Relación de Poisson y módulo de Young: Qué significan y por qué son importantes

En Mecanizado IstarTrabajamos con muchos materiales. Necesitamos saber cómo actúan cuando tiramos de ellos o los empujamos. Dos grandes ideas nos ayudan a entenderlo: Relación de Poisson y Módulo de Young. Conozcámoslos de una forma fácil de conseguir.

¿Qué son estas grandes palabras?

Cuando tiramos de una cosa:

• Módulo de Young nos dice lo difícil que es estirar
• Relación de Poisson nos dice cuánto se adelgaza cuando lo estiramos

Piensa en un goma elástica. Es fácil de estirar (módulo de Young bajo). Cuando se tira de él, se vuelve más delgado en el centro (alta relación de Poisson).

Ahora piensa en un barra de acero como el que utilizamos en nuestro Servicio de mecanizado CNC. Es difícil de estirar (módulo de Young alto). Cuando tiras de él, apenas adelgaza (relación de Poisson media).

Módulo de Young: El número de estiramiento

El módulo de Young es un gran número que nos indica la rigidez de una cosa. Se escribe como E.

• Qué mide: Qué difícil es hacer algo más largo
• Gran E = Difícil de estirar (como el acero o el diamante)
• E pequeña = Fácil de estirar (como el caucho)
• Unidades: La medimos en GPa (¡eso es mucha presión!)

En Mecanizado Istarnecesitamos saber esto cuando fabricar piezas de metal u otras cosas.

Relación de Poisson: El número delgado

La relación de Poisson nos dice cuánto más delgado se vuelve algo cuando tiramos de él. Lo escribimos como ν (la letra griega nu).

• Qué mide: Cuánto se adelgaza algo al estirarlo
• ν = 0.5 significa que mantiene el mismo tamaño total (como el caucho)
• ν = 0 significa que no adelgaza en absoluto (como el corcho)
• ν < 0 ¡significa que se pone MÁS GRASA cuando se tira! (materiales extraños llamados auxetics)
• Sin unidades: Es sólo un número, no se mide en pulgadas ni nada.

Cuando lo hacemos fresado de precisión CNCtambién tenemos que pensar en esta cifra.

Gran Tabla de Materiales

He aquí una tabla que muestra ambas cifras para el material con el que trabajamos en Mecanizado Istar:

¿Por qué son importantes estas cifras?

Cuando fabricamos piezas en Mecanizado Istarnecesitamos saber cómo actuarán:

1. Si hacemos un muelle: Necesitamos algo con E bajo (fácil de estirar)
2. Si hacemos una herramienta: Necesitamos algo con Mi agudo (difícil de estirar)
3. Si hacemos un sello: Necesitamos algo con alta ν (mantiene su tamaño)
4. Si hacemos una parte de choque: Podríamos querer ν bajo o incluso negativo

Ejemplos de la vida real

Acero frente a caucho

• Acero (E = 200 GPa, ν = 0,3)
  • Muy difícil de estirar
  • Se pone un poco flaco cuando se tira
  • Bueno para partes fuertes
• Goma (E = 0,01 GPa, ν = 0,5)
  • Muy fácil de estirar
  • Se pone muy flaco cuando se tira de él
  • Bueno para piezas que necesitan doblarse

Un ejemplo genial: Corcho

El corcho tiene una relación de Poisson cercana a cero. Esto significa que cuando se presiona un corcho, no sobresale por los lados. Por eso es bueno para las botellas de vino: puede aplastarse sin ejercer demasiada presión sobre el vidrio.

En nuestra Mecanizado de prototipos CNC trabajo, a veces hacemos piezas que tienen que actuar como el corcho.

Cuando ambos números funcionan juntos

Algunas matemáticas muestran cómo estos números funcionan juntos:

• Módulo de cizallamiento (G) = E / [2(1+ν)]
• Módulo de masa (K) = E / [3(1-2ν)]

Nos indican cómo se comportan los materiales cuando los retorcemos o apretamos por todas partes.

¿Qué ocurre en los trabajos reales?

Alas de avión

Al fabricar piezas de avión con mecanizado CNC de aluminionecesitamos saberlo:

• El módulo de Young (E) nos dice cuánto se doblará el ala con el viento.
• La relación de Poisson (ν) nos dice cómo cambiará la forma

Piezas médicas

Para mecanizado CNC médicoA menudo fabricamos piezas que van en el cuerpo:

• El hueso tiene E alrededor de 20 GPa y ν alrededor de 0,3
• Si hacemos una pieza ósea falsa, tiene que tener los mismos números o no funcionará bien.

