Módulo de Young

Cuando hablamos del módulo de Young es importante saber qué es la elasticidad. Definimos elasticidad como la propiedad que tienen los materiales sólidos para lograr volver a su forma y tamaño originales luego de que se hayan eliminado las fuerzas que causaban una deformación en ellos. Otro aspecto importante para tener en cuenta es que el coeficiente que relaciona un tipo particular de estrés con la tensión que resulta se llama módulo elástico. Los módulos elásticos son propiedades que tienen los materiales, no los objetos. El módulo de Young se representa con la letra E y se define como la relación que se da entre la tensión que es aplicada al material a lo largo del eje longitudinal de la muestra probada y la deformación medida en ese mismo eje. También se conoce como módulo de tracción, módulo elástico o módulo de elasticidad.

En qué consiste

La cantidad que describe la respuesta que tiene un material ante las tensiones que son aplicadas de manera normal a las caras opuestas se denomina módulo de Young en honor del científico inglés Thomas Young, quien fue la primera persona en definir el trabajo como el producto de desplazamiento de fuerza, y el primero en usar la palabra energía en su sentido moderno y el primero en mostrar que la luz es una onda.

El módulo de Young o módulo de elasticidad longitudinal como también es conocido es un parámetro que tiene como función la de medir el comportamiento elástico que tiene un material, dependiendo de la dirección en la que se aplique una fuerza. Este modelo puede ser utilizado para lograr pronosticar el estiramiento o la compresión de un objeto determinado, siempre y cuando la fuerza no sobrepase el límite elástico del material. Es usado también para describir las propiedades elásticas de objetos lineales que pueden ser extendidos o comprimidos.

Es importante recordar que un material es elástico si puede volver a su forma o tamaño original inmediatamente después de estirarse o exprimirse. Casi todos los materiales son elásticos hasta cierto punto, siempre que la carga aplicada no cause deformaciones permanentes. Por lo tanto, la «flexibilidad» de cualquier objeto o estructura depende de su módulo elástico y forma geométrica.

Historia

El comportamiento del que nos habla el módulo de Young fue observado y estudiado por el científico inglés Thomas Young en el siglo XIX, sin embargo el concepto en sí fue desarrollado hasta el año 1727 por Leonhard Euler. Los primeros experimentos que se utilizaron para establecer el concepto de módulo de Young en su forma actual fueron hechos por el científico italiano Giordano Riccati en el año 1782, 25 años antes del trabajo de Young.

Cómo se calcula el módulo de Young

La fórmula que se utiliza para poder calcular el módulo de Young es la siguiente:

E = σ/ϵ

Donde:

E= es el módulo de Young, en pascal
σ es la tensión uniaxial, o fuerza uniaxial por superficie de la unidad, en pascal
ε es la deformación, o deformación proporcional (esto quiere decir el cambio de longitud dividido por la longitud original).

Aplicaciones

Entre las aplicaciones del modelo de Young podemos mencionar las siguientes:

Permite relacionar la respuesta que hay entre los materiales a distintos esfuerzos y compararlos con distintos materiales.
En la aplicación en las obras cuando la roca es el soporte para otras estructuras como por ejemplos los cimientos de un edificio, túneles,
Cuando la roca es utilizada como un material de construcción.
Cuando un macizo de rocas es excavado se cambian las condiciones que tenía al inicio y la respuesta es la deformación o la ruptura para abordar diseños de estructuras y obras de ingeniería.
El módulo de Young también sirve para medir de forma directa la rigidez del material sólido.
Define la relación que hay entre el esfuerzo (fuerza por área unitaria) y la deformación (deformación proporcional) en un material.
El módulo de Young es también una medida de la capacidad de un material para resistir cambios en la longitud cuando está bajo tensión o compresión a lo largo de la longitud.
Puede predecir cuánto se extiende una muestra de material bajo tensión o se acorta bajo compresión.
El módulo de Young también se usa para predecir la deflexión que ocurrirá en un rayo estáticamente determinado cuando se aplica una carga en un punto entre los soportes del rayo.

Importancia

El módulo de Young es de suma importancia para poder determinar su resistencia a la tracción, compresión y otros esfuerzos mecánicos. Este modelo se utiliza en diferentes problemas de estructuras, ingeniería, arquitectura y otros, también es importante para calcular lo que aguantarán columnas, vigas, etc., o piezas de máquinas.