Tema 8: Estructuras y mecanismos

BLOQUE V: Estructuras y mecanismos

1.- Fuerza

Es todo aquello capaz de deformar un cuerpo (efecto estático) o de alterar su estado de movimiento o reposo (efecto dinámico)

2.- Estructura

Es el conjunto de elementos de un cuerpo destinados a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre él. La estructura impide, así, que el cuerpo se rompa o se deforme en exceso

Condiciones de las estructuras:

– Estabilidad: capacidad de una estructura de mantenerse erguida y no volcar (centro de gravedad, centrado sobre su base y cercano al suelo)

– Resistencia: capacidad de una estructura de soportar las tensiones a las que está sometida sin romperse. Intervienen su forma y su material

– Rigidez: capacidad de soportar deformaciones, sin romperse, al aplicarles una fuerza (la rigidez aumenta haciendo triangulaciones)

Tipos de estructuras:

Estructuras naturales:

Animales: nidos, prsa de castores, avisperos, colmenas

Geológicas: cuevas, montañas

Vegetales: troncos, ramas de árboles

Estructuras artificiales:

Estructuras masivas y adinteladas (excavando en roca o acumulando material sin dejar apenas huecos). Ej: pirámides de Egipto

Estructuras abovedadas (usando arcos y bóvedas). Ej: basílicas, panteones, catedrales

Estructuras entramadas (constituidas por barras de hormigón o acero unidas de manera rígida). Ej: edificios de bloques de pisos

Estructuras trianguladas (estructuras de barras normalmente metálicos o de madera). Ej: torres

Estructuras colgantes (utiliza cables de los que cuelga la estructura). Ej: carpa, puente

Estructuras neumáticas (son desmontables y ligeras). Ej: atracción, infantil

Estructuras laminares (son láminas finas de metal, plástico o materiales compuestos). Ej: carcasa

Estructuras geodésicas (constituida por barras lineales y por sus uniones). Ej: edificio circular

3.- Carga

Las fuerzas que actúan sobre una estructura se denominan cargas

Tipos:

– Cargas fijas o permanentes: no varían con el paso del tiempo. Ej: propio peso

– Cargas variables: aparecen en algunas ocasiones y no tienen siempre el mismo valor. Ej: viento, nieve en un tejado, gente en un edificio

4.- Esfuerzos

Se llama esfuerzo a la tensión interna que experimentan todos los cuerpos sometidos a la acción de una o varias fuerzas

Tipos:

– Tracción: cuando las fuerzas tratan de estirar el cuerpo sobre el que actúan. Ej: tirante de pantalones, cadena de un colgante

– Compresión: cuando las fuerzas tratan de aplastar o comprimir un cuerpo. Ej: patas de silla, piernas de persona

– Flexión: las fuerzas intentan doblar el elemento sobre el que están aplicadas. Ej: baldas de estanterías, tablas de somier

– Torsión: las fuerzas tratan de retorcer el elemento sobre el que actúan. Ej: llaves en la cerradura al abrir, destornillador al apretar tornillo

– Cizalladura o cortante: las fuerzas actúan como dos filas de unas tijeras. Ej: papel cortado con guillotina, alcayata de la que cuelga un cuadro

5.- Mecanismos

Son los elementos destinados a transmitir y transformar fuerzas y movimientos desde un elemento motriz (motor) a un elemento receptor. Permite a los seres humanos realizar determinados trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo

– Polea: rueda ranurada que gira alrededor de un eje

Polea fija: se encuentra en equilibrio cuando la fuerza aplicada (F), es igual que la resistencia que presenta la carga (R) -> F = R

Polea móvil: es un conjunto de dos poleas, una fija y otra móvil. Se encuentra en equilibrio cuando F = R/2. El esfuerzo para vencer la resistencia de una carga es la mitad que el de la polea fija. Ej: ascensores, montacargas, grúas

– Polipasto: constituido por dos grupos de poleas (fijas y móviles). Al aumentar el número de poleas, el mecanismo es más complejo pero el esfuerzo necesario para vencer la resistencia disminuye. Tiene las mismas aplicaciones que la polea móvil. Ej: ascensores, montacargas, grúas

– Palanca: es una barra rígida que gira respecto a un punto de apoyo o articulación. Está en equilibrio cuando F*d = R*r donde F -> fuerza, d -> distancia de F al punto de apoyo, R -> resistencia, r -> distancia de R al punto de apoyo

Tipos:

Primer grado: punto de apoyo entre F y R. Ej: martillo de uñas al sacar un clavo, tijeras al cortar papel

Segundo grado: la resistencia (R) se encuentra entre el punto de apoyo y la fuerza (F). Ej: puente elevadizo, quitar tapón a botella, fuelle

Tercer grado: la fuerza aplicada (F) se encuentra entre el punto de apoyo y la resistencia (R). Ej: pinzas al coger objetos, caña de pescar al pescar, brazo sujetando piedra

– Ruedas o poleas

– Engranajes

– Conjunto manivela-torno

– Piñón-cremallera

– Conjunto hielo-manivela

– Trinquete

– Muelles