Tensión mecánica para niños

Datos para niños Tensión (σ)
Tensiones residuales en el interior de un plástico reveladas por fotoelasticidad mediante luz polarizada
Magnitud	Tensión (σ)
Tipo	Magnitud vectorial
Unidad SI	Pascal
Otras unidades	Megapascal (MPa) Bar (unidad de presión)

Vector tensión en una superficie S. Puede descomponerse en tensión normal (perpendicular) y tensión cortante (paralela).

Componentes del tensor tensión en un punto P de un sólido deformable.

En física e ingeniería, la tensión mecánica es una medida de la fuerza que actúa sobre una cierta área dentro de un material. Imagina que un material está formado por muchas partículas pequeñas. La tensión mecánica describe cómo estas partículas se empujan o tiran entre sí.

Esta fuerza puede ser causada por cosas externas, como la gravedad o el contacto con otros objetos. Por ejemplo, cuando una columna soporta un peso, cada parte de la columna empuja a la parte de abajo. Cuando un líquido está en un recipiente a presión, el líquido empuja contra las paredes.

La tensión se mide en unidades de presión, como el pascal (Pa), que es un newton por metro cuadrado (N/m²). Se representa con la letra griega sigma (σ).

La tensión puede hacer que un material se deforme. Si la deformación es pequeña, el material puede volver a su forma original, como un resorte. Esto se llama tensión elástica. En líquidos y gases, la tensión también puede aparecer si el volumen cambia o si el líquido se mueve.

A veces, la tensión existe incluso sin fuerzas externas. Esto se llama tensión interna y es importante en materiales como el hormigón pretensado. La tensión también puede aparecer por cambios de temperatura o por campos electromagnéticos.

Si la tensión es muy grande, el material puede deformarse de forma permanente o incluso romperse.

¿Cómo se descubrió la tensión mecánica?

Puente romano en Suiza. Los arcos de piedra soportan esfuerzos de compresión.

Puente inca sobre el río Apurímac. La cuerda del puente soporta esfuerzos de tracción.

Los seres humanos han conocido la tensión en los materiales desde hace mucho tiempo. Antiguos arquitectos y constructores aprendieron a usar la madera y la piedra para soportar y distribuir las fuerzas. Crearon estructuras ingeniosas como arcos, cúpulas y arbotantes en las catedrales góticas.

Sin embargo, la comprensión científica de la tensión comenzó en los siglos XVII y XVIII. Científicos como Galileo Galilei, René Descartes e Isaac Newton desarrollaron herramientas matemáticas y principios físicos. Con estas bases, Augustin-Louis Cauchy creó el primer modelo matemático completo para entender cómo se deforman los materiales.

¿Qué es el vector tensión?

Imagina que cortas un objeto con un plano imaginario. Para que cada parte del objeto se mantenga en equilibrio, debe haber una fuerza actuando sobre la superficie de ese corte. Esta fuerza, dividida por el área de la superficie, se llama vector tensión.

Se representa con la fórmula:

Donde dF' es la fuerza elemental y dA es el área elemental.

Este vector tensión nos dice cómo se distribuyen las fuerzas internas en un material. La tensión mecánica se mide en pascales (Pa) en el Sistema Internacional.

Tipos de tensión: normal y tangencial

El vector tensión se puede dividir en dos partes principales, que tienen efectos diferentes en los materiales:

• Tensión normal (σ): Es la parte de la fuerza que actúa de forma perpendicular al plano de corte. Imagina que empujas o tiras directamente de una superficie.
• Tensión tangencial (τ): Es la parte de la fuerza que actúa de forma paralela al plano de corte. Esto es como frotar o deslizar algo sobre una superficie.

Estas dos componentes se combinan para formar el vector tensión total. Cuando dos objetos están en contacto, la tensión normal se relaciona con la presión y la tensión tangencial con la fricción.

Un ejemplo sencillo: tensión uniaxial

Un caso simple es la tensión uniaxial. Esto ocurre cuando una fuerza F se aplica de manera uniforme sobre un área A. La tensión mecánica en este caso se calcula con una fórmula sencilla:

Por ejemplo, si estiras un cable, la tensión uniaxial es la fuerza que aplicas dividida por el área de la sección transversal del cable.

Se ha observado que el estiramiento de un cable es proporcional a esta tensión. Si la tensión supera un cierto valor, el cable puede romperse. Este valor se llama tensión de ruptura.

Véase también

En inglés: Stress (mechanics) Facts for Kids