Esfuerzos
FÍSICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA
CURSO
: FÍSICA II (FS – 242)
DOCENTE
: KLÉBER JANAMPA QUISPE
ALUMNOS
: HUICHO AUCCATOMA, Michael CASTRO CÁRDENAS, Renzo Jair
ÍNDICE
1.0 OBJETIVOS......................................................................... 1 2.0
FUNDAMENTO TEÓRICO .................................................... 1 ..................................................................... 1 ........................................................................... 1 .............................................................................3
3.0
MATERIALES E INSTRUMENTOS ...................................... 4
4.0
PROCEDIMIENTO ...............................................................5
5.0
EXPLICACIÓN.................................................................... 6
6.0
CUESTIONARIO ............................................................... 13
7.0
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES ............................... 14
8.0
BIBLIOGRAFÍA ................................................................ 15
ESFUERZOS
Estudiar cualitativamente los esfuerzos de corte y flexión. Analizar y describir si una determinada forma que adopta un material ayuda a optimizar su resistencia frente a un esfuerzo.
Es el cambio relativo de las dimensiones o formas de un cuerpo como resultado de la aplicación de un esfuerzo. Cuando se libera la carga o fuerzas a la que ha sido sometido el material; la deformación puede ser reversible o no reversible es así se presenta los siguientes casos:
Es la que desaparece por completo cuando el material se descarga. Esta recuperación de la forma primitiva se produce por la tendencia de los átomos a recuperar su distancia interatómica, alterada por la carga ejercida. Durante la deformación elástica se produce un cambio volumétrico que se recupera al cesar la carga.
Es la que es la que no se recupera al cesar la carga aplicada. Esta deformación se produce porque se ha forzado la distancia interatómica y las uniones atómicas se han roto, por lo que no hay ninguna fuerza que tienda a recuperar la situación anterior. Los átomos se desplazan en su posición, sin que haya cambio volumétrico pero sí de forma.
El esfuerzo es una medida de la fuerza por unidad de área (en la que se aplica) , que causa la deformación.
Los esfuerzos con dirección normal a la sección, se denotan normalmente como () y se denominan como cuando apunta hacia afuera de la sección, tratando de estirar al elemento analizado, y como cuando apunta hacia la sección, tratando de aplastar al elemento analizado.
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Esfuerzo de tracción 2
Esfuerzo de compresión
También llamando módulo de elasticidad , mide la resistencia del sólido al cambio de longitud es decir es una medida de la rigidez del material de cuan deformable sea; entre mayor sea el valor de , mayor es la rigidez del material. =
Es un parámetro adimensional . Aunque se le denomina coeficiente por razones históricas hay que tener presente que no es un coeficiente de elasticidad en el sentido habitual. En un , solo hay dos constantes elásticas independientes, de modo que las constantes elásticas se pueden expresar en función del módulo de Young y del coeficiente de Poisson.
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Para tener en cuenta: o
Tiene las mismas características físicas en todas las direcciones. cuando depende de la dirección. o
Tiene igual densidad
El esfuerzo con dirección paralela al área en la que se aplica se denota como () y representa un esfuerzo de corte ya que este esfuerzo trata de cortar el elemento analizado, tal como una tijera cuando corta papel. Es la fuerza de corte o tangencial por unidad de área. =
Los cuerpos pueden experimentar esfuerzos de tensión y compresión al mismo tiempo, así tenemos por ejemplo, una viga horizontal apoyada en sus extremos, este se flexiona por su propio peso (pandea). Encontramos, que la parte superior de la viga disminuye de longitud en consecuencia está sujeto a compresión y la parte inferior aumenta de longitud y está en tracción. Para minimizar el esfuerzo y por consiguiente la deformación por flexión, las partes superior e inferior, de la viga deben tener una sección transversal grande. Los esfuerzos máximos de compresión o tracción se encuentran en los extremos de la viga y van disminuyendo conforme se acercan a la línea central (zona neutra) de la viga, zona que no está sujeta ni a compresión ni tracción, así que esta parte puede tener una sección pequeña; esto ayuda a minimizar el peso de la viga y reducir el esfuerzo. Es decir si se quiere una barra que se flexione poco para un esfuerzo
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dado, será preciso disponer la materia de manera que esté lo más alejada posible del hilo neutro. De ahí la forma de doble T de las secciones de las vigas y la forma que se les da a los carriles de ferrocarril.
