Socio a: efectivo 20.000.000 : un carro 32.000.000;mercancías 230.000.000

A. Esfuerzo y deformación unitaria

1. ¿Qué es el esfuerzo o stress?R: Es la fuerza normalizada por el área donde actúa. Se calcula como σ = F/A y sus unidades son Pa o N/m².

2. ¿Por qué usamos stress en vez de fuerza?R: Porque la fuerza depende del tamaño de la muestra; el stress permite comparar materiales eliminando el efecto del área.

3. ¿Qué es la deformación unitaria o strain?
R: Es el cambio relativo de longitud. Se calcula como ε = ΔL/L₀ = (L − L₀)/L₀.

4. ¿Por qué el strain no tiene unidades?R: Porque es longitud dividida por longitud, por eso las unidades se cancelan.

5. ¿Qué diferencia hay entre elongación y strain?R: La elongación es el cambio absoluto de longitud, ΔL; el strain es ese cambio dividido por la longitud inicial.

6. ¿Qué diferencia hay entre fuerza y esfuerzo?R: La fuerza es una carga total aplicada; el esfuerzo es esa fuerza distribuida en un área.

7. Si dos muestras reciben la misma fuerza, pero una tiene mayor área, ¿cuál tiene menor stress?R: La de mayor área, porque σ = F/A.

8. Si una muestra es más larga, ¿se puede alargar más aunque sea el mismo material?
R: Sí, por eso se usa strain: para comparar la deformación relativa y no solo los mm de alargamiento.

9. ¿Qué permite ver una curva stress-strain?R: La respuesta propia del material, independiente del tamaño y forma de la muestra.

10. ¿Qué es una ecuación constitutiva?R: Es una relación entre esfuerzo y deformación que describe cómo responde un material frente a una carga.

11. ¿Por qué una ecuación constitutiva usa stress y strain, no fuerza y elongación?R: Porque debe describir propiedades del material, no de una muestra específica.

12. ¿Qué son las propiedades materiales?R: Son parámetros propios del material que aparecen en ecuaciones constitutivas, como E, ν, resistencia o tenacidad.

¿Qué es tensión?R: Una carga que tiende a alargar el material

¿Qué es compresión?R: Una carga que tiende a acortar el material

15. ¿Qué es cizalle o shear?R: Una carga paralela a la superficie que tiende a deslizar capas del material entre sí.

¿Qué es shear stress?R: Esfuerzo cortante producido por una fuerza paralela al área; se calcula como τ = F/A

¿Qué es shear strain?R: Es la deformación angular asociada al cizalle; se relaciona con tan γ = ΔL/L

18. Diferencia entre stress normal y shear stress.R: El stress normal actúa perpendicular al área; el shear stress actúa paralelo al área.

¿Qué ocurre en flexión?R: Se combinan tensión, compresión y cizalle: un lado se estira y el otro se comprime

¿Qué es torsión?R: Una carga de giro que genera principalmente esfuerzos de cizalle

¿Qué es engineering stress?R: Es el esfuerzo calculado usando el área inicial: σ = F/A inicial

¿Qué es true stress?R: Es el esfuerzo calculado usando el área instantánea o real durante la deformación

23. En tracción, ¿cuál es mayor: true stress o engineering stress?R: El true stress, porque al estirar la muestra el área disminuye.

¿Qué es engineering strain?R: Es la deformación calculada respecto a la longitud inicial: ε = ΔL/L₀

25. ¿Qué es true strain?R: Es la deformación acumulada considerando la longitud instantánea; se calcula como εT = ln(L/L₀).

¿Qué es extensión ratio?R: Es λ = L/L₀. Se relaciona con el engineering strain como λ = 1 + ε

¿Cuándo engineering strain y true strain son parecidos?R: Cuando las deformaciones son pequeñas

28. ¿Qué ocurre con grandes deformaciones?R: El engineering strain sobreestima la deformación comparado con el true strain.

Si λ > 1, ¿cómo se compara true strain con engineering strain?R: El true strain es menor

30. ¿Qué dice la ley de Wolff?R: Que el hueso adapta su estructura interna según las direcciones principales de carga o esfuerzo.

B. Precisión, exactitud y cifras significativas

¿Qué es precisión?R: Qué tan cercanas están las mediciones entre sí

¿Qué es exactitud?R: Qué tan cerca está una medición del valor real

33. ¿Puede una medición ser precisa pero inexacta?R: Sí, si los datos están muy agrupados pero lejos del valor real.

34. ¿Puede una medición ser exacta pero imprecisa?R: Sí, si los datos están dispersos, pero su promedio se acerca al valor real.

