elasticidad

BIOMECÁNICA Y FÍSICA APLICADA

Teoría Grupo C

ANNA ARNAL GÓMEZ

CURSO ACADÉMICO 2011/2012

Departamento de Fisioterapia

Biomecánica y Física aplicada

2011/2012 [Anna Arnal Gómez]

FÍSICA APLICADA



PROGRAMA FÍSICA Tema 1. Introducción a la Mecánica y a la Biomecánica

Tema 2. Fuerza y Momento de Fuerza

Tema 3. El Equilibrio

Tema 4. Problemas de Equilibrio: Métodos Gráficos.

Tema 5. Problemas de Equilibrio: Métodos Numéricos

Tema 6. Trabajo y Energía. Las Máquinas simples en Fisioterapia.

Tema 7. Elasticidad y Bioelasticidad.

Tema 8. Movimiento y cambio en el Movimiento: Introducción a la

Dinámica.

Tema 9. La Tendencia a Fluir: Introducción a la Mecánica de Fluidos.

Tema 10. Electroestática.

Tema 11. Circuitos Eléctricos.



PROGRAMA

Tema 12. Conducción en Líquidos: Bases Físicas de la Corriente

Galvánica.

Tema 13. Campo Electromagnético. Inducción. Magnetismo.

Tema 14. Corriente Alterna I.

Tema 15. Corriente Alterna II.

Tema 16. Bases Físicas de la Electroterapia de Frecuencia Variable.

Tema 17. Ondas I.

Tema 18. Ondas II.

Tema 19. Bases Físicas de la Fototerapia.

Tema 20. El Láser.

Tema 21. Bases Físicas de la Termoterapia I.

Tema 22. Bases Físicas de la Termoterapia II.



Tema 7. Elasticidad y

Bioelasticidad.




Objetivos

Ley de Hooke y módulo de Young.

Conocer los ensayos de materiales elásticos.

Conocer los ensayos de los materiales viscoelásticos.

Los muelles en fisioterapia



Contenidos

La MECÁNICA es un rama de la Física que trata de las fuerzas y de sus

efectos, específicamente el movimiento y la deformación de la materia en

sus estados sólido, líquido y gaseoso.

Mecánica de los sólidos rígidos

o Estática

o Cinemática

o Dinámica

Mecánica de los sólidos deformables

Mecánica de los fluidos

Experiencias cotidianas: fuerza, movimiento y deformación.

Tema 1. Introducción a la Mecánica y a la Biomecánica



Sólidos

Definición de Sólido, objeto rígido que tiende a

mantener su forma cuando se le aplican fuerzas

externas. Está formado por partículas estables y muy juntas

que ejercen entre sí fuerzas atractivas.

En los líquidos y gases las moléculas están

más separadas, en este tema estudiaremos el

comportamiento de los Sólidos.




Sólidos

Son sólidos rígidos aquellos cuyas distancias entre sus partículas

constituyentes permanece constante en el tiempo.

Son sólidos deformables aquellos que se deforman fácilmente al aplicarles una

fuerza, mientras que, por el contrario, los cuerpo rígidos (o indeformables) se

deforman con dificultad.

Los sólidos deformables, de acuerdo con el tipo de deformación, se

clasifican en:

Cuerpos elásticos

Cuerpos plásticos




Elasticidad

En los sólidos deformables el volumen y forma se ven modificados al aplicar una

fuerza.

Así, un primer tipo de sólidos son los elásticos, los cuales al aplicarle una fuerza

son deformados y vuelven a su estado inicial cuando cesa la fuerza.




Elasticidad

Los sólidos plásticos, continúan deformados una vez que deja de actuar la

fuerza.




Elasticidad. Ley de Hooke

Las propiedades mecánicas de los materiales elásticos se pueden describir

mediante la ley de Hooke.

Robert Hooke (1635-1703): “ En todo cuerpo elástico, siempre que no se rebase

el límite de elasticidad, la deformación producida, es directamente proporcional a

la fuerza deformadora que la origina”

Dice lo siguiente, que el alargamiento relativo conseguido, es proporcional a la

fuerza aplicada por unidad de superficie,


Donde F=fuerza

S=superficie

∆L/L=alargamiento relativo

E=módulo de elasticidad

módulo de Young en N/m2




La fórmula lo que hace es establecer una relación entre la causa deformadora y

la deformación,


El módulo de Young E y su inversa 1/E expresan la

rigidez y distensibilidad de un sólido.







Definición de Tensión o Esfuerzo: Coeficiente entre el incremento

de la fuerza y el área de la sección transversal del objeto.

Definición de Deformación: Coeficiente entre la vairación de la

longitud experimentada por la barra y la longitud de la misma.





Modulo de Young

E = Tensión(Causa deformadora ) / deformación

Unidades = N/m2

σ/ ε = E

σ=esfuerzo o tensión =F/S

ε=deformación = L/L

El módulo de Young E y su inversa 1/E expresan

la rigidez y distensibilidad de un sólido.

