Compresión (física)
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En mecánica, compresión es la aplicación de fuerzas equilibradas hacia adentro ("empujar") a diferentes puntos de un material o estructura, es decir, fuerzas sin suma neta o torque dirigidas para reducir el tamaño del material o estructura en una o más direcciones.[1] Contrasta con la tensión o tracción, la aplicación de fuerzas equilibradas hacia afuera ("tracción"); y con fuerzas cortantes, dirigidas para desplazar capas del material paralelas entre sí. La resistencia a la compresión de materiales y estructuras es una consideración de ingeniería importante.
En la compresión uniaxial, las fuerzas se dirigen a lo largo de una sola dirección, de modo que actúan hacia la disminución de la longitud del objeto a lo largo de esa dirección.[2] Las fuerzas de compresión también se pueden aplicar en múltiples direcciones; por ejemplo hacia adentro a lo largo de los bordes de una placa o en toda la superficie lateral de un cilindro, para reducir su área (compresión biaxial), o hacia adentro sobre toda la superficie de un cuerpo, a fin de reducir su volumen.
Técnicamente, un material está bajo un estado de compresión, en algún punto específico y en una dirección específica , si el componente normal del vector tensión a través de una superficie con dirección normal se dirige de forma opuesta a . Si el vector de tensión en sí es opuesto a , se dice que el material está bajo compresión normal o tensión de compresión pura a lo largo de . En un sólido, la cantidad de compresión generalmente depende de la dirección , y el material puede estar bajo compresión en algunas direcciones pero bajo tracción en otras. Si el vector de tensión es puramente compresivo y tiene la misma magnitud en todas las direcciones, se dice que el material está bajo compresión isotrópica o compresión hidrostática en ese punto. Este es el único tipo de compresión estática que pueden soportar líquidos y gases.[3]
En una onda longitudinal mecánica, u onda de compresión, el medio se desplaza en la dirección de la onda, lo que resulta en áreas de compresión y rarefacción.
Cuando se somete a compresión (o cualquier otro tipo de tensión), todo material sufrirá alguna deformación, aunque sea imperceptible, que hace que cambien las posiciones relativas medias de sus átomos y moléculas. La deformación puede ser permanente o puede revertirse cuando desaparecen las fuerzas de compresión. En el último caso, la deformación da lugar a fuerzas de reacción que se oponen a las fuerzas de compresión y pueden eventualmente equilibrarlas.[4]
Los líquidos y gases no pueden soportar una compresión uniaxial o biaxial constante, se deformarán rápida y permanentemente y no ofrecerán ninguna fuerza de reacción permanente. Sin embargo, pueden soportar la compresión isotrópica y pueden comprimirse de otras formas momentáneamente, por ejemplo, en una onda de sonido.
Todo material ordinario se contraerá en volumen cuando se somete a compresión isotrópica, se contraerá en el área de la sección transversal cuando se somete a compresión biaxial uniforme y se contraerá en longitud cuando se someta a compresión uniaxial. La deformación puede no ser uniforme y puede no estar alineada con las fuerzas de compresión. Lo que sucede en las direcciones donde no hay compresión depende del material.[4] La mayoría de los materiales se expandirán en esas direcciones, pero algunos materiales especiales permanecerán sin cambios o incluso se contraerán. En general, la relación entre la tensión aplicada a un material y la deformación resultante es un tema central de mecánica del continuo.
Usos
La compresión de los sólidos tiene muchas implicaciones en la ciencia de materiales, la física y la ingeniería estructural, ya que la compresión produce cantidades notables de esfuerzo y tensión.
Al inducir la compresión, se pueden medir propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión o el módulo de elasticidad.[5]
Las máquinas de compresión van desde los sistemas de mesa muy pequeños hasta los que tienen más de 53 MN de capacidad.
Los gases suelen almacenarse y enviarse muy comprimidos para ahorrar espacio. El aire ligeramente comprimido u otros gases también se utilizan para llenar globos, botes de goma y otras estructuras inflables. Los líquidos comprimidos se utilizan en equipos hidráulicos y en la fracturación.
