En esta asignatura se estudia la resistencia que presentan los materiales sólidos a los diferentes esfuerzos, normales y cortantes que producen los distintos elementos mecánicos.

Se determinan los esfuerzos producidos por carga axial, carga transversal y torsión, así como la relación existente entre los esfuerzos y su correspondiente deformación.

Se emplean métodos analíticos que fundamentalmente hacen necesario considerar:

1. Las condiciones de equilibrio.

2. La geometría de la deformación.

3. El comportamiento del material.

Se toman como punto de partida para la presentación de los contenidos, los conceptos clave en el estudio de la mecánica de materiales, que son: el esfuerzo y la deformación unitaria.

En esta unidad se comenzará con el estudio de estructuras que están sometidas a un sistema de fuerzas, analizando los efectos que tienen sobre la estructura. En esta unidad se toma el concepto de esfuerzo como punto de partida para determinar términos particulares, como esfuerzo normal, esfuerzo cortante y esfuerzo flexionante, conceptos que sirven para describir el estado que guarda una estructura frente a las cargas que soporta, y así determinar el factor de seguridad de ella.

Esfuerzo

La forma más elemental de ilustrar los conceptos de esfuerzo y deformación unitaria es considerar una barra recta con sección transversal constante en toda su longitud (barra prismática) y suponer que las únicas fuerzas que actúan sobre ésta son las fuerzas axiales (esto es, que actúan a lo largo del eje de la barra) y que el peso de la barra se desprecia.

Se presentan dos momentos de la barra:

La barra antes de que se le aplique carga.

La barra después de la aplicación de la carga.

(Note que su longitud ha aumentado en una cantidad d)

Si se hiciera un corte perpendicular al eje de la barra y se dibujara el diagrama de cuerpo libre de la sección izquierda se podría mostrar el efecto de la parte retirada; ésta es una fuerza distribuida en forma continua que actúa sobre la sección transversal. La intensidad de la fuerza y la fuerza por unidad de área es lo que se conoce como esfuerzo, y la fuerza que actúa sobre el eje, (fuerza axial P) es la resultante de los esfuerzos distribuidos.

Las unidades de los esfuerzos que se utilizan con frecuencia son: MPa, psi, Kpsi, Kg/mm², Kg/cm².

Deformación unitaria

Podemos definir la deformación unitaria como el cambio de longitud por unidad de longitud (deformación unitaria normal) o como el cambio en el ángulo entre dos líneas sobre materiales que se encontraban inicialmente perpendiculares entre sí (deformación unitaria cortante).

Deformación normal.

La deformación unitaria normal es una cantidad adimensional, ya que es un cociente entre longitudes, sin embargo se acostumbra, como práctica común, emplear una relación entre unidades de longitud (micrómetro/metro, m/m), en el caso de la deformación unitaria cortante, ésta se mide en grados o radianes.

Deformación cortante.

Experimentalmente se obtienen diagramas esfuerzo-deformación unitaria que son característicos del material y que además proporcionan información sobre varias de las propiedades mecánicas de dicho material.