¡Rompamos algo!Se puede aprender rompiendo algo intencionalmente. Esta destrucción puede aclararle muchas cosas, tales como:1. Cómo se aplican las cargas.2. Cómo están apoyados los miembros que soportan cargas.3. Cómo la forma y tamaño de un objeto afectan su capacidad de soportar fuerzas.4. Cómo se comportan los diferentes materiales bajo carga.5. Dónde se inicia la falla de un objeto.6. Cómo en general se deforman las cosas de una manera significativa antes de que en realidad se fracturen, a menos de que estén hechas de un material frágil.7. Cómo juzgaría, en ocasiones, que un producto falló a causa de la deformación excesiva incluso cuando no se rompa.

He aquí algunos ejemplos de lo que puede hacer, se le insta a ser creativo y encontrar otros, pero sea cuidadoso:Asegúrese de utilizar el equipo de protección personal apropiado antes de que intente romper algo. Proceda con precaución cuando manipule cuchillos, destornilladores u otros objetos filosos.

a. Falla a tensión directa Ocurre cuando una fuerza axial de tensión sobrepasa la resistencia a la tensión del material en el cual se ejerce la fuerza.■ Consiga un pedazo de cuerda como la que utilizaría para volar un cometa.■ Ate un extremo a un lugar fijo resistente; por ejemplo, a un poste.■ Busque una forma de sujetar la cuerda por el otro extremo de tal manera que le permita tirar de ella con una fuerza cada vez mayor hasta que se rompa. Quizás podría atar el extremo libre alrededor de un perno de madera más o menos grande, digamos de 20 mm (1.0 in) de diámetro y de más o menos 250 mm (10 in) de largo, de modo que pueda jalarla con ambas manos.■ Pida a un colega observar la cuerda conforme aumente la fuerza (de nueva cuenta, ¡tenga cuidado!)■ Haga que su colega describa cualquier evento que indique cuando la cuerda esté a punto de fallar, por ejemplo, el rompimiento de una pequeña hebra. ■ Intente observar el inicio de la falla usted mismo relajando la fuerza.■ Si dispone de una cámara, tome una fotografía del área de falla.■ En seguida reanude la aplicación de la fuerza, incrementándola lentamente hasta que se rompa la cuerda por completo. Observe el progreso de la falla.■ Una vez que rompa la cuerda, colóquela sobre una mesa y observe con cuidado la naturaleza de los extremos rotos.■ Documente su proceso y la apariencia de la falla.

b. Falla a compresión directaOcurre cuando una fuerza de empuje axial directa hace que el material se comprima.■ La pieza seleccionada para determinar la falla a compresión deberá ser bastante corta, con una amplia sección transversal, para que la falla a compresión directa ocurra con poca o nula deflexión o pandeo antes de la falla. Observe que los perfiles largos y esbeltos sometidos a compresión, conocidos como columnas, fallan de una manera radicalmente diferente.■ Pruebe un tramo corto, por ejemplo de 25 mm (1.0 in) o menor, de un perno cilíndrico de madera.• Una buena forma de aplicar la carga de compresión es con un tornillo de banco como los que se utilizan en un taller casero, un taller automotriz o un lugar de trabajo industrial.• Alinee el perno con cuidado de modo que la fuerza se aplique a lo largo del eje del cilindro.• Observe la falla, típicamente una cantidad significativa de aplastamiento, probablemente cerca de uno de los extremos. Las fibras de la madera tienden a evitar que el perno se resquebraje por completo.■ Ahora consiga un pedazo corto de tiza, por ejemplo de 25 mm de largo y 10 mm de diámetro.• Comprímalo en un tomillo de banco como se describió para el perno de madera.• Observe cómo se fractura la tiza por completo porque es bastante frágil.■ Un tubo de plástico corto, de pared delgada, falla de un modo interesante.

• Use el tomillo de banco para aplicar la carga de compresión axial lentamente y observe cómo se deforma el tubo.• Observe cómo se dilatan las paredes hacia fuera, señal de inestabilidad local del material del tubo.

Pandeo de una columna Ocurre cuando un elemento largo, recto y esbelto se flexiona y pandea de forma significativa antes de que falle cualquiera de los materiales.Los términos largo y esbelto no son precisos y dependen en gran medida del material del que esté hecha la columna. He aquí algunos ejemplos de columnas laicas esbeltas que podrá obtener.• Un perno de madera de aproximadamente 4.5 mm (3/16 in) de diámetro y de más de 300 mm (12.0 in) de largo.• Una regla delgada de madera (con sección transversal de aproximadamente 6 mm por 25 mm) o regla de medir en yardas (con sección transversal de más o menos 0.25 in por 1.0 in).• Una tira delgada de plástico, por ejemplo de 1 mm de espesor por 20 mm de ancho y de más de 50 mm de largo, incluso un cuchillo de plástico para días de campo podría funcionar.■ Trate de aplicar lentamente una fuerza de compresión axial a la columna, teniendo cuidado de que no se resbale. Observe lo que sucede.• Observará que la columna se flexiona notablemente sin que se fracture el material.• Cuando se deja de aplicar la fuerza, la columna regresa a su forma recta.■ Esta clase de falla se conoce como inestabilidad elástica o pandeo y podría conducir a una falla catastrófica si la carga se incrementa más allá de la que inicialmente provocó el pandeo.

