Resistencia de Materiales- Fisica Unidad 4

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INGENIERIA INDUSTRIAL

UNIDAD IV

RESISTENCIA DE

MATERIALES

MATERIA: FISICA

PROFESOR: Ing. Iván Zarate Temaxte

HORARIO:19:00-20:00

ALUMNO : Ramírez Fuentes René Hasem

PRESENTACIÒN

La física fue, es  y será uno de las ciencias que poseemos para entender nuestro mundo que nos rodea y darle respuesta a aquellas cuertiones que nos han intrigado a lo largo de tantos años. Es por eso que el presente trabajo tiene el proposito de apoyarnos en mi labor como estudiante brindandome la información necesaria para poder llevar a cabo un buen desempeño a lo largo de mi carrera de ingeniería relacionando la fisica con otras materias a fines.

En esta unidad 4 yo como alumno desarrollaré con mas precisión capacidades de observación, reflexión, registro, experimentación, inferencia y predicción de los fenómenos físicos y tecnológicos que se vinculan en este campo del saber.

Éste trabajo se encuentra estructurado principalmente en 3 bloques que se muestran a continuación:

1. Esfuerzo y deformación debido a cargas externas. Esfuerzos mecánicos y térmicos. Ley de Hooke.
2. Vigas con 2 apoyos cargadas en puntos: vigas con cargas uniformes, vigas hiperestáticas y vigas cantiliver.
3. Clasificación de columnas.

En el tratamiento de cada uno de los bloques se intenta favorecer el desarrollo integrado de conocimiento sobre los temas antes mencionados; así mismo el enriquecimiento de habilidades que se adquirirán a lo largo del trabajo que contribuye al fortalecimiento de mis competencias.

En cada uno de los bloques se aparecerán ejemplos de aplicación de la información proporcionada para fortalecer no solo la teoría, sino la imaginación y creatividad en la resolución de problemas.

Toda la información aquí mostrada ha sido basada en una bibliografía que será mostrada al final del trabajo. Así, pretendo que que mi investigación me ayude a mi mismo y si es posible a mis compañeros de escuela a adquirir los conocimientos, habilidades, especialmente de razonamiento lógico, representación gráfica y modelación, despertando para ello su interés, curiosidad, creatividad e imaginación de la manera más comprensible posible para captar su atención tanto mio como de mis compañeros.

SUMARIO

La presente obra estudia los temas más importantes de la Resistencia de Materiales,

con énfasis en aplicaciones, solución de problemas y diseño de elementos

estructurales y dispositivos mecánicos. El presente texto esta orientado para alumnos que como yo, estudian una ingeniería y deben saber reconocer la importancia del tema en cuestión.

Esta obra consiste de los temas mas relevantes en cuanto a la Resistencia de Materiales.Dichos textos hacen énfasis en aspectos como los siguientes:

Presentación gráfica de las situaciones en tres dimensiones de tal manera que desde el principio del estudio de esta área para que yo como alumno tenga clara la ubicación de los elementos estructurales en un espacio tridimensional de tal forma que diferencien claramente aspectos como el eje longitudinal de

una viga, su sección transversal y el eje neutro de la misma entre otros. Para hacer énfasis en esto me he basado en mi bibliografiá que he dejado al final del presente trabajo

De esta forma, el cálculo de cada uno de los parámetros mencionados, adquiere sentido para mi como estudiante quien sea que llegue a tener acceso a este trabajo.

He tratado asimismo de ilustrar con fotografíaslos ejemplos que aparecen al final de cada bloque con fines similares a los ya expuestos.

Espero finalmente como lo manifesté al principio, que el texto sea motivador para los compañeros del Instituto Tecnológico de Tehuacán y tambien para los que se inician en el estudio del área de la ingeniería.

INTRODUCCIÓN

Desde los tiempos mas remotos el ser humano se ha preocupado por darle una explicación a los fenomenos que ocurren a su alrededor y pot tratar de entender el origen de todas las cosas. Surge la inquietud de conocer el cosmos, el origen de la vida y la causa de la muerte. Ante este panorama se presentaron los primeros intentos por elaborar explicaciones globales de la naturaleza. Durante esta etapa los seres humanosasimilaban sus experiencias de acuerdo con su particular concepción de la naturaleza. Las que escapaban de su explicación  eran regaladas a otros ámbitos. Aparecieron, así, la magia, la religión y finalmente la ciencia.

La simple observación del cielo nocturno proporcionó a los antiguos griegos la información suficiente sobre los cuerpos celestes como para establecer una teoría del universo. Pero la observación no sólo fue necesaria para comprender el universo. Tareas que hoy resultan sencillas como edificar una vivienda, domesticar animales o cultivar la tierra, sólo pudieron ser realizadas después de ordenar muchas investigaciones y construir sistemas de ideas organizadas mediante principios que las resumían.