¿Qué es incertidumbre?R: Es el rango de duda asociado a una medición, por ejemplo 2,456 ± 0,001 m

¿Qué indica “±” en una medición?R: Indica la incertidumbre o precisión absoluta de esa medición

37. ¿Qué son cifras significativas?R: Son los dígitos confiables de una medición, incluyendo el primer dígito incierto.

38. ¿Por qué importan las cifras significativas?R: Porque evitan reportar resultados con una precisión falsa mayor que la permitida por los instrumentos.

Regla general para reportar resultados.R: El resultado no debe tener más precisión que el dato menos preciso

En suma y resta, ¿qué manda?R: Manda el número con menos decimales

Ejemplo de suma con cifras significativas: 2,45 + 1,2.R: 3,7, porque 1,2 tiene solo un decimal

En multiplicación y división, ¿qué manda?R: Manda el número con menos cifras significativas

Ejemplo de multiplicación: 2,4 × 3,21.R: 7,7, porque 2,4 tiene dos cifras significativas

Si una regla mide en mm, ¿tiene sentido reportar 3,456789 cm?R: No, porque se estaría inventando precisión

Si 10 mm equivalen a 84 pixeles, ¿cuánto equivale 1 píxel?R: 10/84 = 0,119 mm, aproximadamente 0,12 mm

Si el error experimental es ±1 píxel, ¿cuál sería la incertidumbre en mm?R: Aproximadamente ±0,12 mm

¿Qué es precisión absoluta?R: Es la incertidumbre expresada en unidades reales, por ejemplo ±0,12 mm

¿Qué es precisión relativa?R: Es la incertidumbre comparada con el valor medido, generalmente como porcentaje

¿Cómo se calcula el error relativo? R: Error relativo = incertidumbre/valor medido

¿Cómo se expresa el error relativo en porcentaje?R: Error porcentual = (incertidumbre/valor medido) × 100

C. Elasticidad y propiedades mecánicas

¿Qué es elasticidad?R: Es la capacidad de un material de recuperar su forma al retirar la carga

52. ¿Qué es deformación plástica?R: Es deformación permanente; el material no vuelve completamente a su forma original.

53. Diferencia entre zona elástica y zona plástica.R: En la zona elástica se recupera la forma; en la plástica queda deformación permanente.

¿Qué dice la ley de Hooke para un resorte?R: La fuerza es proporcional al alargamiento: F = kΔL

¿Qué dice la ley de Hooke para materiales?R: El esfuerzo es proporcional al strain: σ = Eε

¿Qué representa k en un resorte?R: La rigidez del resorte o spring stiffness

¿Qué representa E?R: El módulo de Young, o rigidez del material

¿Qué unidad tiene E?R: Pa, MPa o GPa, porque el strain no tiene unidades

¿Cómo se obtiene E desde una curva stress-strainR: Es la pendiente de la zona lineal

Si un material tiene mayor E, ¿qué significa? R: Que es más rígido y se deforma menos para un mismo esfuerzo

61. ¿Qué significa que un material sea elástico lineal?R: Que stress y strain son proporcionales y su curva es aproximadamente recta.

62. ¿Qué es resistencia mecánica o strength?R: Es el máximo esfuerzo que un material puede resistir antes de fallar.

¿Qué es extensibilidad?R: Es la deformación máxima que alcanza un material antes de romperse

64. ¿Qué es límite de fluencia o yield stress?R: Es el esfuerzo desde el cual el material comienza a deformarse plásticamente.

¿Qué es yield strain?R: Es el strain asociado al inicio de la deformación plástica

66. ¿Qué es tenacidad o toughness?R: Es la energía total que absorbe un material antes de romperse; corresponde al área bajo la curva stress-strain hasta falla.

67. ¿Qué es densidad de energía de deformación?R: Es la energía elástica almacenada por unidad de volumen. En zona lineal puede estimarse como σε/2, σ²/2E o Eε²/2.

¿Qué representa el área bajo una curva stress-strain?R: Energía por unidad de volumen

69. Diferencia entre resistencia y tenacidad.R: La resistencia es el esfuerzo máximo; la tenacidad es la energía absorbida antes de romperse.

70. ¿Un material muy resistente siempre es muy tenaz?R: No. Puede soportar alto esfuerzo, pero romperse con poca deformación.

¿Qué es resiliencia?R: Es la fracción de energía que el material devuelve durante la descarga

72. ¿Qué es histéresis?R: Es la fracción de energía perdida durante un ciclo carga-descarga, generalmente como calor.