Cortante directo Ocurre cuando se aplica una acción de corte, como cuando se utilizan tijeras comunes, tijeras de hojalatero o punzones.■ Un ejemplo simple es una perforación en una hoja de papel de oficina.• Cuando presiona una palanca, el punzón perfora el papel conforme éste pasa por un dado situado por debajo.• El papel es cizallado a lo largo de la circunferencia del agujero y el espesor del papel es traspasado.■ Puede ser más difícil demostrar este fenómeno en el caso de un material más grueso o más resistente que una simple hoja de papel.■ Trate de encontrar componentes con agujeros o perforaciones de otra forma para que visualice dónde se utiliza cortante directo en productos conocidos. • Algunos tipos de ménsulas, abrazaderas o flejes hechos de lámina.• Gabinetes metálicos, con agujeros redondos perforados, para sujetadores u otros elementos que permitan montar instrumentos u otros dispositivos.• Cajas de contactos eléctricos con “lugares donde puede botarse el metal” para insertar alambres en la caja.• “Hembras” de cerradura de puerta.• Lámina perforada utilizada a menudo para propósitos decorativos.

Esfuerzo cortante torsional Ocurre cuando un miembro de carga se tuerce en torno a su eje largo debido a un momento de torsión aplicado en uno o más puntos a lo largo del miembro, resistido por un momento de torsión de reacción en uno o más puntos.■ Una de las aplicaciones más frecuentes en la que se presenta esfuerzo cortante torsional es en una flecha de transmisión de potencia. Por ejemplo, la flecha de mando de un vehículo o de una máquina industrial recibe potencia de un generador primario, tal como una máquina o un motor eléctrico. La potencia se transmite a lo largo de la flecha, la que generalmente tiene la forma de un cilindro largo, sólido o hueco, a un eje que impulsa el vehículo o a una pieza de una máquina rotatoria, tal como una banda transportadora, máquina herramienta, bomba, compresora, procesador de alimentos, molino de café o a cualquiera de numerosos tipos de dispositivos mecánicos. ■ Las flechas de los dispositivos mecánicos mencionados están diseñadas para transmitir con seguridad la potencia requerida y realizar la función deseada sin que se rompan o tuerzan en una cantidad notable. Por lo tanto, normalmente no podría aplicar un momento de torsión suficiente para romper la flecha o para observar una deformación torsional significativa (torcedura). Así que tratemos de encontrar algunas varillas o tubos más pequeños que puedan ser torcidos o rotos cuando se les aplique un momento de torsión con sus manos.

■ Cuando se discutieron columnas, se sugirió utilizar un perno de madera de diámetropequeño, de más o menos 4.5 mm (3/16 in). Con un perno de aproximadamente 500 mm (20 in) o más deberá ser capaz de sujetar firmemente un extremo, aplicar un momento de torsión al otro y observar un ángulo de torsión significativo entre los extremos, fijoy libre. Este es un ejemplo de cómo se produce esfuerzo cortante torsional. Trate de encontrar otros ejemplos similares de varilla, tubo de plástico o alambre de diámetro pequeño, tal como el de un gancho de ropa [figura l - 6(g)]. Los largos cilindros de espuma de poliuretano usados como flotadores infantiles también son adecuados.■ Puede utilizar otra vez el tomillo de banco para sujetar un extremo de una varilla de acero de aproximadamente 6 mm (0.25 in) de diámetro por aproximadamente 550 mm (22 in) de largo. Luego utilice una herramienta tal como unas pinzas de presión para sujetar el extremo opuesto y torcer la varilla. Observe cómo debe incrementarse el momento de torsión aplicado debido al material más rígido y de diámetro más grande.■ Observe que otros elementos, además de varillas o tubos cilindricos, también podrían ser sometidos a torsión. Sin embargo, su comportamiento y los efectos resultantes son radicalmente diferentes, como se verá en el capítulo 4. Por ejemplo, busque cualquier pieza rectangular plana delgada tal como una regla o un agitador de pintura y tuérzalacon sus manos. Si la pieza es bastante larga y delgada, deberá ser capaz de producirle una gran deformación sin romperla.

Esfuerzo de flexiónOcurre cuando un miembro soporta una carga perpendicular a lo largo de su eje, mientras está apoyada de una manera estable, lo cual “flexiona” el miembro, ahora llamado “viga”.■ Un ejemplo simple es el palo de madera plano de una paleta. Colóquelo sobre un par de apoyos simples cerca de sus extremos y aplique presión cerca de su punto medio.Deberá ser capaz de deformarse (flexionar la viga) con facilidad. Observe la forma curva flexionada que adquiere la viga a medida que se carga. Con carga moderada, la viga recobrará su forma original después de que se deje de aplicar la car^a, lo que indica que la deflexión es elástica.■ Otros perfiles que podría utilizar y son fáciles de obtener son una regla de un metro o una yarda, un agitador de pintura, una tira de cartón grueso, tiras de plástico delgadas o lámina delgada como la que se podría utilizar en una regla metálica. Aplique las cargas lentamente para asegurarse de que la viga no se rompa o deforme permanentemente, por si desea conservarla■ Sin embargo, si dispone de una viga desechable, prosiga e incremente la cai^a y observe lo que sucede, lo cual depende principalmente de la clase de material.■ Un trozo de madera se flexionará significativamente y luego comenzará a vibrar o a rajarse. Tome nota de dónde se inicia la falla y de la apariencia de la madera una vez que se rompe.■ Una delgada viga metálica puede doblarse sin perder su capacidad de recobrar su forma original; más allá de ese punto, se deformará permanentemente pero sin romperse. Se dice que un material ha “cedido” cuando es sometido a un esfuerzo más allá de su resistencia elástica.