Ensayos elásticos


Dado que las fuerzas aplicadas pueden ser de muchos tipos, se establecen

unos u otros tipos de ensayos,

Tracción o contracción, cuando actúan sobre una sección fuerzas iguales

y opuestas alineadas perpendiculares a la superficie externa y que tienden

a alargarla o contraerla.

Cizalla o cortante, se produce cuando las fuerzas aplicadas son paralelas a

la superficie



Ensayos elásticos


Flexión, se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un

elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje

longitudinal.

El efecto es traccionar una parte y comprimir la opuesta. La parte media no

sufre deformación, ni se alarga ni se estira y se denomina fibra neutra.



Ensayos elásticos


Torsión, cuando actúa el momento de una fuerza con respecto a su eje

longitudinal. El esfuerzo es máximo en el extremo y mínimo en el eje que

también actúa como fibra neutra.



Ensayos elásticos


Ejemplo 1, una fuerza de contracción de 750N se aplica a una muestra

cilíndrica de hueso que tiene una sección de 1cm2. La longitud de la

muestra disminuye en un 0,05%. Al cesar la carga, la muestra vuelve a su

posición original de longitud 30cm, determinar,

El esfuerzo de contracción.

La deformación sufrida.

El módulo de elasticidad de la muestra.



Viscosidad, plasticidad y viscoelasticidad


La plasticidad se produce cuando tras la aplicación de fuerzas el

material no recupera su forma inicial, sino que se deforma de

manera irreversible.

El comportamiento viscoso: continuará deformándose bajo carga.

Es el típico de los líquidos, en los cuales al aplicar una fuerza

externa, se deforman y fluyen. La deformación continua mientras

siga la fuerza y cuando cesa, el líquido no vuelve a su forma inicial.



Comportamiento viscoelástico de los materiales, son los que tienen propiedades

entre los elásticos y los viscosos. Se caracterizan porque no hay proporcionalidad

entre la fuerza y la deformación conseguida.

Se caracterizan porque no hay proporcionalidad entre fuerza aplicada y

deformación conseguida, y porque ésta depende también del tiempo y de la

velocidad a la que se hace el ensayo.


Viscosidad, plasticidad y viscoelasticidad



Materiales viscoelásticos


En los materiales viscoelásticos, para una misma fuerza, la deformación

continua conforme avanza el tiempo, por tanto se hace difícil definir el

módulo de elasticidad, ya que la deformación en un tiempo t1 será menor

que un tiempo t2, por tanto será necesario definir el módulo E en función del

tiempo,



Materiales viscoelásticos: el cuerpo humano


Hueso

Cartílago

Ligamentos

CREEP O

FLUENCIA, se

aplica un esfuerzo y

se

registra la

deformación en el

tiempo.



Materiales viscoelásticos: ensayos


CREEP O FLUENCIA, se aplica un esfuerzo y se

registra la deformación en el tiempo.



Relajación de tensiones o STRESS RELAXATION, este método se

basa en aplicar una deformación i medir el esfuerzo necesario a lo

largo del tiempo para mantener esa deformación.


En los materiales elásticos…

a) Aparece el fenómeno de fluencia cuando superamos el límite elástico.

b) Una vez superamos el límite de elasticidad, aparece una deformación

residual al eliminar la carga.

c) Cuanto mayor es la sección del material, mayor es el modulo de Young.

d) La deformación no aparece de manera instantánea.

Sabemos que hay distintos tipos de materiales atendiendo a sus propiedades, ya

sean elásticas, viscosas o viscoelásticas, de forma que podemos afirmar…

a) En los materiales viscoelásticos la deformación es proporcional al esfuerzo

aplicado.

b) En materiales viscoelásticos sometidos a un esfuerzo de tracción se alargan

instantáneamente.

c) En materiales viscoelásticos, el ensayo creep o fluencia se aplica un esfuerzo y

se registran las deformaciones frente al tiempo.

d) No todos los sólidos sufren deformaciones.



Los muelles en Fisioterapia


Los muelles se utilizan en fisioterapia para:

-Controlar el movimiento

-Aplicar fuerzas

-Proporcionar resistencia

durante los ejercicios

-Para almacenar fuerzas

-Para reducir las fuerzas de

impacto y vibración



Los muelles en Fisioterapia


Los muelles cumplen la ley de Hooke.

A mayor fuerza aplicada, mayor deformación.

Si se colocan en serie con una misma fuerza aplicada la extensión es el

doble.

Sin embargo, si están en paralelo, la fuerza que aplicábamos para estirarlo

una determinada longitud con uno solo, ha de ser el doble en este caso para

un mismo alargamiento.

Los utilizados para ejercicios miden unos normalmente unos 30cm y se

alargan hasta dos veces su longitud.



The end!



elasticidad

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