Si un material tiene alta resiliencia, ¿qué significa?R: Que recupera mucha energía y pierde poca

74. Si un material tiene alta histéresis, ¿qué significa?R: Que pierde mucha energía durante el ciclo carga-descarga.

75. ¿Qué es coeficiente de Poisson?R: Es la relación negativa entre la deformación transversal y la deformación axial.

76. ¿Qué significa que ν sea cercano a 0,5?R: Que el material es casi incompresible o isovolumétrico: cambia de forma, pero casi no de volumen.

Si estiro un material en el eje x, ¿qué suele pasar en y/z?R: Se contrae lateralmente

78. ¿Por qué el coeficiente de Poisson tiene signo negativo?R: Porque la deformación transversal suele ser opuesta a la axial.

¿Qué significa un estado multiaxial de esfuerzo?R: Que el material está cargado en más de una dirección

80. ¿Qué pasa si un material está sometido a esfuerzos en varias direcciones?R: Su deformación en un eje depende también de los esfuerzos en los otros ejes.

81. Orden de rigidez aproximado: cartílago, tendón, hueso, vidrio, hierro.R: Cartílago < tendón < hueso < vidrio < hierro.

¿Cuál es el E aproximado del cartílago humano?R: Cerca de 24 MPa

¿Cuál es el E aproximado del tendón?R: Cerca de 1.200 MPa o 1,2 GPa

¿Cuál es el E aproximado del hueso?R: Cerca de 20.000 MPa o 20 GPa

¿Qué material es más rígido: tendón o hueso?R: El hueso

¿Qué material es más rígido: hueso o vidrio?R: El vidrio

D. Materiales compuestos y anisotropía

87. ¿Qué es un material compuesto?R: Es un material formado por al menos dos fases, típicamente una matriz y un refuerzo.

¿Qué es la matriz en un compuesto?R: Es la fase continua que rodea y sostiene al refuerzo

89. ¿Qué es el refuerzo en un compuesto?R: Es la fase que aporta propiedades mecánicas específicas, como fibras que aumentan la rigidez o resistencia.

¿Qué es un material isotrópico?R: Tiene las mismas propiedades mecánicas en todas las direcciones

¿Qué es un material anisotrópico?R: Tiene propiedades mecánicas distintas según la dirección de medición

92. Diferencia entre heterogéneo y anisotrópico.R: Heterogéneo significa que tiene más de una fase; anisotrópico significa que sus propiedades dependen de la dirección.

93. ¿Un material heterogéneo siempre es anisotrópico?R: No. Puede ser heterogéneo pero comportarse casi igual en todas direcciones si sus fases están distribuidas al azar.

94. ¿Por qué las fibras alineadas generan anisotropía?R: Porque resisten más en la dirección de la fibra que en dirección perpendicular.

95. ¿Qué pasa si cargo un compuesto en dirección paralela a sus fibras?R: Las fibras aportan más rigidez y resistencia.

96. ¿Qué pasa si cargo un compuesto perpendicular a sus fibras?R: Las fibras aportan menos a la rigidez en esa dirección.

97. ¿Por qué la orientación de fibras afecta el módulo de Young?R: Porque el módulo efectivo depende de cuánto de la rigidez de las fibras actúa en la dirección de carga.

¿Qué ocurre si las fibras están a 0° respecto a la carga?R: Aportan máxima rigidez

¿Qué ocurre si las fibras están a 90° respecto a la carga?R: Aportan mucho menos en la dirección de carga

100. ¿Por qué las fibras a 45° aportan menos que a 0°?R: Porque solo parte de su rigidez queda alineada con la dirección de carga.

101. ¿Qué es el ángulo microfibrilar?R: Es el ángulo entre las microfibrillas y el eje principal de la fibra o estructura.

¿Qué pasa si aumenta el ángulo microfibrilar en madera?R: Disminuye la rigidez longitudinal

103. ¿Por qué la madera es más resistente a lo largo de la veta?R: Porque sus fibras de celulosa están orientadas principalmente en esa dirección.

104. ¿Qué es la celulosa?R: Es un polímero lineal de glucosa que forma microfibrillas rígidas por puentes de hidrógeno.

¿Por qué el hueso es un material compuesto?R: Porque combina colágeno e hidroxiapatita

¿Qué aporta el colágeno al hueso?R: Resistencia a tracción, flexibilidad y capacidad de absorber energía

¿Qué aporta la hidroxiapatita al hueso?R: Rigidez y resistencia a compresión

108. ¿Qué significa que el hueso sea jerárquico?R: Que su estructura está organizada en varias escalas, desde moléculas hasta hueso cortical y trabecular.

