Nordin_Bases biomecánicas.5ed

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CAPÍTULO 1

IntroduccIón a la bIomecánIca: termInología y conceptos básIcos

propiedad de un uido que corresponde a una medida cuanti tativa de resistencia al ujo. La viscoelasticidad es un ejemplo del modo en que áreas de la mecánica aplicada pueden super ponerse, puesto que se recurre a los principios de la mecánica tanto de uidos como de sólidos.

σ

Frecuencia de deformación creciente ( e · )

VISCOELASTICIDAD

Cuando se les sujeta un nivel de esfuerzo bajo relativo, muchos materiales como los metales muestran un comportamiento de material elástico. Sufren deformaciones plásticas con nive les de esfuerzo elevados. Los materiales elásticos se deforman de manera instantánea cuando se le sujeta a cargas de aplica ción externa y recuperan sus con guraciones originales casi de inmediato al retirarlas. Para un material elástico, el esfuerzo es función de la deformación, y la relación esfuerzo-deforma ción es única ( g. 1-8). Los materiales elásticos no muestran un comportamiento dependiente del tiempo. Un grupo distinto de materiales, como los polímeros plásticos, los metales a altas temperaturas y casi todos los materiales biológicos, muestran deformación gradual y recuperación cuando se les sujeta a carga y descarga. Dichos materiales se denominan viscoelásticos; la respuesta de estos depende de la rapidez con la que se aplica o retira la carga. El grado de deformación que los materiales vis coelásticos sufren depende de la velocidad a la cual se aplican las cargas que producen la deformación. La relación esfuer zo-deformación para un material viscoelástico no es única, es una función del tiempo o la velocidad a la cual los esfuerzos y las deformaciones se desarrollan en el material ( g. 1-9). La palabra “viscoelástico” está integrada por dos vocablos. La viscosidad es una propiedad de los uidos y una medida de la resistencia al ujo. La elasticidad es una propiedad de un material sólido. De este modo, los materiales viscoelásticos poseen propiedades similares tanto a las de los uidos como a las de los sólidos.

e

Para un material elástico, la energía que se provee para deformarlo (energía de deformación) se almacena en el mate rial como energía potencial y está disponible para devolver al material a su tamaño y con guración originales (libres de esfuerzo) una vez que se retira la carga aplicada. Las líneas de carga y descarga para un material elástico coinciden, lo que indica que no existe pérdida de energía. La mayor parte de los materiales elásticos muestra un comportamiento plástico con niveles de esfuerzo altos. Para los materiales elastoplásti cos parte de la energía de deformación se disipa en forma de calor durante las deformaciones plásticas. Para los materia les viscoelásticos cierta parte de la energía de deformación se almacena en el material como energía potencial y otra parte se disipa en forma de calor, de manera independiente a que los niveles de esfuerzos sean bajos o altos. Puesto que los mate riales viscoelásticos muestran un comportamiento de material dependiente del tiempo, las diferencias entre las respuestas de los materiales elásticos y los viscoelásticos son más evidentes en condiciones de aplicación de carga dependiente del tiempo. Se han diseñado varias técnicas experimentales para analizar los aspectos dependientes del tiempo del comportamiento del material. Como se ilustra en la gura 1-10A, una prueba de uen cia y recuperación se realiza al aplicar una carga sobre elmaterial, mantenerla en un nivel constante durante un tiempo, retirarla de pronto y observar la respuesta del material. En una prueba de uencia y recuperación, unmaterial elástico responderá con una deformación instantánea que mantendría en un nivel constante hasta que la carga se eliminara ( g. 1-10B). En el instante en que se retira la carga, la deformación se recupera de inmediato y por completo. Ante la misma condición de aplicación de carga constante, un material viscoelástico responderá con una defor mación que se incrementará y disminuirá de manera gradual. Si el material es un sólido viscoelástico, la recuperación de manera eventual será completa ( g. 1-10C). Si el material es un uido viscoelástico nunca se alcanzará una recuperación completa y existirá una deformación residual en el material ( g. 1-10D). FIGURA 1-9 Comportamiento de deformación de un material viscoelástico dependiente de la velocidad. Reimpresa con autorización de Özkaya, N. (1998). Biomechanics. En W. N. Rom (Ed.). Environmental and Occupational Medicine (3rd ed., pp. 1437 1454). Philadelphia, PA: Lippincott-Raven.

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FIGURA 1-8 Comportamiento de un material con elasticidad lineal. Reimpresa con autorización de Özkaya, N. (1998). Biomechanics. En W. N. Rom (Ed.). Environmental and Occupational Medicine (3rd ed., pp. 1437-1454). Philadelphia, PA: Lippincott-Raven.