Física–5°–ITCO–2017 Prof. Lic. Alberto Burianek
Eje Temático 1
ESTÁTICA-CINEMÁTICA-DINÁMICA
Instituto Técnico Cristo Obrero ASIGNATURA:
FÍSICA – 5º AÑO – 2017
PROFESOR:
Lic. Alberto Burianek
TEMA:
FÍSICA APLICADA A LA CONSTRUCCIÓN
Antes de aplicar los conceptos físicos debes tener bases en matemáticas, como en álgebra, aritmética, geometría, trigonometría y también sobre matemática vectorial para poder entender cómo se comportan las fuerzas, momentos y otras magnitudes físicas. Conocer los conceptos físicos de distancia, masa, tiempo, velocidad, fuerza, energía, potencia, carga, densidad, etc. Porque cada una de esas cosas las puedes aplicar al diseñar. La estructura de una casa o monumento (fuerzas, Leyes de Newton, resistencia de materiales y todo lo que tiene que ver con el equilibrio de las fuerzas) para que sea lo más resistente y flexible posible para la seguridad de las personas. De esto son responsables los MMO. Una instalación eléctrica para la iluminación (cargas eléctricas, flujo de corriente, voltaje, resistencia, etc.) todo lo que tiene que ver con electricidad y magnetismo, distribución de energía eléctrica, sistemas de comunicaciones como teléfono, cable internet, en fin, lo que les incumbe a los Ingenieros Eléctricos o Electrónicos. ¿Y por qué no a los Maestros Mayores de Obra? Tuberías para los servicios de agua potable y aguas negras (presión, densidad, caudales, potencia, etc.) para saber el tamaño de las tuberías a utilizar, como optimizar el uso de la gravedad para que el agua fluya con más presión de forma natural; también para determinar si es necesario la instalación de bomba de agua, conductos de aire acondicionado, gas, etc. Esto lo puede hacer un Ingeniero Civil; el Mecánico o Eléctrico pueden intervenir en lo que respecta a usos de bombas de agua y aires acondicionados. Más, la idea es que un MMO puede sin ningún lugar a dudas, encarar estos desafíos. Todo lo que menciono se puede ampliar más según la disciplina competente; la Física se encuentra en todo, es inimaginable todo lo que se puede explicar por medio de ella. No es necesario tener grandes conocimientos de Física para poder desarrollar alguna de estas actividades, es el caso de los técnicos y los empíricos, ya sean electricistas, plomeros, soldadores, albañiles, carpinteros, que dada su habilidad son ellos los que terminan haciendo los edificios, casas o cualquiera de esas cosas... eso sí, si un buen MMO hace un buen diseño aplicando los conceptos físicos, se pueden obtener resultados sorprendentes. Al final, lo que caracteriza un monumento es su belleza que le puso su diseñador original o quien tuvo la idea (tal vez aquí la Física no intervenga mucho, a menos que quieran hacer una casa en el aire); que eso puede ser muy particular de su propia obra, como un arte, en esto pueden intervenir Arquitectos, Diseñadores de Interiores o Exteriores, artistas como Pintores, Escultores... que son los que le dan la buena imagen a la estructura. La Física está presente en cada cosa que realizamos, la vida se rige por la Física. En la construcción básicamente se la emplea con respecto a la Estática, es decir que la estructura no puede moverse y debe soportar las cargas externas a las que se la someta. Todas los esfuerzos que produzcan variaciones o posibles movimientos hay que eliminarlos, para calcularlos debemos hacer que las sumatorias de fuerzas horizontales y verticales sean igual a cero, como así también aquellas fuerzas que produzcan momentos. Estos son los principios básicos empleados, pues de aquí empiezan a desglosarse temas como reticulados, pórticos, flexión, etc. La Física está presente en todo. Si vas a construir una ciudad tienes que tener en cuenta las fuerzas que van a soportar las estructuras, cómo vas a llevar agua potable a la ciudad y cómo la vas a distribuir en ella, tienes que tomar en cuenta las propiedades de los materiales a la presión y pág. 1
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temperaturas que van a soportar en el lugar donde va a estar tu ciudad. Hay muchos, pero muchísimos aspectos en la construcción de una ciudad que serían imposibles de hacer y/o comprender si los que la construyen no supieran Física. Todo tiene que ver, desde el drenaje o alcantarillado que funciona con las leyes de la Física, los sistemas de agua potable, en fin todos los servicios, además para poder diseñar las obras civiles. Actividades para ser comentadas con los estudiantes – Ejemplos de Física aplicada a la Construcción 1) Por un plano inclinado de 0,5m de altura y 5m de longitud, se hace bajar una carretilla conteniendo 6 bolsas de cemento de 50Kg c/una; si la carretilla pesa 50 Kg, ¿qué fuerza debe superarse?