109. ¿Qué es la regla de mezclas?R: Es una forma de estimar propiedades de un compuesto sumando aportes de matriz y refuerzo según sus fracciones de volumen.

¿Qué son Vf y Vm?R: Son las fracciones de volumen de fibra y matriz. Deben cumplir Vf + Vm = 1

¿Qué significa Ef?R: Módulo de Young de la fibra

¿Qué significa Em?R: Módulo de Young de la matriz

¿Qué significa Ec?R: Módulo efectivo del compuesto

114. ¿Qué dice el modelo de Voigt?R: Asume igual deformación en fibra y matriz. Entrega el límite superior de rigidez: Ec = VfEf + VmEm.

115. ¿Cuándo se parece más un compuesto al modelo de Voigt?R: Cuando las fases están cargadas en paralelo a la dirección de carga.

116. ¿Qué dice el modelo de Reuss?R: Asume igual esfuerzo en fibra y matriz. Entrega el límite inferior de rigidez: 1/Ec = Vf/Ef + Vm/Em.

117. ¿Cuándo se parece más un compuesto al modelo de Reuss?R: Cuando las fases trabajan como si estuvieran en serie respecto a la carga.

118. Diferencia clave entre Voigt y Reuss.R: Voigt asume igual deformación y da rigidez alta; Reuss asume igual esfuerzo y da rigidez baja.

¿Dónde se ubican normalmente los materiales reales respecto a Voigt y Reuss?R: Entre ambos modelos

120. ¿Por qué los materiales reales quedan entre Voigt y Reuss?R: Porque no son perfectamente paralelos ni perfectamente en serie; tienen geometría, orientación e interfaces reales.

121. ¿Qué incorpora Cox-Krenchel?R: Incorpora un factor de eficiencia η que corrige el aporte de las fibras según su orientación.

122. ¿Qué significa η?R: Es un factor que mide qué tan efectivas son las fibras para aportar rigidez en la dirección de carga.

Si η = 1, ¿qué significa?R: Que las fibras están perfectamente alineadas con la carga y aportan al máximo

124. Si η es bajo, ¿qué significa?R: Que las fibras están desalineadas o distribuidas de forma poco eficiente para esa carga.

125. ¿Qué es un material ortotrópico?R: Es un tipo de anisotrópico con propiedades distintas en tres direcciones principales perpendiculares.

¿Cuántas propiedades se necesitan para describir un material isotrópico lineal?R: Dos principales: E y ν

127. ¿Por qué un material anisotrópico necesita más constantes?R: Porque su rigidez y deformación lateral cambian según la dirección.

128. ¿Qué significa que un laminado sea anisotrópico?R: Que sus capas tienen orientaciones específicas y responden distinto según la dirección de carga.

129. ¿Qué diferencia hay entre fibras continuas y cortas?R: Las continuas refuerzan más direccionalmente; las cortas pueden reforzar menos si están desordenadas.

130. ¿Qué muestra un gráfico tipo Ashby?R: Compara familias de materiales según propiedades como módulo de Young, resistencia o densidad.E. Preguntas tipo ejercicio

Si F = 100 N y A = 0,01 m², ¿cuál es el stress?R: σ = F/A = 100/0,01 = 10.000 Pa

Si L₀ = 10 cm y L = 11 cm, ¿cuál es el strain?R: ε = (11 − 10)/10 = 0,1, es decir 10%

Si σ = 50 MPa y ε = 0,01, ¿cuál es E?R: E = σ/ε = 50/0,01 = 5.000 MPa

Si E = 1.000 MPa y ε = 0,02, ¿cuál es σ?R: σ = Eε = 1.000 × 0,02 = 20 MPa

Si un compuesto tiene Vf = 0,3, ¿cuánto vale Vm?R: Vm = 1 − Vf = 0,7

Si Vf = 0,4, Ef = 100 GPa, Vm = 0,6 y Em = 10 GPa, ¿cuál es Ec por VoigtR: Ec = 0,4×100 + 0,6×10 = 46 GPa

Para el mismo caso, ¿cómo planteas Reuss?R: 1/Ec = 0,4/100 + 0,6/10; luego se despeja Ec

En Reuss, ¿el resultado debería ser mayor o menor que en Voigt?R: Menor, porque Reuss es el límite inferior

139. Si el módulo real está entre Voigt y Reuss, ¿está bien?R: Sí, porque los materiales reales normalmente quedan entre ambos límites.

140. Si una fibra se orienta menos con la carga, ¿qué pasa con el módulo efectivo?R: Disminuye, porque baja la eficiencia del refuerzo.