El esfuerzo es fuerza interna por unidad de área
Una barra está siendo estirada por los dos extremos. Desde fuera, solo ves las dos fuerzas en los extremos. ¿Pero qué pasa dentro de la barra? Cada sección está cargando esa misma fuerza. Para verlo de verdad, haces un corte imaginario a través de la barra. La cara del corte revela la fuerza interna, el tirón que mantenía unidos los dos lados. El esfuerzo es exactamente eso: en el corte, cuánta fuerza interna carga cada porción de área. No la fuerza en sí, sino la densidad de fuerza. Esta sola idea es donde empieza toda la mecánica de materiales, y es la razón por la que la misma carga rompe primero por un punto delgado.
Primero, solo tira de la barra. Arrastra P y la barra se estira; cuanto más fuerte tiras, más se estira. Esto es tracción: los dos extremos siendo separados en direcciones opuestas. Como la pared sujeta un extremo, la pared tira de vuelta con una fuerza igual, llamada la reacción. Por ahora, solo capta la sensación: una fuerza está atravesando la barra, y la barra la resiste. Ese interior que resiste es lo que abriremos en la siguiente escena.
Ahora corta la barra en tu mente, solo una vez. No la estás cortando de verdad; estás imaginando "qué pasaría si corto aquí." Toma solo el trozo derecho y mira: P tira de su extremo, y sin embargo el trozo no sale volando. Eso es porque, en la cara del corte, el trozo izquierdo lo sujetaba con una fuerza igual. Esta fuerza que sujeta es la fuerza interna. Arrastra el corte para moverlo. Donde sea que cortes, la fuerza interna siempre es igual a P. La carga externa atraviesa de lado a lado el interior de la barra. Este corte imaginario es la única forma de ver lo que hay dentro.
Incluso con la misma fuerza interna, una barra gruesa y una delgada tienen interiores muy distintos. La fuerza interna P se reparte por toda la sección, así que cuando el área es grande, cada porción carga una parte menor. Esa parte por porción es el esfuerzo. σ = PA. Arrastra el área A. P se mantiene igual, pero al crecer A el color se vuelve azul para esfuerzo bajo, y al encogerse se vuelve rojo para esfuerzo alto. Por eso, bajo el mismo tirón, la parte delgada se vuelve peligrosa primero: el esfuerzo se dispara solo ahí. Lo que decide si algo se rompe no es la fuerza, sino el esfuerzo.
Cómo actúa la fuerza sobre la cara del corte también importa. Hay dos casos. Cuando la fuerza actúa perpendicular a la cara, separa la cara de frente o la comprime. Esto es esfuerzo normal σ: tracción si tira, compresión si empuja. Cuando en cambio la fuerza actúa paralela a lo largo de la cara, hace deslizar la cara. Esto es esfuerzo cortante τ. Alterna entre los dos con los botones. El normal separa los bloques; el cortante los empuja fuera de línea. Ambos son fuerza dividida por área, pero la dirección cambia, así que la forma en que el material resiste, y cómo falla, también cambian. Cuando un perno o un pasador se rompe, el cortante suele ser el culpable.
Ahora, una intuición de la unidad. El esfuerzo es fuerza dividida por área, así que su unidad es N/m², que llamamos el pascal, Pa. Pero un pascal es diminuto, así que en ingeniería usamos el megapascal, MPa, un millón de ellos. El dato útil para recordar: 1 MPa = 1 N/mm². Un newton sobre un milímetro cuadrado. Arrastra P para tirar de la barra y mira dónde cae σ en la escala. La presión del aire es de unos 0.1 MPa, el hormigón es de decenas de MPa, y el acero cede en torno a 250 MPa. Una vez que le pegas este sentido de posición a los números, ves de un vistazo si un resultado tiene sentido.