El abordaje de la fuerza de la tensión y la ley de Hooke

Saludos de vuelta con ustedes este navegante @newton666, también en especial: #stem-espanol, #steemstem, #curie y #cervantes, para esta entrega les traigo la aplicación del modelo matemáticos como herramienta en el campo de la física, sobre todo en el campo de la de mecánica y su estudio.

Con la información aportada por medio del video introductorio tenemos entonces, que la mecánica dentro el campo de la física, también se encarga de estudiar los fenómenos que tiene que ver con la fuerza y su variedades, en el caso de la fuerza de la tensión que ocurre una deformación del cuerpo o materia para generar energía, gracias a la ley de Hooke, se evidencia este tipo de fuerza y se modeliza modelos matemático para explicar mejor el casos de estiramiento longitudinal, este fenómeno dentro el campo de la física, se evidencia el alargamiento unitario el cual un cuerpo o materia elástica está directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre el mismo, proporcionando una fuerza deformadora y potencial.

Elasticidad y ley de Hooke: Si una fuerza se ejerce un objeto, como la varilla metálica suspendidas verticalmente que se representa en la figura 1, la longitud del objeto cambia. Los experimentos demuestran que si la cantidad de elongación, ∆L, es la pequeña en comparación con la longitud del objeto, ∆L será proporcional a la fuerza ejercida sobre el objeto.

Información consultada en Física: principios con aplicaciones, 2006.

F=k∆L

Hay que tener claro lo siguiente, como este tipo de fuerza que ejercen los cuerpo o materia tiene la singularidad de deformarse según la intensidad de la fuerza, quedando claro que tiene un límite proporcional, donde se evidencia un límite elástico, gracias a que el cuerpo que ejerce esta fuerza retoma su longitud original, ya que se vuelve a mover o remover la fuerza ejercida, haciendo posible distinguir la región elástica, la cual abarcar más allá de al límite elástico, en este punto se evidencia al deformación de la materia o el cuerpo en estudio, es por ello que ocurre la elongación óptima, debido que estos ocurren ante que esta de desprenda o se rompa, por ello se hace referencia a la fuerza de resistencia interna de la materia.

Una representación de la materia o cuerpo en una fuerza de tensión en contra a una elongación.

Desde otra perspectiva de análisis a partir de la ecuación: F=k.x = F=k∆L, tenemos que la fuerza aplicada en el cuerpo es directamente proporcional, en el momento que se estira y se deforma, donde k es la constante de elasticidad, se puede representar de maner rectangular debido a que la fuerza es proporcional a x, dando una recta que esta parte del origen, es parte de la evidencia del trabajo realizado poder estirar este cuerpo, que a su vez es igual al área del triángulo establecido graficamentes, donde se modeliza la ecuación la cual nos queda T= 1/2k.x^2, donde T es el el trabajo realizado.

Es fascinante como nuestro universo nos muestra sus fenómenos y eventualidades compañeros lectores, y para tener más conocimiento sobre este punto es, cuando ocurre un fenómeno puede condicionar a otro, es importante en mi opinión buscar dentro del campo de la física las herramientas necesaria para poder dar explicación por que ocurren estos fenómenos ya que forman parte de nuestra vida cotidiana, que a su vez se apoyan en la modelización de modelos matemáticos que ayudan a definir esta inquietudes a este nivel científico.

El valor de esta constante permanece inalterable dentro de un cierto contexto, en unas condiciones determinadas, en la ley de Hooke, f=ks.k es una constante, cuyo valor puede variar dependiendo de ciertas condiciones. F es la fuerza y s el aumento de longitud, estos dos números son variables.

Una variable es un números que puede tomar una cantidad ilimitada de valores, por ejemplo la f en la ley de Hooke puede ser 5kg, 26kg, 127kg, 1000000kg, o cualquier otro números, la velocidad de un cuerpo que cae libremente, varia segundo a segundo, es también una variable.

Información consultada en Matemáticas prácticas por Claude Irwin Palmer, ‎Samuel Fletcher Bibb, 2003.

Continuando en este orden de idea, mucho se pregunta si solo este tipo de eventualidad, solo ocurren cuando la intensidad del cuerpo tiene propiedades elástica, saben que a nivel de partícula también se evidencia este tipo de fenómenos, por medio del movimiento de esta particulas en oscilaciones lineales, donde se evidencia tensión sobre una fuerza recuperadora del origen del particula.

Debemos tener siempre presente el hecho de que las fuerzas lineales, son únicamente aproximadas útiles y que su validez se limita a aquellos en que las aplicaciones de las oscilación son pequeñas.

La ecuación de movimiento del oscilador armónico simple puede obtenerse sustituyendo la expresión de la ley de Hooke en la expresión de la segunda ley de Newton, F=ma. De esta forma –kx= mx¨ .

Información consultada en Dinámica clásica de las partículas y sistemas por Jerry B. Marion - 1995.

Una representación de la ecuación de oscilación lineal, para describir la fuerza potencial el trabajo ejercido, para desplazar la partícula en x distancia.

Ahora para el caso de los sólidos tenemos:

Propiedades plásticas y elásticas de los sólidos: los componentes Є1, Є2, y Є3, se llama deformaciones principales y los ejes que se transforman a Єij, es diagonal, eje principales, el significado de las deformaciones principales, es entonces claro. Si consideramos un cubo unitario orientado de forma que su arista sean paralelas a los ejes principales, el efectos de una deformación consiste simplemente en transformar la longitud de cada arista del cubo en (1+ Є1), (1+ Є2) y (1+ Є3), respectivamente, por esto la variación de volumen del cubo unidad es σ: (1+ Є1), (1+ Є2) y (1+ Є3)- 1≈ Є1 + Є2 + Є3.

Información consultada en Física de los sólidos por C. Frederick Brow - 1970.

Gracias a este gran aporte nos da información de la forma, del como es el comportamiento de este tipo de fuerza en los cuerpo elásticos sólidos, ya que se evidencia la deformación esta se puede describir también por un tensor de deformaciones, gracias a la fuerza potencial ejercidas en ellas.

Todas la imágenes y gif fueron elaboradas por @newton66 y son de su autoría, para la elaboración de los gif por la aplicación Paperdraw y usando teléfono celular Sanmsug J4.

[1]-Física de los sólidos por C. Frederick Brow - 1970.

[2]-Dinámica clásica de las partículas y sistemas por Jerry B. Marion - 1995.

[3]-Física 1: principios con aplicaciones, por el grupo Santillana, 2006.

[4]-Matemáticas prácticas por Claude Irwin Palmer, ‎Samuel Fletcher Bibb - 2003.

[5]-Física y Química 4 ESO por Dulce María Andrés Cabrerizo, ‎Juan Luis Antón Bozal, ‎Javier Barrio Pérez - 2008.