¿Por qué es más fácil romper una cuerda apretada o estirada que una suelta?

Question

Quiero saber, ¿por qué es más fácil cortar una cuerda que está apretada que una suelta?

La pregunta surgió cuando estaba mirando "¿Qué pasó después?" . En una parte, mostraron dos clips, cada uno demostrando el choque de las palas del rotor de un helicóptero con un cable colgando horizontalmente en el aire.

Clip 1:

El cable es de algo como el latón (no puedo recordar exactamente qué material era...) y fue estirado. El helicóptero se eleva, las palas del rotor se estrellan con el cable y el cable desaparece de la vista. El vehículo gigante está perfectamente bien.

Clip 2:

El cable es de acero. Está suelto y colgando. El helicóptero se eleva, las palas del rotor chocan con el cable y el cable sólo baila un poco y vuelve a su posición. La máquina voladora queda devastada.

Razón:

De acuerdo con el narrador del programa, la diferencia surge del punto en que los materiales eran diferentes, y , debido a la diferencia de tensión de los cables.

Answer 1

La tensión agrega tensión que acerca el cable al punto de ruptura. Con la tensión adicional de las palas del rotor impactando puede alcanzar el punto de ruptura más fácilmente.

En el caso del corte de cuerda con tijeras, la tensión de la cuerda ayuda a evitar que la cuerda pase entre las cuchillas que las separan.

Answer 2

Los materiales se rompen cuando su estrés de la fractura es excedido. Cuando un material está bajo tensión, se le aplica una tensión. Cuanto mayor es la tensión, mayor es el estrés. Así que un cable muy tenso ya está cerca de su límite de fractura y cualquier tensión adicional puede exceder el límite. Cuando está suelto, la tensión adicional puede no ser suficiente para superar el límite de fractura y por lo tanto puede no romperse.

Answer 3

Cuando una cuerda se corta, no se fractura. Hay una fuerza de cizallamiento aplicada a la superficie de parte de la cuerda que interrumpe las fibras al cortarlas. Si tuvieras unas tijeras perfectas en las que las cuchillas tuvieran una separación de 0 incluso bajo carga (por ejemplo, al intentar cortar la cuerda), entonces la tensión en la cuerda probablemente tiene poco peso.

Una cosa que podría resultar en una fractura en este caso sería si el corte fuera lento. En algún momento la cuerda restante no sería capaz de soportar la carga y se rompería - si miraras el extremo del corte de la cuerda, notarías un corte limpio hasta un punto y luego una fractura. Esto también es importante en lo que respecta a la hoja de cobre que corta el alambre. Considera el tiempo que tarda la hoja en enganchar el alambre si está tenso o suelto. Si está suelto, la masa del cable y su elasticidad tienen más tiempo para ralentizar la hoja y así extender el impulso. Si el cable está tenso, la pala del helicóptero tiene una transferencia de fuerza más efectiva.

Answer 4

Todas estas respuestas son correctas y describen razones para la fácil rotura de la cuerda apretada, pero hay una más que contribuye y surge de consideraciones puramente geométricas: considere una cuerda de A a B y una fuerza F aplicada en el medio. Si la cuerda está suelta, se obtiene esto:

Si está apretado, eso:

Answer 5

En el caso de que una cuerda de cable suelta sea golpeó en lugar de ser corte (como señaló @Craig) es el efecto del impulso del objeto que golpea el cable/cuerda que se pierde a medida que el objeto suelto disipa esta energía. Esto se ve en las carreras de coches a lo largo de los bordes que usan baldes de heno, o barriles de agua, y detrás de esos camiones de carretera que llevan filas de barriles de plástico llenos de agua para absorber la energía de un impacto en caso de que te encuentres con uno.

Todo esto sucede, o no, antes de cualquier preocupación por romper el material golpeado. En pocas palabras, las hojas no tenían suficiente energía después de poner un elemento suelto (cuerda) con suficiente tensión (como se describió anteriormente) como para romperse. En el caso de un cable o cuerda tensos, se pone más o más energía del objeto golpeado para cortarlo, ya que el cable o la cuerda necesitaría más energía para "apretarlo" que la cuchilla tiene en su momento.

Si el cable/cuerda tensado necesitara más energía para chasquear que la hoja en el momento del contacto, la hoja -no el cable/cuerda- tendría que absorber todo el impulso/inercia de caer a una velocidad de cero! Lo que es peor (para la hoja) es el hecho de que esta energía necesita ser absorbida en el muy pequeño punto de contacto/impacto. Lo que significa que toda esa energía se centraría en la hoja en un punto muy pequeño (piense en libras/pulgada cuadrada), resultando en un máximo esfuerzo para el material de la hoja en ese punto.

Cuanto mayor sea el área de contacto, menos tiene que absorber un punto, y se producirá menos daño a la hoja.

Perdón por la explicación no académica.

palmadita :)

"¡No soy físico, pero sé lo que importa!" ~Popeye

P.D. En el caso de las tijeras, se aplica el mismo principio, en realidad, en el sentido de que se aplica una gran cantidad de fuerza en un área pequeña (donde se juntan las hojas). Allí la energía es la misma, pero aplicada lentamente. En otras palabras, donde la energía es masa x velocidad, se puede elevar cualquiera de las dos para obtener el mismo resultado. Por eso los cortadores de pernos tienen más "mango" hacia ti, y sólo un poco donde el cortador está.. :)