Ensayo Charpy al revés: hasta dónde sube el péndulo

Tercer ejercicio de la serie de ejercicios resueltos de ensayo Charpy. Aquí el problema va al revés: conocemos la resiliencia del material y hay que predecir hasta dónde subirá el péndulo. Además, la probeta no es la estándar.

Enunciado

Datos comunes: g = 9,81 m/s². Los ángulos se miden desde la vertical.

Una empresa aeronáutica sevillana trabaja con chapas de 7,5 mm de espesor. Por eso ensaya probetas reducidas de 10 × 7,5 mm, con entalla en V de 2 mm practicada en la cara de 10 mm. La aleación tiene una resiliencia de 40 J/cm². El péndulo, de 18 kg y 1 m de brazo, se suelta desde 1,4 m de altura.

a) Calcula la sección resistente y la energía que absorberá la probeta. (1,25 puntos)

b) ¿Hasta qué altura subirá el péndulo después de romperla? Expresa también los ángulos inicial y final respecto a la vertical. (1,25 puntos)

Inténtalo antes de seguir leyendo. La solución está justo debajo.

Solución

a) Sección resistente y energía absorbida

  1. La entalla de 2 mm recorta la cara de 10 mm, así que quedan 8 mm de altura sobre 7,5 mm de anchura.
  2. S₀ = 7,5 · (10 − 2) = 60 mm² = 0,6 cm².
  3. Despejando de ρ = E / S₀: E = ρ · S₀ = 40 · 0,6 = 24 J.

b) Altura final y ángulos

La energía que absorbe la probeta es la que pierde el péndulo: E = m · g · (h₀ − h₁). Despejando h₁:

  1. h₁ = h₀ − E / (m · g) = 1,4 − 24 / (18 · 9,81) ≈ 1,264 m.
  2. De h = L · (1 − cos θ) se obtiene cos θ = 1 − h / L.
  3. Ángulo inicial: cos α = 1 − 1,4 / 1 = −0,4, así que α ≈ 113,6°.
  4. Ángulo final: cos β = 1 − 1,264 / 1 = −0,264, así que β ≈ 105,3°.

Los dos ángulos pasan de 90° porque las alturas son mayores que el brazo: el péndulo sale y llega por encima del eje.

Claves del ejercicio

  • Con probetas no estándar, aplica siempre: anchura × (altura − profundidad de la entalla).
  • Despejar la altura o el ángulo final es tan importante como calcular la energía.
  • Un coseno negativo al despejar indica que el ángulo es mayor de 90°: no es un error.

Sigue practicando

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