ESTRUCTURAS Y MECANISMOS
Fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de alterar su estado de movimiento o reposo.
Una estructura es el conjunto de elementos de un cuerpo que soportan los efectos de las fuerzas que actúan sobre él. Mantiene la forma del cuerpo, evitando que este se rompa, deforme, vuelque o caiga.
Esfuerzo es la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas.
Tipos de esfuerzos:
Tracción: estiramiento (cadenas de un columpio, cables de una grúa, cadenas de una bicicleta, nuestro brazos llevando la cesta de la compra)
Compresión: aplastamiento (pilares de un edificio, patas de una mesa, nuestras piernas cuando andamos, ruedas de un vehículo)
Flexión: doblado de pieza (vigas de un edificio, tabla de madera por donde circula una carretilla, trampolín de una piscina, percha de ropa)
Torsión: retorcimiento (llaves para acceder a nuestra casa, atornillador, corcho de una botella en la apertura con la mano, tubo de un aerogenerador)
Cizalladura: corte (alcayata de la cuelga un cuadro, cortadora de chapa, troquel)
Toda estructura debe ser:
Estable: La estructura debe mantenerse erguida y no volcar. Para ello, su centro de gravedad debe estar centrado sobre su base.
Resistente: La estructura es capaz de soportar las fuerzas a las que está sometida sin romperse.
Rígida: La estructura se deforma muy poco a aplicarle una fuerza, la deformación que se produce no impide a la estructura realizar su función.
Los mecanismos son elementos destinados a transmitir y transformar fuerzas y movimientos.
1.- Transmisión.
1.1.- Transmisión lineal: polea, palanca.
1.2.- Transmisión circular: ruedas, engranajes cilíndricos.
2.- Transformación: conjunto manivela-torno, piñón-cremallera, engranaje cónico.
ACTIVIDADES
1.- Enumera cinco cargas que puedan actuar contra tu cuerpo. Di cuáles son fijas y cuáles variables.
Mi propio peso: fija
Una mochila: variable (depende de la carga que le pongamos)
El viento: variable (puede ser más o menos fuerte)
El rozamiento: variable (cambiamos de superficie)
2.- ¿En qué se diferencia una viga de un pilar?¿Para qué sirven ambos elementos?
La viga es horizontal y el pilar vertical; a viga soporta esfuerzos de flexión y el pilar compresión; la viga nos permite soportar fuerzas a lo largo de una determinada longitud y el pilar recibe las cargas de la viga.
3.- Indica los elementos que aparecen en estas estructuras. ¿A qué esfuerzo está sometido cada uno de ellos?
4.- Indica a qué tipo de esfuerzos están sometidas las siguientes estructuras naturales:
Un nido colgante; la pata de un elefante; las alas de un murciélago desplegadas; una madriguera de topo; un termitero; un nido de golondrina en su unión con la pared.
Nido colgante: Tracción
Pata de elefante: Compresión
Alas de murciélago: Flexión
Madriguera de topo: Compresión
Termitero: Compresión
Nido de golondrina en su unión con la pared: Cortante
5.- Enumera los esfuerzos que soporta cada elemento estructural de un puente.
ELEMENTO / ESFUERZO
Tablero / Flexión
Tirantes / Tracción
Pilares / Compresión
Zapata / Compresión
6.- Dibuja las siguientes estructuras y analiza los esfuerzos a los que está sometida cada una de sus partes:
a) Una barra de ejercicios gimnásticos.
b) Un columpio.
c) Una silla.
7.- Enumera las ventajas del hormigón armado frente a la piedra.
El hormigón es una material resultante de la mezcla de cemento (u otro conglomerante) con áridos (grava, gravilla y arena) y agua, que soporta muy bien los esfuerzos de compresión, sin embargo, trabaja muy mal frente a los esfuerzos de tracción y flexión. El acero trabaja muy bien frente a los esfuerzos de tracción, compresión y flesión, el hormigón armado está compuesto por hormigón y barras corrugadas de acero, la combinación de hormigón y acero trabaja muy bien frente a todos los esfuerzos, el hormigón es más barato que el acero y posee la propiedad de poder adaptarse a cualquier forma en un encofrado, por eso, no se utiliza solamente el acero en las construcciones.
8.- Añade barras a estas estructuras con el fin de formar triángulos y conseguir que sean indeformables. Imagina que una carga está situada en el centro de la parte superior de cada una de las estructuras, indica qué tipo de esfuerzo soporta cada una de ellas.
9.- ¿Qué fuera es necesario aplicar para levantar una carga de 50Kg con una polea fija?¿Y si utilizamos una polea móvil?
Para una polea fija, la expresión en el equilibrio es F = R, por lo que la fuerza aplicada es F que tendrá que ser mayor que la resistencia R, es decir, F > 50Kg.
Para una polea móvil, la expresión del equilibrio es F = R/2. Es decir, tendrá que ser mayor que 25Kg (la fuerza que hay que aplicar se ha reducido a la mitad).
10.- ¿A qué distancia del punto de apoyo se tendrá que situar una niña de 10 kg de masa para que la barra de un balancín esté en equilibrio, si se sabe que u niño de 15 kg está a 1,5 metros de dicho punto?
Ley de la palanca:
F x d = R x r, despejando tenemos que d = R x r / F sustituyendo d = 15Kg x 1,5 m / 10Kg = 2,25 m.
11.- Indica el tipo de palanca en cada uno de los siguientes objetos tecnológicos: una carretilla transportadora, una balanza, las pinzas de una cubitera, un cascanueces, unos alicates, una escoba de barrer.
Primer grado: la balanza y los alicates.
Segundo grado: la carretilla y el cascanueces.
Tercer grado: las pinzas de una cubitera y la escoba de barrer.
12.- Calcula la relación de transmisión en un sistema de poleas con correa en el que la rueda motriz tiene un diámetro, D1 = 20 cm, mientras que la rueda conducida tiene un diámetro, D2 = 100 cm. ¿A qué velocidad y en qué sentido girará la rueda conducida si la rueda motriz gira a 80 rpm (revoluciones por minuto)?
