fisica iii lab osciloscopio

INTRODUCCIÓN

En muchas ocasiones en el estudio de materiales se hace necesario

conocer las cargas que son capaces de soportar diferentes materiales.

Uno de los procedimientos que se realizan para llevar a cabo este estudio

es el ensayo de tracción

Este ensayo corresponde a medir la carga mientras se realiza un esfuerzo

sobre una probeta de un material especificado cuyas propiedades conocemos de

antemano.

Los resultados correspondientes de estos ensayos permiten evaluar que un

material será el utilizado en cada situación que se presente, por esto es muy

importante la rigurosidad en el tratamiento de los datos y de los resultados

obtenidos.

A continuación se presenta el análisis realizado para 4 materiales metálicos

diferentes con énfasis en sus propiedades físicas estudiadas durante este curso.

6 de Octubre del 2011

Ingeniería

ÍNDICE

1 OBJETIVOS…………………………………………… 2

2 EQUIPO ………………………………………… 4

3 PROCEDIMIENTO………………………………….. 6

4 FUNDAMENTO TEÓRICO…………………………. 8

5 HOJA DE DATOS………………………………… 13

6 CÁLCULOS ……………………………………... 14

7 CONCLUSIONES…..…………………………….. 16

8 OBSERVACIONES………………………………. 16

9 RECOMENDACIONES…………………………… 16

10 BIBLIOGRAFÍA…………………………………… 171 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE

MEDIDA


Ingeniería

1. Objetivos:

Obtener la gráfica experimental Carga vs. Deformación.

Obtener, a partir de la gráfica anterior, las gráficas Esfuerzo vs.

Deformación de Ingeniería.

Determinar la resistencia mecánica a la tracción de los materiales

ensayados a partir de las gráficas y los datos recogidos.

Conocer el funcionamiento de un equipo para ensayos de tracción de

materiales, así como los lugares de aplicación de éste equipo en la

industria, también es importante conocer los riesgos que representa el uso

inadecuado del equipo.

Determinar propiedades y características, y el comportamiento de los

materiales en servicio.

Establecer o comprobar relación que existe entre el esfuerzo y deformación

de ingeniería.

Establecer semejanzas y diferencias entre uno y otro ensayo de tracción.

2 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA


Ingeniería

Comprender los conceptos referidos a los ensayos de tracción, es decir

familiarizarse con sus significados.

2. Equipo:



Ingeniería

3. Procedimiento:



Ingeniería

4. Fundamento Teórico

El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta

normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la

rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza

estática o aplicada lentamente.

En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los

materiales elásticos:

Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la

proporcionalidad anterior.

Coeficiente de Poisson , que cuantifica la razón entre el alargamiento

longitudinal y el acortamiento de las longitudes transversales a la dirección

de la fuerza.

Límite de fluencia : valor de la tensión que soporta la probeta en el

momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este

fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones

elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la

deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada.

Límite elástico (límite elástico convencional o práctico) : valor de la

tensión a la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%,

0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado.

Carga de rotura : carga máxima resistida por la probeta dividida por la

sección inicial de la probeta.



Ingeniería

Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta.

Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en

tanto por ciento.

Estricción : es la reducción de la sección que se produce en la zona de la

rotura.

Normalmente, el límite de proporcionalidad no suele determinarse ya que carece

de interés para los cálculos. Tampoco se calcula el Módulo de Young, ya que éste

es característico del material; así, todos los aceros tienen el mismo módulo de

elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.

Probeta de cobre antes del ensayo de tracción.

Probeta de cobre fracturada después del ensayo de tracción.


http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Durante_el_ensayo.JPG?uselang=es

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ruptura.JPG?uselang=es


Ingeniería

Curva tensión-deformación

Diagrama de tensión–deformación típico de un acero de bajo límite de fluencia.

En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos

puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se

representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la

sección de la probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida

presenta cuatro zonas diferenciadas:


http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Curva_tensi%C3%B3n_deformaci%C3%B3n_zonas.png?uselang=es

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Traction_curve.png?uselang=es


Ingeniería

1. Deformaciones elásticas : Las deformaciones se reparten a lo largo de la

probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la

probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad

entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de

Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo

módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.

La tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite

de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. Pueden existir

dos zonas de deformación elástica, la primera recta y la segunda curva,

siendo el límite de proporcionalidad el valor de la tensión que marca la

transición entre ambas. Generalmente, este último valor carece de interés

práctico y se define entonces un límite elástico (convencional o práctico)

como aquél para el que se produce un alargamiento prefijado de antemano

(0,2%, 0,1%, etc.). Se obtiene trazando una recta paralela al tramo

proporcional (recto) con una deformación inicial igual a la convencional.

2. Fluencia : Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la

carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los

elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina

impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se

deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las

dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación

en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta

pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las

dislocaciones (bandas de Luders). No todos los materiales presentan este

fenómeno, en cuyo caso la transición entre la deformación elástica y

plástica del material no se aprecia de forma clara.



Ingeniería

3. Deformación unitaria : si se retira la carga aplicada en dicha zona, la

probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada

permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas

que en la zona elástica.

4. Estricción: Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran

en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la

sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones

continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por esa zona. La

estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación;

realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que

se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la

sección inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye,

efecto que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Los

materiales frágiles no sufren estricción ni deformaciones plásticas

significativas, rompiéndose la probeta de forma brusca. Terminado el

ensayo se determina la carga de rotura, carga última o resistencia a la

tracción: la máxima resistida por la probeta dividida por su sección inicial, el

alargamiento en (%) y la estricción en la zona de la rotura.



Ingeniería

5. Hoja de datos:

ALUMINIO

ELONGACION: 32-25.4=6.6mm CUELLO=2.73mm

FLUENCIA: 600 CARGA MÁXIMA: 690 ROTURA: 350

COBRE

ELONGACION: 30.4-25.4=5mm CUELLO=2.85mm 10 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE

MEDIDA

6.41 mm6.42 mm6.41 mm

6.32 mm6.39 mm6.36 mm


Ingeniería

FLUENCIA: No existe CARGA MÁXIMA: 1000 ROTURA:

500



Ingeniería

6. Cálculos y resultados:

ALUMINIO:



Ingeniería

A: Deformación en longitud mediante la gráfica obtenida por la maquina

6.6mm→21mm

25.4mm→x

DONDE: X = 80.8mm

B: La variación de la carga mediante escala obtenida por la gráfica descrita por la

maquina


P.DE

FLUENCI

A

CARGA

(Kg)

A (mm) B(Kg) DEFORMACIÓ

N UNITARIA DE

INGENIERÍA

PROMEDI

O DE

ÁREA

(mm2)

ESFUERZO

DE

INGENIERÍ

A

46 0.2 1.5 0.00

129.08

0.36

245.34 1.1 8 0.01 1.90

567.34 2 18.5 0.02 4.40

600 2.1 19.56 0.03 4.65

P.

MÁXIMO

644 3.1 21 0.04 4.99

690 5.5 22.5 0.07 5.35

P. DE

FLUENCI

A

644 10.1 21 0.12 4.99

398.67 19.1 13 0.24 3.09

350 21.1 11.5 0.26 2.71


Ingeniería

690Kg→22.5mm

x→1mm

DONDE: X = 30.67Kg

14 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE MEDIDA0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00 CURVA DE TRACCIÓN DE INGENIERÍAESFUERZO VS DEFORMACIÓN

DEFORMACIÓN DE INGENIERÍA

ESFUERZO KG


Ingeniería

TENIENDO EN CUENTA ALGUNOS PUNTOS DE LA CURVA DE TRACCIÓN REAL

∴

HALLAMOS LA

SUPERPOSICION DE LAS CURVAS DE TRACCION DE INGENIERIA Y REAL


DEFORMACIÓN UNITARIA REAL

ER=ln(EO+1)

ESFUERZPO REAL

σ R=σO(EO+1)