5m 0,5m
F1
Preguntas orientadoras:
α 6 bolsas + 1 carretilla = P
1)
¿Cómo se descompone la fuerza peso en un plano inclinado, teniendo en cuenta la reacción del plano y la trayectoria del movimiento?
2) De una viga en construcción se colgó un contrapeso que pesa 100Kg. De un punto intermedio de la cuerda, tira horizontalmente un obrero con una fuerza de 20Kg. Determinar gráficamente la dirección de la parte superior de la cuerda.
Preguntas orientadoras:
100 Kg
pág. 2
1)
¿En qué dirección actúa la resultante?
2)
¿Cómo es su intensidad respecto a las intensidades de las componentes?
3)
¿Qué fuerzas actúan en cada parte de la cuerda?
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3) Determinar gráficamente las fuerzas que actúan en los 2 tensores empotrados, que sostienen un peso de 10Kg cuando forman los ángulos indicados.
45º Preguntas orientadoras: 1)
¿En qué direcciones pueden actuar las reacciones del vínculo?
90º
P = 10Kg
4) Sobre un tablón de obra que está en equilibrio sobre un apoyo, se disponen 2 cubos compuestos por ladrillos, de 20cm de arista, uno al lado del otro en un extremo y otro igual del otro lado. Si se enciman en el extremo los cubos que estaban juntos, ¿cuánto habrá que desplazar el otro para equilibrarlos, sin contar el peso del tablón?
A
Preguntas orientadoras:
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1)
Asignando un peso P a cada cubo, ¿cómo se representa gráficamente el sistema?
2)
Asignando una distancia d a la que separa del apoyo la fuerza P de los 2 cubos, ¿cuánto vale la que separa del mismo a la fuerza peso del tercer cubo?
3)
¿Cuánto valen las nuevas distancias y en que se diferencian de las anteriores?
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5) Hallar gráficamente el centro de gravedad de la siguiente viga en T: 45cm 5cm
5cm 15cm 10cm
Preguntas orientadoras:
20cm 10cm
1) ¿Qué dirección tiene su fuerza peso?
10cm
2) ¿Cómo pueden resolverse gráficamente los sistemas de fuerzas paralelas del mismo sentido que se han formado?
6) En la carretilla del ejercicio se carga un peso de 150Kg, que actúa sobre una vertical a 45cm del punto de contacto de la rueda con el suelo. ¿Qué esfuerzo realiza el obrero sobre los brazos, si hay 1,20m de sus extremos a la recta de acción del peso?
Preguntas orientadoras: 1) ¿Cuál es la condición de equilibrio de una palanca de segundo género, y cuáles son sus brazos?
7) En el centro de un tablón de 4m, que se apoya sobre un extremo, se colocan 50 ladrillos de 3Kg cada uno. ¿Qué tensión sufre un alambre que sujeta el otro extremo, sin contar el peso del tablón? Preguntas orientadoras: 1) ¿Qué género de palanca se forma? 2) ¿Qué valor toma P?
8) En el andamio de la figura actúa un peso de 250Kg a 50cm del eje de la pared derecha. ¿Qué fuerza se ejerce sobre ella, si la pared izquierda se halla a 2m de la anterior (distancias tomadas entre ejes de paredes)?
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Preguntas orientadoras: 1) ¿Qué género de palanca se forma? 2) ¿Qué valor toma P?
9) En el ejercicio anterior, ¿qué ocurre con la fuerza ejercida por el peso sobre la primera pared, si se coloca entre ambas paredes, a 20cm de la primera? Preguntas orientadoras: 1) ¿Qué género de palanca se forma? 2) ¿Qué valor toma P?
10) En la siguiente figura, hay una polea desde donde se intenta levantar un peso compuesto por dos moto bombeadores; el obrero está parado sobre un piso empotrado en A que ejerce una resistencia de 500Kg. Determinar la potencia que se debe realizar para levantar los moto bombeadores. Preguntas orientadoras: 1) ¿Qué género de palanca se forma y cuál es su condición de equilibrio? 2) ¿Qué valor toma P?
