Investigación Extra. Unidad III
Esfuerzo térmico
Se denomina esfuerzo o tensión a la fuerza por unidad de área a la que se somete un sólido cuando se somete a una tracción o a una compresión. Un esfuerzo es térmico cuando varía la temperatura del material.
Al presentarse un cambio de temperatura en un elemento, éste experimentará una deformación axial, denominada deformación térmica. Si la deformación es controlada, entonces no se presenta la deformación, pero si un esfuerzo, llamado esfuerzo térmico.
| Imagen 1. Muestra del análisis de esfuerzo térmico a una barra de acero |
Un cambio de temperatura puede ocasionar que un material cambie sus dimensiones. Si la temperatura aumenta, generalmente un material se dilata, mientras que si la temperatura disminuye, el material se contrae. Ordinariamente esta dilatación o contracción es lineal mente relacionada con el incremento o disminución de temperatura que se presenta. Si este es el caso y el material es homogéneo e isotrópico, se ha encontrado experimentalmente que la deformación de un miembro de longitud L puede calcularse utilizando la formula:
δT = αΔTL Donde:
α= propiedad del material llamada coeficiente lineal de dilatación térmica. Las unidades miden deformación unitaria por grado de temperatura. Ellas son 1/ºF en el sistema ingles y 1/ºC o 1/ºK en el sistema SI.
ΔT = cambio algebraico en la temperatura del miembro.
δT = cambio algebraico en la longitud del miembro.
Si el cambio de temperatura varia sobre toda la longitud del miembro esto es :
ΔT = ΔT(x), o si α varia a lo largo de la longitud, entonces la ecuación anterior es apreciable para cada segmento de longitud dx. En este caso el cambio de longitud en el miembro es.
δT = 0LαΔT dx
Momento Flexionan te en Vigas
El diseño real de una viga requiere un conocimiento detallado de la variación de la fuerza cortante interna V y del momento flexionan te M que actúan en cada punto a lo largo del eje de la viga.
Las variaciones de V y M como funciones de la posición x a lo largo del eje de la viga pueden obtenerse. Sin embargo es necesario seccionar la viga a una distancia arbitraria x de un extremo, en lugar de hacerlo en un punto específico.
Si los resultados se grafican, las representaciones gráficas de V y M como funciones de x se les llama diagrama de fuerza cortante y diagrama de momento flexionan te.
Definición de esfuerzos cortantes:
Son fuerzas internas en el plano de la sección y su resultante debe ser igual a la carga soportada.
Esta magnitud es el cortante en la sección; dividiendo la fuerza cortante por el área A de la sección obtienes en el esfuerzo cortante promedio en la sección.
Los esfuerzos cortantes se presentan normalmente en pernos, pasadores y remaches utilizados para conectar varios miembros estructurales y componentes de máquinas.
La fuerza cortante en cualquier sección de una viga tiene igual magnitud, pero dirección opuesta a la resultante de las componentes en la dirección perpendicular al eje de la propia viga de las cargas externas, y reacciones en los apoyos que actúan sobre cualquiera de los dos lados de la sección que se está considerando.
Definición de momento flexionan te:
Un diagrama de fuerzas cortantes o un diagrama de momentos flexionan tes es una gráfica que muestra la magnitud de la fuerza cortante o momento flexionan te a lo largo de la viga.
Se denomina momento flector al momento de fuerza resultante de una distribución de tensiones sobre una sección transversal de un prisma mecánico flexionado o una placa que es perpendicular al eje longitudinal a lo largo del que se produce la flexión.
Es un requisito típico en vigas y pilares, también en losas ya que todos estos elementos suelen deformarse predominantemente por flexión.
El momento flector puede aparecer cuando se someten estos elementos a la acción un momento (torque) o también de fuerzas puntuales o distribuidas.
El momento flexionan te en cualquier sección de la viga tiene igual magnitud, pero dirección opuesta a la suma algebraica de los momentos respecto a la sección que se esté considerando de todas las cargas externas, y reacciones en los apoyos que actúan sobre cualquiera de los dos lados de esta sección.
El Grafeno
El grafeno es un material proveniente del grafito y surge cuando las partículas del carbono se agrupan de forma densa en láminas con forma hexagonal. El grafeno es, además, el material más fuerte que existe. Lo han confirmado científicos en la universidad de Columbia.
Datos curiosos del grafeno …
Los electrones del grafeno pueden moverse con mayor libertad (se comportan como cuasipartículas sin masa), con respecto a los de otros materiales.
• Consume menos electricidad que el silicio.
• Se calienta mucho menos por efecto Joule.
• Soporta la radiación ionizante.
• Es casi completamente transparente y tan denso que ni siquiera los átomos de helio (que son los más pequeños) pueden traspasarlo.
• Si una taza de café se cubriera con una simple lámina de grafeno y en el medio se colocara un lápiz de punta, soportaría el peso de un auto sin romperse.