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Papel Cuaderno Cartón Pesas Soportes
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1. 2.
3. 4.
5.
6.
Tome una hoja de papel, reproduzca lo que ilustra en la figura 1: a y b. Explique, a qué tipo de esfuerzo está sometido el papel en cada caso. ¿A qué tipo de esfuerzo es más resistente el papel?. Tome una hoja de papel y doble en forma de V, coloque sobre ella gradualmente diferentes pesas. Anote sus observaciones. ¿Qué tipo de esfuerzo se da fundamentalmente en el papel? Plantee una observación de lo observado. Fig 2 Luego doble la hoja de papel en forma de W, coloque sobre ella gradualmente diferentes pesas. Anote sus observaciones. ¿Qué tipo de esfuerzo se da fundamentalmente en el papel? Plantee una observación de lo observado. Fig 3 Ahora, construya con el papel un tubo, igualmente coloque sobre ella distintas cargas. Evalúe su resistencia en comparación con lo observado en el caso (1). ¿A qué tipo de esfuerzo está sujeto el papel?¿por qué soporta mayor carga el tubo de papel? Explique. Fig. 4
Tome dos piezas rectangulares de cartón, colóquelos horizontalmente uno sobre otro eb dos soportes como ilustra la Fig. 5. Analice hasta qué carga puede soportar. ¿Qué tipo de esfuerzos soporta en estas condiciones los cartones? Explique apropiadamente. Luego, coloque verticalmente sobre los soportes, las dos piezas de cartón como ilistra la fig. 6, Coloque sucesivamente cargas sobre ella y compare su resistencia con el caso anterior (5). ¿por qué soporta mayor carga? Explique apropiadamente.
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7.
De lo observado en los experimentos anteriores ¿qué relación puede encontrar entre la resistencia del material y la forma del material?
1.
Tome una hoja de papel, reproduzca lo que ilustra en la figura 1: a y b. Explique, a qué tipo de esfuerzo está sometido el papel en cada caso. ¿A qué tipo de esfuerzo es más resistente el papel? En la figura 1.a notamos un claro ejemplo de un esfuerzo de tracción (tensión), con la explicación y orientación del docente pudimos darnos cuenta que: Los dedos están actuando en el papel de manera axial, es decir, las fuerzas aplicadas actúan en un mismo eje axial, esto hace que el papel solo se estire, hecho que evidencia la resistencia del papel al esfuerzo de tensión.
Eje axial
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Por el otro lado, en la figura 1.b se trata de un esfuerzo de corte, de manera similar, no existe un eje axial donde las fuerzas actúen, de manera que el papel se rompe, esto evidencia que el papel no resiste al esfuerzo de corte.
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Se rompe
De donde el papel, en este caso, ofrece mayor
2.
.
Tome una hoja de papel y doble en forma de V, coloque sobre ella gradualmente diferentes pesas. Anote sus observaciones. ¿Qué tipo de esfuerzo se da fundamentalmente en el papel? Plantee una observación de lo observado. Fig 2 En la figura 2, el esfuerzo es del tipo normal (compresión). Fuerza gavitacional de las pesas
Eje axial Fuerza de reacción de la mesa hacia el papel Con las pesas encima del papel, notamos que el papel doblado en V resiste cierto grado de compresión, además mientras que el objeto esté apoyado o involucre al FÍSICA II
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doblez, el papel ofrece resistencia a ser comprimido, y de no ser así el papel se flexiona.