A partir de los trabajos de Galileo Galilei, físico italiano, se inicia la etapa de la física moderna, caracterizada por la unificación de de las investigaciones teóricas y las experimentales en un cuerpo único, de tal manera que la actividad experimental se consolida como la base del conocimento científico, pero sin menospreciar el papel de la teoría. En la actualidad, todos los científicos desarrollan sus investigaciones a través de un proceso organizado en donde se combina la experimentación sistemática con la cuidadosa medición y análisis de resultados, por lo que el análisis y las conclusiones van de la mano. Sin embargo, estas conclusiones estarán sujetas a pruebas adicionales para demostrar su validez.

Las transformaciones técnicas incluidas en la ingeniería  y en la industria, en general hasta 1850, eran independientes del quehacer científico hasta en ese entonces. Sin embargo, la ciencia se benefició notablemente de los conocimientos de la ingeniería; el avance de las matématicas por Copérnico, Kepler y Galileo dependió de los enormes progresos de la ingeniería mecánica del siglo XV y especialmente de la invención de mecanismos de relojería y de juguetes mecánicos muy ingeniosos.

BLOQUE I – ESFUERZO Y DEFORMACION DEBIDO A CARGAS EXTERNAS.

ESFUERZOS MECÁNICOS Y TÉRMICOS. LEY DE HOOKE.

Antes de continuar, recordemos que es el esfuerzo con un ejemplo:

Considerese una barra sometida a la acción de dos fuerzas iguales, opuestas y colineales en sus extremos. Se verifica el equilibro: P-P=0

Dicho en otras palabras: El esfuerzo es la fuerza interna ofrecida por una unidad de área del material del cual está hecha un miembro a una carga externamente aplicada. Sabiendo esto, es momento de decir que hay diferentes tipos de esfuerzos a los que puede estar sometido un material, ya sea una barra, una placa o un bloque.

Entre los tipos de esfuerzos se encuentran:

• Esfuerzos normales: Son aquellas fuerzas que soporta cada unidad de área cuya dirección es perpendicular a la sección transversal. Para fuerzas de comoresión el esfuerzo normal sera negativo, mientras que para fuerzas de tracción el esfuerzo normal será positivo.
• Esfuerzos cortantes: Aquellas fuerzas que soportan cada unidad de área cuya dirección es tangencial a la sección transversal. Estos esfuerzos no son ni negativos ni positivos.

Ahora bien, los esfuerzos que los cuerpos pueden soportar dependen únicamente del material. Sin embargo las fuerzas y momentos que  tambien pueden soportar suelen depender  también de sus dimensiones.

Los cambios o variaciones de las secciones transversales de una pieza y especialmente las variaciones bruscas, resultan en la magnificación esfuerzos; efecto conocido como “concentración de esfuerzos”. Las hendiduras, agujeros y cambios de sección bruscos son concentradores de esfuerzos.

A continuación mostramos las cargas externas que pueden causar deformación en los materiales:

• Cargas axiales de Tracción o Compresión: Una barra recta esta sometida a fuerzas de tracción o compresión sometidas a fuerzas paralelas a su eje centroidal. Dependiendo si la carga tiende a estirar o a comprimir la pieza, la carga será de tracción o de compresón.
• Cargas tangenciales o de corte: Un cuerpo esta sometido a fuerzas de corte cuando sus caras o secciones internas soportan fuerzas tangenciales.
• Cargas de torsión: Una barra está sometida a cargas de tensión cuando en sus extremos están aplicados momentos con dirección paralela a la centroidal.
• Cargas de flexión: Una viga esta sometida a cargas de tensión cuando soporta fuerzas y momentos en dirección perpendicular a su eje centroidal.
• Cargas combinadas: Los cuerpos y elementos bajo condiciones de carga reales presentaran la combinación de los anteriores tipos de carga.

Las cargas van asociadas con las deformaciones, ya que estas dependen de los tipos de carga a los que están sometidos los cuerpos. Enumeraremos una lista de los tipos de deformaciones para los posibles tipos de carga que se puedan presentar en los cuerpos.

• Deformación por cargas axiales: Una barra sometida a cargas axiales, además de experimentar deformación según la dirección de la fuerza, el cuerpo también se deforma en las direcciones normales a ella. La tracción provoca alargamiento con adelgazamiento y la compresión acortamiento con ensanchamiento
• Deformacion generadas por cargas de corte: Los cuerpos sometidos a cargas de corte  mas que deformarse(cambio de dimensiones), se distorsionan(cambio de forma).
• Deformación generada por cargas de torsión: Las barras sometidas a cargas de torsión no presentan deformaciones longitudinales sino rotaciones o deformaciones angulares. Las secciones transversales giran una respecto a otra.
• Deformación por cargas de flexión: Los cuerpos generalmente rectos sometidos a cargas de flexión se vuelven curvos por lo que presentan deformaciones lineales y angulares.

Una máquina o estructura podrá sufrir deformación o verse sometida a esfuerzo por cambios de tempratura además de la aplicación de cargas. Es por esto que no solamente estudiamos los esfuerzos mecánicos, sino tambien los térmicos.

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