Compresión (física)

En mecánica, compresión es la aplicación de fuerzas equilibradas hacia adentro ("empuje") a diferentes puntos de un material o estructura, es decir, fuerzas sin suma neta ni torsión. Dirigido para reducir su tamaño en una o más direcciones. Se contrasta con la tensión o tracción, la aplicación de fuerzas hacia afuera ("tirando") equilibradas; y con fuerzas de corte, dirigidas de manera que desplacen 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 en una sola dirección, de modo que actúan para disminuir la longitud del objeto en esa dirección. Las fuerzas de compresión también pueden aplicarse en múltiples direcciones; por ejemplo hacia dentro a lo largo de los bordes de una placa o sobre toda la superficie lateral de un cilindro, para reducir su área (compresión biaxial), o hacia dentro sobre toda la superficie de un cuerpo, para reducir reducir su volumen.

Técnicamente, un material está bajo un estado de compresión, en algún punto específico y a lo largo de una dirección específica x{displaystyle x}, si el componente normal del vector de estrés en una superficie con dirección normal x{displaystyle x} se dirige opuesto a x{displaystyle x}. Si el vector de estrés en sí es opuesto a x{displaystyle x}, se dice que el material está bajo compresión normal o puro estrés compresivo y x{displaystyle x}. En un sólido, la cantidad de compresión generalmente depende de la dirección x{displaystyle x}, y el material puede estar bajo compresión en algunas direcciones pero bajo tracción a lo largo de otros. Si el vector de estrés es puramente compresivo y tiene la misma magnitud para todas las direcciones, se dice que el material está bajo compresión isotropic, compresión hidrostática, o compresión a granel. Este es el único tipo de compresión estática que pueden soportar líquidos y gases. Afecta el volumen del material, cuantificado por el módulo de vracs y la tensión volumétrica.

El proceso inverso de compresión se llama descompresión o dilatación, en el que el objeto se agranda o aumenta de volumen.

In a mechanical wave which is longitudinal, the medium is displaced in the wave 's direction, resulting in areas of compression and rarefaction.

Efectos

Al ser sometido a compresión (o cualquier otro tipo de tensión), todo material sufrirá alguna deformación, aunque sea imperceptible, que provoca 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 eventualmente pueden equilibrarlas.

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 una compresión isotrópica y pueden comprimirse momentáneamente de otras formas, por ejemplo, en una onda sonora.

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 somete a compresión uniaxial. La deformación puede no ser uniforme y no estar alineada con las fuerzas de compresión. Lo que sucede en las direcciones donde no hay compresión depende del material. 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 la mecánica del continuo.

Usos

La compresión de sólidos tiene muchas implicaciones en la ciencia de los materiales, la física y la ingeniería estructural, ya que la compresión produce cantidades notables de estrés y tensión.

Al inducir la compresión, se pueden medir propiedades mecánicas como la resistencia a la compresión o el módulo de elasticidad.

Las máquinas de compresión varían desde sistemas de mesa muy pequeños hasta máquinas con más de 53 MN de capacidad.

Los gases a menudo se almacenan y envían en forma muy comprimida para ahorrar espacio. También se utiliza aire ligeramente comprimido u otros gases para llenar globos, botes de goma y otras estructuras inflables. Los líquidos comprimidos se utilizan en equipos hidráulicos y en fracking.

En motores

Motores de combustión interna

En los motores de combustión interna la mezcla explosiva se comprime antes de encenderse; la compresión mejora la eficiencia del motor. En el ciclo Otto, por ejemplo, la segunda carrera del pistón efectúa la compresión de la carga que ha sido atraída hacia el cilindro por la primera carrera de avance.

Motores de vapor

El término se aplica a la disposición mediante la cual se cierra la válvula de escape de una máquina de vapor, cerrando una porción del vapor de escape en el cilindro, antes de que la carrera del pistón esté completamente completa. Al comprimirse este vapor a medida que se completa la carrera, se forma un cojín contra el cual el pistón trabaja mientras su velocidad se reduce rápidamente y, por lo tanto, se reducen las tensiones en el mecanismo debido a la inercia de las partes alternativas. Esta compresión, además, evita el choque que de otro modo sería causado por la entrada de vapor fresco para la carrera de retorno.