Flexión
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El doblez brinda una línea de acción (eje axial) donde las fuerzas (fuerza gravitacional) puedan actuar axialmente. En relación con la fuerza de reacción (actuando en el doblez) de la mesa sobre el papel y la fuerza gravitacional de la pesa, estas dos fuerzas actúan en el eje axial haciendo que el papel se comprima, a medida que se aleja del doblez la fuerza de compresión genera un momento flector, evidencia por el cual el papel no resiste la flexión. 3.
Luego doble la hoja de papel en forma de W, coloque sobre ella gradualmente diferentes pesas. Anote sus observaciones. ¿Qué tipo de esfuerzo se da fundamentalmente en el papel? Plantee una observación de lo observado. Fig 3 En la figura 3, el esfuerzo es del tipo normal (compresión).
Ejes axiales
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Con las pesas encima del papel, notamos que el papel doblado en W presenta, en este caso, y por lo mismo resiste cierto grado de , por lo que el doblez garantiza la axialidad, de donde concluimos que, , y consecuentemente mayores esfuerzos de compresión, ya que los dobleces garantizan a que las fuerzas actúen axialmente. 9
Flexión menor presencia.
Mostramos cómo los dobleces garantizan a que las fuerzas actúen axialmente.
4.
Ahora, construya con el papel un tubo, igualmente coloque sobre ella distintas cargas. Evalúe su resistencia en comparación con lo observado en el caso (1). ¿A FÍSICA II
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qué tipo de esfuerzo está sujeto el papel?, ¿por qué soporta mayor carga el tubo de papel? Explique. Fig. 4 En la figura 4, el esfuerzo es de compresión. No presenta flexión.
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Infinitos ejes axiales
En comparación con los dobleces en forma de V y W el cilindro presenta infinitas líneas axiales donde la fuerza gravitacional es distribuida equitativamente a lo largo de dichos ejes. Probamos con una carga, con dos y con tres cargas y, en este caso, el resiste cierto grado de , optimizando así la resistencia del material (papel). Entonces la forma o geometrización del material ayuda a la distribución equitativa de fuerzas en ejes axiales, - gracias a eso puede soportar mucha más carga- , mas no aumenta su resistencia, en tal caso decimos que la geometrización optimiza la resistencia del material.
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5.
Tome dos piezas rectangulares de cartón, colóquelos horizontalmente uno sobre otro en dos soportes como ilustra la Fig. 5. Analice hasta qué carga puede soportar. ¿Qué tipo de esfuerzos soporta en estas condiciones los cartones? Explique apropiadamente.
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Puede soportar hasta cargas que no sobrepasan el límite de su resistencia ante esfuerzos en este caso de compresión; y eso de acuerdo a como se va optimizando su resistencia (forma que adopta el cartón) En el experimento notamos que los dos cartones solo llegan a soportar una carga pequeña, manteniéndose los cartones firmes; pero cuando se le aplica una carga mayor los cartones tienden a flexionar lo que nos hace notar la presencia de un momento flector. Presenta un menor momento de inercia; por eso se flexionan fácilmente; también es debido a donde se encuentre su eje de giro. 6.
Luego, coloque verticalmente sobre los soportes, las dos piezas de cartón como ilustra la fig. 6, Coloque sucesivamente cargas sobre ella y compare su resistencia con el caso anterior (5). ¿por qué soporta mayor carga? Explique apropiadamente.
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Presenta una mayor resistencia que el caso número 5, uno se debe a que en cierta parte la distribución de fuerzas de las cargas están actuando axialmente debido o gracias al doblez que se le hizo al cartón; haciendo que se optimice de gran manera su resistencia Pero también un punto importante para poder explicar porque su resistencia es mayor, es hablar del momento de inercia que se presenta en cada caso; como el caso 5 tiende a flexionarse más fácilmente, pues la sección transversal tiene un área mínimo , por ende tiene momento flector; de esto podemos afirmar que presenta un menor momento de inercia (por consiguiente soportando, así, solo cargas menores) , más en el caso 6 nos damos cuenta que presenta una mayor oposición al giro, esto también referido a su sección transversal mayor (momento flector), así afirmamos que presenta mayor momento de inercia, gracias a la forma a la que hemos adoptado al cartón y debido además a la ubicación de su eje de giro ; por consiguiente pudiendo soportar mayores cargas .
