Tensor de dos puntos

Un tensor de dos puntos (o también vector doble), es un elemento similar a un tensor que se transforman como un vector con respecto a cada uno de sus índices. Se utiliza en mecánica de medios continuos para pasar desde las coordenadas de referencia iniciales ("material") a las coordenadas del estado del sólido en un momento dado ("configuración").^[1]​ Ejemplos de su utilización incluyen la teoría de la deformación finita y el primer tensor de tensión de Piola-Kirchhoff.^[2]​

Como ocurre con muchas aplicaciones tensoriales se les suele aplicar el convenio de suma de Einstein. Para aclarar su notación, a menudo se utilizan índices con letras mayúsculas para indicar las coordenadas de referencia y con letras minúsculas para las coordenadas de estado. Por lo tanto, un tensor de dos puntos tendrá un índice en mayúscula y otro en minúscula; por ejemplo, A_jM.

Mecánica continua

Un tensor convencional puede verse como una transformación de vectores en un sistema de coordenadas a otros vectores en el mismo sistema de coordenadas.^[3]​ Por el contrario, un tensor de dos puntos transforma vectores de un sistema de coordenadas a otro sistema de coordenadas. Es decir, un tensor convencional

${\displaystyle \mathbf {Q} =Q_{pq}(\mathbf {e} _{p}\otimes \mathbf {e} _{q})}$,

de forma que se transforma activamente un vector u en un vector v tal que

${\displaystyle \mathbf {v} =\mathbf {Q} \mathbf {u} }$

donde v y u se miden en el mismo espacio y su representación de coordenadas es con respecto a la misma base (denotada por la "e").

Por el contrario, un tensor de dos puntos, G, se escribe como

${\displaystyle \mathbf {G} =G_{pq}(\mathbf {e} _{p}\otimes \mathbf {E} _{q})}$

y transforma un vector, U definido en el sistema E, en un vector, v definido en el sistema e como

${\displaystyle \mathbf {v} =\mathbf {GU} }$.

Ley de transformación de un tensor de dos puntos

Supóngase que se tienen dos sistemas de coordenadas,^[4]​ uno denotado con una comilla y el otro no, y las componentes de un vector se transforman entre ellos como

${\displaystyle v'_{p}=Q_{pq}v_{q}}$.

Para tensores, supóngase que se tiene que

${\displaystyle T_{pq}(e_{p}\otimes e_{q})}$.

un tensor en el sistema ${\displaystyle e_{i}}$. En otro sistema, sea el mismo tensor dado por

${\displaystyle T'_{pq}(e'_{p}\otimes e'_{q})}$.

Se puede decir que

${\displaystyle T'_{ij}=Q_{ip}Q_{jr}T_{pr}}$.

Entonces

${\displaystyle T'=QTQ^{\mathsf {T}}}$

es la transformación tensorial habitual. Pero un tensor de dos puntos entre estos sistemas es simplemente

${\displaystyle F_{pq}(e'_{p}\otimes e_{q})}$

que se transforma como

${\displaystyle F'=QF}$.

Ejemplo

El ejemplo más sencilla de un tensor de dos puntos es el tensor de transformación, el Q en en el párrafo anterior. Teniendo en cuenta que

${\displaystyle v'_{p}=Q_{pq}u_{q}}$.

Ahora, escribiendo en su totalidad,

${\displaystyle u=u_{q}e_{q}}$

y también

${\displaystyle v=v'_{p}e'_{p}}$.

Esto entonces requiere que Q tenga la forma

${\displaystyle Q_{pq}(e'_{p}\otimes e_{q})}$.

Por definición de producto tensorial,

${\displaystyle (e'_{p}\otimes e_{q})e_{q}=(e_{q}.e_{q})e'_{p}=3e'_{p}}$

(1)

Entonces se puede escribir

${\displaystyle u_{p}e_{p}=(Q_{pq}(e'_{p}\otimes e_{q}))(v_{q}e_{q})}$

De este modo

${\displaystyle u_{p}e_{p}=Q_{pq}v_{q}(e'_{p}\otimes e_{q})e_{q}}$

Incorporando (1), se obtiene que

${\displaystyle u_{p}e_{p}=Q_{pq}v_{q}e_{p}}$.

Véase también

• Tensor mixto
• Covarianza y contravarianza

Referencias

Enlaces externos

• Fundamentos matemáticos de la elasticidad Por Jerrold E. Marsden, Thomas J. R. Hughes
• Tensores de dos puntos en iMechanica