspirada hacia el cilindro por la primera carrera de avance. ^[6]

Máquinas de vapor

El término se aplica al mecanismo por el cual se cierra la válvula de escape de una máquina de vapor , cerrando una parte del vapor de escape en el cilindro , antes de que la carrera del pistón esté completamente completa. Este vapor se comprime a medida que se completa la carrera, se forma un colchón contra el cual trabaja el pistón mientras su velocidad se reduce rápidamente y, por lo tanto, se reducen las tensiones en el mecanismo debido a la inercia de las piezas reciprocantes. ^[7] Además, esta compresión evita el choque que de otro modo causaría la admisión de vapor fresco para la carrera de retorno.

Véase también

Referencias

^ Ferdinand Pierre Beer, Elwood Russell Johnston, John T. DeWolf (1992), "Mecánica de materiales". (Libro) McGraw-Hill Professional, ISBN 0-07-112939-1
^ Erkens, Sandra y Poot, M. La prueba de compresión uniaxial. Universidad Tecnológica de Delft. (1998). Número de informe: 7-98-117-4.
^ Ronald L. Huston y Harold Josephs (2009), "Análisis práctico de tensiones en el diseño de ingeniería". 3.ª edición, CRC Press, 634 páginas. ISBN 9781574447132
^ ab Fung, YC (1977). Un primer curso de mecánica del medio continuo (2.ª ed.). Prentice-Hall, Inc. ISBN 978-0-13-318311-5.
^ Hartsuijker, C.; Welleman, JW (2001). Ingeniería Mecánica. Volumen 2. Saltador. ISBN 978-1-4020-412
^ Heywood, John (1 de mayo de 2018). Fundamentos de motores de combustión interna 2.ª edición. McGraw Hill Professional. ISBN 978-1-260-11611-3.
^ Wiser, Wendell H. (2000). Recursos energéticos: aparición, producción, conversión, uso. Birkhäuser. pág. 190. ISBN 978-0-387-98744-6.

[Beer-1] Ferdinand Pierre Beer, Elwood Russell Johnston, John T. DeWolf (1992), "Mecánica de materiales". (Libro) McGraw-Hill Professional, ISBN 0-07-112939-1

[2] Erkens, Sandra y Poot, M. La prueba de compresión uniaxial. Universidad Tecnológica de Delft. (1998). Número de informe: 7-98-117-4.

[3] Ronald L. Huston y Harold Josephs (2009), "Análisis práctico de tensiones en el diseño de ingeniería". 3.ª edición, CRC Press, 634 páginas. ISBN 9781574447132

[ONE-4] Fung, YC (1977). Un primer curso de mecánica del medio continuo (2.ª ed.). Prentice-Hall, Inc. ISBN 978-0-13-318311-5.

[5] Hartsuijker, C.; Welleman, JW (2001). Ingeniería Mecánica. Volumen 2. Saltador. ISBN 978-1-4020-412

[6] Heywood, John (1 de mayo de 2018). Fundamentos de motores de combustión interna 2.ª edición. McGraw Hill Professional. ISBN 978-1-260-11611-3.

[Wiser-7] Wiser, Wendell H. (2000). Recursos energéticos: aparición, producción, conversión, uso. Birkhäuser. pág. 190. ISBN 978-0-387-98744-6.