- El grafeno fue descubierto en 2004.
- El grafeno es una estructura bidimensional, una capa plana de tan sólo un átomo de grosor, formada por celdas hexagonales.
- La distancia entre los átomos de carbono (dentro del hexágono) es de 0.142 nanómetros.
- El grafeno es el material más fino del mundo.
- El grafeno es también el material más fuerte: 100 veces más fuerte que el acero.
- El nombre “grafeno” proviene de del término grafito. El grafito es un agregado de varias capas de grafeno superpuestas.
- De hecho, cuando fue descubierto el grafeno, lo hicieron despegando una de las capas del grafito utilizando una simple cinta adhesiva.
- El grafito es la sustancia que forma la “mina” de los lápices comunes.
- El grafeno es un excelente material conductor de electricidad.
- El grafeno es también un excelente conductor de calor.
- El grafeno es transparente.
- El grafeno es tan denso que ni siquiera los átomos más pequeños (de Helio) pueden pasar através suyo.También relacionado con el grafeno están las buckyesferas (buckyballs), que son bolas formadas por átomos de carbono en la misma disposición hexagonal (como pelotas de fútbol). Estas bolas y los nanotubos pertenecen a los llamados fulerenos, tercera forma más estable del carbono (tras el diamante y el grafito).
Leyes de newton aplicadas a ingeniería
una fuerza es algo que actúa sobre un cuerpo provocando una inestabilidad...........
CARGAS GRAVITACIONALES
son los diferentes pesos que tiene que aguantar cada una de las estructuras u obras de construcción
- cargas muertas: son correspondientes al peso propio y al peso de los materiales que soporta la estructura.
- cargas vivas: son cargas permanentes en las estructuras, es decir que se pueden mover libremente sobre la superficie de esta. como lo son muebles y las personas en los edificios.
- Cargas vivas en puentes: Los tipos de carga vivas utilizados para diseñar puentes son: carga de :camión y carga de vía, carga de impacto y carga de frenado.
FUERZAS AMBIENTALES
- densidad y velocidad
- angulo de incidencia
- forma y rigidez de la estructura
- altura de edificación
- Cargas de sismos: El sismo es una liberación súbita de energía en las capas interiores de la corteza terrestre que produce un moviemiento undulatorio de terreno.
- Cambios de temperatura: Estos cambios pueden producir dilataciones o contracciones en la estructura general o sus componentes. Produciendo en algunas ocasiones fuerzas adicionales sobre la estructura.
Las cargas accidentales como su nombre lo dice, vienen de los accidentes, como son los choques de vehículos sobre la estructura, explosiones internas o externas y accidentes provocados por el fuego. Estos pueden actuar en cualquier momento sobre la estructura. No se puede proveer y dependiendo de la magnitud de impacto puede ocasionar inestabilidad sobre la estructura.
PRIMERA LEY DE NEWTON: INERCIA
La ley de inercia dice que para que un cuerpo permanezca en reposo, es decir, con velocidad de igual a cero o se tiene un movimiento rectilíneo a rapidez constante, ninguna fuerza debe actuar sobre este.
Los estados de reposo y el movimiento rectilíneo uniforme son movimientos que no tienen aceleración.
por ejemplo … Todos los edificios, viviendas, puentes y obras de construcción en general tienen como principal objetivo mantener estabilidad, es decir que son construidos para mantenerse en reposo. Y para lograr esto la estructura debe permanecer en equilibrio estático. El resultante del sistema de fuerzas debe ser nula, esa condición en las partes y en general en la obra.
SEGUNDA LEY DE NEWTON:
La aceleración de un cuerpo es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre el e inversamente proporcional a su masa.
El cambio de estado de movimiento de un cuerpo (aceleración) es directamente proporcional a la fuerza aplicada.
F= m a
Un ejemplo de la relación de las estructuras con la segunda ley de Newton es… encontrada como ya dijimos en los tornados, sismos y choques, esto exige un esfuerzo adicional por parte de la estructura, para conservar su estado de inercia, ya que estas cargas son capaces de provocar ondulaciones verticales a las estructuras…
un ejemplo más sencillo es cuando pones una gelatina sobre un plato y comienzas a moverla y veras las condiciones en las que entra la gelatina al tener movimiento, le generara perturbaciones, si lo haces más fuerte, esta podría deshacerse o romperse y esto no sucedería si lo haces con un solido.
TERCERA LEY DE NEWTON:
Con toda acción ocurre una reacción con igual o contraria
Las cargas como los sismos, tornados y choques, exigen un esfuerzo adicional por parte de la estructura, para conservar su estado de inercia, ya que estas dos cargas son capaces de provocar ondulaciones.verticales y horizontales las estructuras. El estado de inercia dependerá del diseño estructural, los materiales utilizados y los métodos de construcción empleados.
un ejemplo … lo podemos encontrar en los arcos que se presentan en los puentes, el centro presenta una magnitud igual pero en direcciones contrarias.
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