Datos curiosos sobre estos números

• La mayoría de los materiales tienen ν entre 0 y 0,5
• Goma tiene ν casi exactamente 0,5, lo que significa que su tamaño sigue siendo el mismo en general
• Algunas espumas tienen ν negativo, lo que significa que engordan al tirar de ellos.
• Diamante tiene la E más alta de todos los materiales naturales

Ideas equivocadas de la gente

Idea errónea #1: "La relación de Poisson es siempre positiva".

La verdad: Algunos materiales especiales tienen una relación de Poisson negativa. Engordan al tirar de ellos.

Idea errónea #2: "El módulo de Young es lo único que importa para la resistencia".

La verdad: Un material puede tener un E alto pero romperse con facilidad. Otros números también importan.

Preguntas de la gente

Cómo lo utilizamos en Istar Machining

Cuando lo hacemos mecanizado CNC a medidapensamos en estas cifras todo el tiempo:

1. Elegir el material adecuado: Diferentes trabajos necesitan diferentes E y ν
2. Fabricar piezas que encajen: Necesitamos saber cuánto cambiarán de forma las piezas
3. Piezas de prueba: Podemos comprobar si nuestras piezas tienen la E y ν correctas

Estudio de caso real: Piezas de automóvil

Un fabricante de automóviles nos pidió que fabricáramos piezas para un coche nuevo. Utilizamos nuestros mecanizado CNC de automoción habilidades. Las piezas tenían que:

• Sé fuerte (Mi agudo)
• No adelgazar demasiado al tirar (medio ν)
• No se rompe al recibir un golpe (buena resistencia)

Elegimos un acero especial con E = 205 GPa y ν = 0,29, ¡y las piezas funcionaron de maravilla!

Por qué necesita ambos números

Te preguntarás: "¿Por qué necesitamos dos números? ¿No basta con uno?"

La respuesta es no¡! Estas dos cifras nos dicen cosas diferentes:

• E nos habla de estiramientos
• ν nos habla de adelgazar

Ambas cosas son importantes para hacer buenas piezas.

Materiales con números raros

Algunos materiales tienen números muy especiales:

• Corcho: ν ≈ 0 (no adelgaza al pulsarlo)
• Espumas auxiliares: ν < 0 (engordan al tirar)
• Diamante: E = 1220 GPa (extremadamente difícil de estirar)
• Gelatina: E muy bajo (muy fácil de aplastar)

En Mecanizado IstarA veces trabajamos con estos materiales extraños para trabajos especiales.

Qué recordar

Las grandes ideas que hay que llevarse a casa son:

1. Módulo de Young (E) dice lo difícil que es estirar algo
2. Relación de Poisson (ν) dice cuánto más se adelgaza cuando se estira
3. Ambos números ayúdenos a elegir el material adecuado para un trabajo
4. Los materiales actúan de forma diferente basándose en estas cifras

La próxima vez que veas una goma elástica o una viga de acero, ¡piensa en estos números!

Más información

Si quiere saber más sobre cómo funcionan los materiales y cómo los utilizamos en el mecanizado, puede hacerlo:

1. Hable con nuestro equipo en Mecanizado Istar
2. Pregúntenos por nuestro Mecanizado de piezas CNC servicios
3. Conozca nuestro trabajo con distintos materiales

Esperamos que esto te ayude a comprender estas importantes ideas. Recuerda que saber cómo funcionan los materiales nos ayuda a hacer cosas mejores.

[^1]: Los datos de las propiedades de los materiales proceden de manuales de ingeniería y referencias de la ciencia de los materiales. [^2]: El módulo de Young se mide en GPa (gigapascales), que es una medida de presión o tensión. [^3]: La Relación de Poisson es un número adimensional, lo que significa que no tiene unidades. [^4]: Algunos materiales especializados como las espumas auxéticas tienen valores negativos de la Relación de Poisson, lo que es contrario a lo que observamos en la mayoría de los materiales comunes. [^5]: En Istar Machining, tenemos en cuenta estas propiedades de los materiales a la hora de seleccionar los materiales óptimos para aplicaciones específicas en nuestros procesos de fabricación CNC.