Tensión de rotura para niños

La tensión de rotura es la fuerza máxima que un material puede soportar antes de que empiece a estirarse mucho y a hacerse más delgado en un punto, justo antes de romperse. Imagina que estiras una banda elástica: al principio se estira de forma pareja, pero justo antes de romperse, una parte se vuelve muy fina. Esa fuerza máxima que soporta antes de ese punto es la tensión de rotura.

Para encontrar la tensión de rotura, los científicos y los ingenieros realizan una prueba llamada ensayo de tracción. En esta prueba, estiran una muestra del material y miden cuánta fuerza se necesita para estirarlo y cómo se deforma. El punto más alto en la gráfica de esta prueba es la tensión de rotura.

Esta propiedad es importante porque nos dice qué tan fuerte es un material. Su valor no cambia si la muestra es grande o pequeña, pero sí puede variar por cómo se preparó el material, si tiene pequeños defectos o por la temperatura.

La tensión de rotura es muy útil para diseñar objetos hechos de materiales que se rompen de repente, como el vidrio o el hormigón. Sin embargo, para materiales que se estiran mucho antes de romperse, como algunos metales, se usa más otro valor llamado "límite elástico".

La tensión de rotura se mide en unidades de fuerza por área. En el Sistema Internacional, la unidad es el pascal (Pa), o más comúnmente el megapascal (MPa), que es un millón de pascales. Un pascal es igual a un Newton por metro cuadrado (N/m²).

¿Cómo se comportan los materiales?

Materiales que se estiran (dúctiles)

Curva de Tensión vs. Deformación típica del aluminio.
1. Tensión de rotura
2. Límite elástico
3. Límite de proporcionalidad
4. Fractura
5. Deformación en el punto de límite elástico (típica 0.2%)

Curva de Tensión vs. Deformación típica de un acero estructural
1. Tensión de rotura
2. Límite elástico
3. Fractura
4. Región de endurecimiento inducido por deformación
5. Región de necking
A: Tensión de ingeniería
B: Tensión verdadera

Muchos materiales, como el acero, se comportan de forma elástica al principio. Esto significa que si los estiras un poco, vuelven a su forma original cuando dejas de aplicar la fuerza. Es como un muelle: lo estiras y vuelve a su tamaño. En la gráfica de la prueba de tracción, esto se ve como una línea recta.

Después de esta etapa elástica, los materiales que se estiran mucho (llamados materiales dúctiles) entran en una fase de deformación plástica. Si un material se deforma plásticamente, no vuelve completamente a su forma original cuando quitas la fuerza. Imagina que doblas un clip de papel: se queda doblado. En muchos diseños, se busca evitar esta deformación plástica.

Después de la etapa elástica, los metales dúctiles se vuelven más fuertes a medida que se estiran más. Esto se llama "endurecimiento por deformación". Durante este proceso, la muestra del material comienza a hacerse más delgada en un punto específico, como si se formara un "cuello".

Cuando este "cuello" se hace muy notorio, la fuerza que se necesita para seguir estirando el material parece disminuir en la gráfica. Esto ocurre porque la tensión que se calcula se basa en el tamaño original de la muestra, no en el tamaño real del "cuello" que se está formando. El punto más alto en esta gráfica es la tensión de rotura.

La tensión de rotura no se usa mucho para diseñar piezas que no deben deformarse, porque para eso se usa el límite elástico. Sin embargo, es muy útil para controlar la calidad de los materiales o para tener una idea rápida de qué tipo de material es una muestra desconocida.

Materiales que se rompen fácilmente (frágiles)

Los materiales frágiles, como el hormigón o la fibra de carbono, se rompen con muy poca deformación. A menudo se rompen incluso cuando todavía se están estirando de forma elástica. Esto significa que no tienen una etapa de deformación plástica clara ni un límite elástico definido como los materiales dúctiles.

Como se deforman tan poco, la diferencia entre la tensión calculada y la tensión real es muy pequeña. Cuando se prueban varias muestras idénticas de un material frágil, los valores de tensión de rotura pueden variar un poco.

La tensión de rotura es un valor muy importante para diseñar estructuras o piezas hechas de materiales frágiles, ya que no hay un límite elástico que se pueda usar.

Valores comunes de la tensión de rotura

Aquí puedes ver algunos ejemplos de la tensión de rotura para diferentes materiales.

Otros conceptos importantes

• Resistencia de materiales
• Módulo de Young
• Tenacidad
• Límite elástico

Véase también

En inglés: Ultimate tensile strength Facts for Kids