7.
De lo observado en los experimentos anteriores ¿qué relación puede encontrar entre la resistencia del material y la forma del material? De lo anterior volvemos a mencionar que: “ La
forma o geometrización del material ayuda a la distribución equitativa de fuerzas en ejes axiales, - gracias a eso puede soportar mucha más carga- , mas no aumenta su resistencia, en tal caso decimos que la geometrización optimiza la resistencia del material”.
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1.
Los diagramas ilustran un trozo de esponja, sobre la que se coloca una carga, explique lo observado precisando el tipo de esfuerzo que actúa sobre la esponja. 13
En la figura de la izquierda se muestra la esponja horizontal, no presenta pandeo, ya que la esponja tiene como apoyo al piso, por lo que el esfuerzo que soporta es de compresión. Los cuerpos pueden experimentar esfuerzos de tensión y compresión al mismo tiempo, así tenemos, la esponja colocada horizontalmente, en la imagen del medio se muestra apoyos a distancias similares de sus extremos, este se flexiona por el peso que soporta (pandea). Encontramos un claro ejemplo de flexión, ya que la parte superior de la esponja disminuye de longitud que en consecuencia está sujeto a compresión y la parte inferior aumenta de longitud y está en tracción. La esponja de la figura de la derecha, la carga actúa en un espacio mayor al de la figura de la izquierda, esto es, posee una zona mayor donde actúa la compresión, pero el detalle es que actúa uniformente gracias a la placa ubicada entre la esponja y la carga.
2.
Explique y relaciónelos con el comportamiento del suelo cuando está sujeto a una carga de una edificación. Nosotros debemos entender la naturaleza de la resistencia al esfuerzo cortante para analizar los problemas de la estabilidad del suelo; tales como capacidad de carga, estabilidad de taludes y la presión lateral sobre estructuras de retención de tierras. Cuando una estructura falla; debido en este caso al sobre exceso de cargas, hay un deslizamiento del suelo y la posición inicial de las partículas cambian y se desarrolla un esfuerzo cortante. Tomando un ejemplo: Si las 2 partículas (del suelo) nunca se deslizan un sobre la otra es porque nunca se sobrepasó el esfuerzo cortante τ. FÍSICA II
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El esfuerzo cortante, depende de la presión de contacto (ejercida por la carga de la edificación). Solamente cuando una partícula se desliza una sobre otra, se sobrepasa el esfuerzo cortante τ. Es así que si conocemos bien es esfuerzo cortante que actúa en un determinado suelo, podremos: Determinar la capacidad de carga del suelo, ya que podremos conocer las dimensiones de las fundaciones que vamos a utilizar( zapatas , pilotes , et).
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Se estudió cualitativamente los esfuerzos de tensión y corte; logrando entender que la hoja de papel es menos resistente a un esfuerzo de corte y que si las fuerzas aplicas no actúan axialmente generan una flexión que es generado por un momento flector. Las formas que adopta un material hace que este optimice su resistencia frente a un determinado esfuerzo; mas no incrementa su resistencia, ya que un determinado material presenta una misma resistencia (Módulo de Young) sea cual sea su forma. Respecto al estudio del suelo sujeto a esfuerzos; podremos decir que en general los suelos fallan debido a la acción del esfuerzo cortante generado por las cargas que soportan (Edificaciones).
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FISICA PARA ESTUDIANTES DE CIENCIAS E INGENIERIA VOL.I MACKELVEY
FISICA VOL. I SERWAY- JEWETT
FISICA VOL.I MARCELO ALONSO
FISICA 2 HUGO MEDINA
– EDWARD
J.FINN
https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/quim ica/3_anio/mecanica_electrica/ESFUERZO_DE_CORTE_Y_MOM ENTO_FLEXOR.pdf https://es.scribd.com/doc/2469676/Esfuerzo-de-Cortey-Flexion https://www.academia.edu/8708490/Esfuerzo_de_compresi on
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