0.00247188 0.35725013

0.01352036 1.92655416

0.02444811 4.50403882

0.02565496 4.76907445

0.03764408 5.18054589

0.06584475 5.70934312

0.11776929 5.61272109

0.21216906 3.81854974

0.23198935 3.41948563


Ingeniería

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.300.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00SUPERPOSICIÓN DE LAS CURVAS DE TRACCIÓN

DEFORMACIÓN

ESFUERZO KG



Ingeniería

COBRE:

En la experiencia no se pudo obtener el punto de fluencia así que se procedió a tomar el

punto mediante el método offset el cual se obtuvo:

757.575 Kg y 0.45(A)

P. DE FLUENCIA

CARGA

(Kg)

A (mm) B(Kg) DEFORMACIÓN

UNITARIA DE

INGENIERÍA

PROMEDIO

DE ÁREA

(mm2)

ESFUERZO

DE

INGENIERÍA

121.21 0.2 0.4 0.03 127.07 0.95

363.64 0.3 1.2 0.04 127.07 2.86

696.97 0.4 2.3 0.05 127.07 5.48

757.57 0.45 2.5 0.06 127.07 5.96

P MÁXIMO

757.57 0.45 2.5 0.06 127.07 5.96

909.09 0.5 3 0.07 127.07 7.15

1000 0.55 3.3 0.07 127.07 7.87

P. DE ROTURA

909.09 0.8 3 0.10 127.07 7.15

666.67 1.3 2.2 0.17 127.07 5.25

500 1.5 1.65 0.20 127.07 3.93

A: Deformación en longitud mediante la gráfica obtenida por la maquina 17 LABORATORIO DE OSCILOSCOPIO COMO INSTRUMENTO DE

MEDIDA


Ingeniería

5mm→15mm

25.4mm→x

DONDE: X = 76.2mm

B: La variación de la carga mediante escala obtenida por la gráfica descrita por la

maquina

1000Kg→3.3cm

1Kg→ xcm

DONDE: X = 303.03Kg



Ingeniería

0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.220.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

CURVA DE TRACCIÓN DE INGENIERÍAESFUERZO VS DEFORMACIÓN

DEFORMACIÓN DE INGENIERÍA

ESFUERZO KG

TENIENDO EN CUENTA ALGUNOS PUNTOS DE LA CURVA DE TRACCIÓN REAL



Ingeniería

DEFORMACIÓN UNITARIA

REAL

ER=ln(EO+1)

ESFUERZPO REAL

σ R=σO(EO+1)

0.05116205 5.77285238

0.03861484 2.97439628

0.02590818 0.97892

0.05737711 6.31390876

0.05737711 6.31390876

0.06969254 8.43769952

0.15751958 6.1415468

0.09983346 7.9053476

0.06355378 7.62368439

0.17969343 4.70941368

HALLAMOS LA SUPERPOSICION DE LAS CURVAS DE TRACCION DE INGENIERIA Y

REAL



Ingeniería

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.250.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

SUPERPOSICIÓN DE CURVAS DE TRACCIÓN

DEFORMACIÓN

ESFUERZOS

CURVA REAL

CURVA DE INGENIE-RÍA



Ingeniería

SAE 1045

1. Módulo de elasticidad:

E = σξ

= FxLAxΔL

=1191.5 kg/mm2

2. Estricción:

Ψ = Ao−AfAo

=

π4x (6.722−4.382)

π4x (6.722)

= 0.575 = 57.5 %

3. Resilencia:

R = σ p xξ p2

= 0.8539 kg/ mm2

4. Tenacidad:

T = σ p+σ max+σ R

3 ξR=

45.11+75.56+64.1443

0.244 = 15.031 kg/mm2

GRÁFICOS:

Gráfico obtenido en el laboratorio:



Ingeniería

0 1 2 3 4 5 6 70

500

1000

1500

2000

2500

3000grafica obtenida del laboratorio acero

ΔL (cm)

F (k

g)

Gráfico ξ ing vs σ ing para el acero 1045

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30

10

20

30

40

50

60

70

80

grafica ξ ing vs σ ing

ξ ing

σ in

g (k

g/m

m2)

Gráfico ξ real vs σ real para el acero 1045



Ingeniería

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

gráfico ξ real vs σ real

ξ real

σ re

al

Gráfico de comparaciones de las cargas de fluencia, Rotura y máxima

Datos de carga:

Fluencia: 1600

Rotura: 2200

Fmax: 2680



Ingeniería

Fluencia Rotura F max0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Gráfico de comparaciones acero 1045

Series1

SAE 1010

1. Módulo de elasticidad:

E = σξ

= FxLAxΔL

=3133 kg/mm2

2. Estricción:

Ψ = Ao−AfAo

=

π4x (5.82−3.162)

π4x(5.82)

= 0.7042 = 70.42 %

3. Resilencia:



Ingeniería

R = σ p xξ p2

= 0.153 kg/ mm2

4. Tenacidad:

T = σ p+σ max+σ R

3 ξR=

30.3399+44.56+29.393

0.3633 = 12.629 kg/mm2

GRÁFICOS:

Gráfico obtenido en el laboratorio para el acero 1010

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

200

400

600

800

1000

1200

1400

grafica obtenida del laboratorio

Series2

ΔL (cm)

F (k

g)

Gráfico ξ real vs σ real para el acero 1010



Ingeniería

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.350

10

20

30

40

50

60gráfico ξ real vs σ real

ξ real

σ re

al

Gráfico ξ ing vs σ ing acero 1010



Ingeniería

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.405

101520253035404550

grafica ξ ing vs σ ing

Series2

ξ ing

σ in

g (k

g/m

m2)

Gráfico de comparaciones de las cargas de fluencia, Rotura y máxima

Datos de carga:

Fluencia: 760 kg

Rotura: 850 kg

Fmax: 1180 kg



Ingeniería

Fluencia Rotura F max0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Gráfico de comparaciones de cargas

Series1



Ingeniería

7. Conclusiones:

El ensayo de tracción nos sirvió para poder darle un buen uso de los

materiales puesto que sabemos cuanta fuerza soportan y sabemos en qué

utilizar esos materiales para la ingeniería

Se realizó un ensayo de tracción sobre una probeta de los materiales

torneados para dicho fin, de acuerdo a las normas ASTM, el cual permitió

obtener las características mecánicas principales de dicho material a partir

del análisis de la curva de tensión deformación y verificar de este modo las

propiedades de estos materiales.

Se obtuvo además un panorama general del mecanizado de la probeta y un

ensayo de tracción.

Los resultados de la curva experimental son más pequeños que de la curva

teórica de los respectivos materiales.

Se puso a prueba la elasticidad de cada uno de los materiales como el

acero, bronce, cobre y aluminio, cada uno de estos materiales tiene distinto

tipo de elasticidad, deformación etc.

Se notó también que casi no se formó cuello en el ensayo con el bronce,

pues el tiempo que tuvo entre el esfuerzo máx. y el esfuerzo de rotura fue

muy corto, y es en este tramo donde se forma el cuello.



Ingeniería

8. Observaciones:



Ingeniería

9. Recomendaciones:

Para obtener buenos resultados o más exactos los equipos deberían ser

modernos, aun así botemos resultados aproximados.

Una de las recomendaciones seria ir una tapa oídos para que al momento

de la ruptura del material no te dañe el oído.

Recomendamos tener mucho cuidado al momento de la medición, en

especial cuando se acerca al valor de rotura, ya que la probeta se rompe y

algún pedazo de esta puede salir disparado del dispositivo y lastimar al

operario.

Para obtener mayor precisión en los resultados del cálculo de la curva de

ingeniería en la gráfica no se toma los primeros tramos, porque no

obedecen a la ley de Hooke.

Para que la gráfica sea más precisa se debe tener en cuenta que el rodillo y

hoja estén bien sujetos y ubicados.

10.Bibliografía:

Manual de laboratorio de física general 2009

SEARS, Francis W. Física universitaria Editorial Mc. Graw Hill, México 11º

edición.

TIPLER, Paul Física Editorial Reverte S.A. 3º edición.



Ingeniería


fisica iii lab osciloscopio

Documents

hoja de datos

mdulo de elasticidad

deformacin

deformacin

lmite elstico

se produce

de fluencia

esfuerzpo