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Siguiendo con el ejemplo de la cuerda a la cual le producimos un estiramiento mediante la aplicación de una fuerza, es inmediato suponer que dicho estiramiento D L será proporcional a la longitud total de la cuerda L, a la fuerza aplicada F, e inversamente proporcional a la sección S. Podemos escribir por tanto:
, que como se ve cumple la ley de Hooke.
El valor de la constante E se deduce del caso particular en el que D L=L y S=1, resultando
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Es decir, E es la fuerza necesaria, por unidad de superficie, para producir un estiramiento de la cuerda igual a su longitud inicial. Esta constante, inversa de la que aparece en la ley de Hooke, recibe el nombre de módulo de Young (Thomas Young, 1733-1829) y nos da una idea bastante clara de la elasticidad del material.
En el tramo OH de la curva del
apartado anterior, el módulo de Young es constante, y podemos escribirlo
así:
(5)Puede observarse ya que la fuerza elástica de recuperación que puede proporcionarnos la cuerda no depende del alargamiento absoluto ni de la longitud total, sino de su cociente:
(6)
(Dado que la fuerza aplicada y la elástica de recuperación son iguales en valor absoluto, no las distinguiremos a partir de ahora salvo que pueda dar lugar a confusión.)
A fin de tener una cierta idea del valor del módulo de Young para algunos materiales, los damos en la tabla adjunta, juntamente con la resistencia máxima a la tracción (carga de ruptura).
Aunque no lo necesitaremos más tarde (las cuerdas no pueden trabajar a compresión), haremos una breve referencia al ensayo de compresión. Aparentemente, todo debería ser muy similar que en la tracción, y así sucede en la mayoría de los materiales. Pero hay algunas excepciones curiosas, que podemos comentar.
El acero es un ejemplo de normalidad: su módulo de Young es el mismo en tracción que en compresión, y las resistencias a la tracción y a la compresión también son iguales.
El hormigón, sin embargo, aunque tiene el mismo módulo de Young en ambos casos, presenta una resistencia a la tracción de 2 MN/m2, pero tiene una resistencia a la compresión de 17 MN/m2.
Y el hueso humano tiene un módulo de Young de 16 GN/m2 en tracción, que baja a 9 GN/m2 en compresión, con una resistencia en tracción de 200 MN/m2 y de 270 MN/m2 en compresión.
Anexo: Módulos de Young y cargas de ruptura de algunos materiales.
| Material | Módulo de Young
(en GN/m2) |
Carga de ruptura en
tracción (en GN/m2) |
| Níquel | 205 | |
| Acero | 200 | 0.520 |
| Hierro forjado | 190 | 0.390 |
| Cobre | 110 | 0.230 |
| Hierro fundido | 100 | |
| Bronce | 90 | 0.370 |
| Oro | 81 | |
| Plata | 80 | |
| Vidrio | 70 | |
| Aluminio | 70 | 0.090 |
| Hormigón | 23 | 0.002 |
| Plomo | 16 | 0.012 |
| Hueso | 16 | 0.200 |
| Goma | 15 | |
| Poliestireno | 3 | |
| Caucho | 0.001 |