El término “mejor material” es ligeramente ambiguo en este contexto ya que los resortes pueden tener diferentes aplicaciones. Los balances de resorte usan resortes que pueden deformarse en un grado suficiente de acuerdo con la gradación requerida. Por otro lado, hay otros dispositivos que a menudo usan resortes que resisten la compresión para mantener la estabilidad en dichos dispositivos. Cubriré ambas aplicaciones a través de esta respuesta.
Primero definamos el Módulo Y de Young de un material dado.
Supongamos que se le da un bloque de este material con una altura xy un área de sección transversal A. Aplica una fuerza F en su superficie, cambiando así su altura en una cantidad Δx. La relación de este cambio de altura con respecto a la altura original del bloque se llama tensión en el bloque.
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El módulo de Young del material dado se define, por lo tanto, como la relación de la presión aplicada en el bloque a la tensión experimentada por el bloque.
- Y = (F / A) / (Δx / x) = Fx / AΔx
Como ya sabrá, cada material tiene un módulo de Young constante, que le permite a uno evaluar la resistencia de ese material.
En el caso de un resorte, la Ley de Hooke establece claramente que cada resorte ideal tiene una constante característica de resorte “k” igual a la relación de la fuerza aplicada sobre el resorte al cambio resultante en la longitud.
- F = kΔx
- => k = F / Δx
Al ver los factores involucrados en el cálculo tanto de la constante del resorte como del módulo de Young del resorte, notamos que existe una cierta relación entre estas cantidades. De hecho, existe una relación dada por:
- k = Y (Δx / x) donde,
- Y, Δx y x representan las cantidades habituales
- k representa la constante de resorte de uno de los muchos resortes teóricos que constituyen la longitud del cuerpo deformado.
A partir de aquí, es fácil entender que un resorte flexible, es decir, un resorte de constante de resorte bajo, tendrá un material de bajo módulo de Young.
Del mismo modo, un resorte rígido, es decir, uno de alta constante de resorte, tendrá un material de alto módulo de Young.
En pocas palabras, el módulo de Young de un material da una medida de qué tan rígido es el material.
Además del módulo de Young, cada material también tiene un límite llamado límite elástico , que es el esfuerzo o la presión máxima que puede soportar el material antes de que se rompa. Este aspecto del material pone un límite significativo a la cantidad de deformación que puede ejercer en un resorte.
Por lo tanto, estudiar el módulo de Young y el límite elástico del material dado puede ayudar a analizar la utilidad del material en un resorte de flexibilidad requerida.
- Para resortes flexibles, use materiales de bajo módulo de Young y altos rendimientos.
- Para resortes rígidos, use materiales de alto módulo de Young y resistencias de rendimiento ligeramente más bajas (lo suficientemente altas como para darle al resorte la resistencia requerida)
Espero que esto haya ayudado. Mis disculpas si suena demasiado prolongado. Si tiene alguna pregunta, siempre puede dejar un comentario.