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11) Sobre un tablón de 10Kg de peso y 3m de largo, con un apoyo a 0,50m de un extremo, actúa una fuerza de 240Kg a 0,10m de dicho extremo. ¿Qué fuerza habrá que aplicar a 0,10m del otro extremo para equilibrarla, tomando en cuenta el peso del tablón?
Preguntas orientadoras:
3m
1) ¿Qué sistema forma el peso del tablón con la fuerza ejercida?
0,50m
0,10m
2) ¿Cuál es su resultante y cuáles sus brazos?
0,10m
R= 240Kg
3) ¿Qué clase de palanca se forma y cuál es su condición de equilibrio?
12) De una viga están suspendidas las columnas colgantes a y b. Se las quiere equilibrar con la fuerza P aplicada a la barra c-d. ¿Cuál s su valor y las distancias d1 y d2, si la barra c-d mide 1,40m?
F2 = 120Kg a 1m
b 1,50m
0,80m
1,40m
c F1 = 300Kg
1,60m
d d1
d2 P
Preguntas orientadoras: 1) ¿Qué clases de palancas se forman en a y en b, y cuánto vale la P, en cada caso? 2) ¿Qué palanca se forma en c y qué fuerzas actúan? 3) ¿Cuál es su resultante y cuáles sus brazos?
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Respuestas 1) F1 = P . sen α sen α = cat. op. = 0,5m = 0,1 hip. 5m F1 = 350Kg . 0,1 = 35Kg
Rta: la fuerza que debe superarse es 35Kg
2)
F1 20Kg
R F2 100Kg
100 Kg
3)
45º
F1
90º F2 P = 10Kg
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4)
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d3
P3
d3
P3
0,20m
A
d1 P1 P2
d2
P1 . d1 + P2 . d2 = P3 . d3
40cm2 . 40cm = 1600cm3 (P1 . d1) 40cm2 . 60cm = 2400cm3 (P2 . d2) 4000cm3 Reemplazamos en : 4000cm3 = 40cm2 . d3 d3 = 4000cm3 40cm2 d3 = 100cm
Sistema en equilibrio
0,20m A
P2 P2 . d2 = P3 . d3
d2
80cm2 . 60cm = 4800cm3 (P2 . d2) Reemplazamos en : 4800cm3 = 40cm2 . d3 d3 = 4800cm3 40cm2 d3 = 120cm pág. 8
Sistema en equilibrio
Rta: habrá que desplazarlo 20cm.
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5) 45cm 5cm
5cm 15cm 10cm
20cm 10cm 10cm 100cm2 F1’
225 cm2 F1 F2
F2’ Centro de Gravedad
6) 150Kg . 45cm = P . 165cm P = 150Kg . 45cm = 40,909Kg 165cm
Rta.: el esfuerzo que realiza es de 40,909Kg.
7) 50 ladrillos . 3Kg c/u = 150Kg 150Kg . 2m = P . 4m P = 150Kg . 2m = 75Kg 4m
Rta.: la tensión que sufre el alambre es de 75Kg.
8) 250Kg . 2,5m = P . 2m P = 250Kg . 2,5m = 312,50Kg 2m Rta.: la fuerza que se ejerce sobre la pared derecha es de 312,50Kg.
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9) 250Kg . 1,8m = P . 2m P = 250Kg . 1,8m = 225Kg 2m Rta.: la fuerza que se ejerce sobre la pared derecha es de 225Kg, o sea que disminuye la fuerza ejercida sobre la pared.
10) 500Kg . 4,20m = P . 1,20m P = 500Kg . 4,20m = 1750Kg 1,20m Rta.: la potencia que equilibra el sistema es de 1750Kg. 11) 240Kg . 0,40m + 10Kg . 1m = P . 2,40m P = 240Kg . 0,40m + 10Kg . 1m = 35,833Kg 2,40m Rta.: la fuerza que habrá que aplicar es de 35,833Kg 12) Columna a 300Kg . 1m = Pa . 1,50m Pa = 300Kg . 1m = 200Kg 1,50m
Pa = 200Kg
Columna b 120Kg . 2,40m = Pb . 0,80m Pb = 120Kg . 2,40m = 360Kg 0,80m
Pb = 360Kg
Barra c-d P = Pa + Pb = 200Kg + 360Kg = 560Kg P 1,40m
= Pa d2
d2 = 200Kg . 1,40 = 0,50m 560Kg
Rta.: P = 560Kg, d1 = 0,90m, d2 = 0,50m
pág. 10
P = 560Kg d2 = 0,50m
d1 = 0,90m
