Fundamentos de Diseño e Ingeniería: Estructuras, Estabilidad y Mecanismos Simples
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1. Estructuras y Propiedades Mecánicas
Una estructura es un elemento o conjunto de elementos unidos entre sí con la finalidad de soportar diferentes tipos de esfuerzos.
Las estructuras han de ser resistentes, ligeras y estables.
Las principales propiedades mecánicas de los materiales son:
- Resistencia mecánica
- Dureza
- Elasticidad
- Plasticidad
- Tenacidad
Ensayos de Materiales
Los ensayos son procedimientos normalizados que permiten conocer, comprobar y cuantificar las características y las propiedades de los materiales. Los ensayos mecánicos permiten conocer y cuantificar las propiedades mecánicas de los materiales.
2. Estabilidad y Centro de Gravedad
Una estructura es estable cuando no cae o vuelca por la acción de las fuerzas que actúan sobre ella.
La estabilidad de una estructura aumenta:
- Cuanto mayor sea la relación entre la superficie de la base y su altura.
- Cuanto más bajo se sitúe su centro de gravedad.
El centro de gravedad de un cuerpo es el punto de aplicación de la suma de todas las fuerzas que constituyen el peso del cuerpo.
3. Tipos de Estructuras
Las estructuras se clasifican generalmente en:
- Estructuras masivas
- Estructuras de barras
- Estructuras laminares
- Estructuras colgadas
4. Estructuras Rígidas y Articuladas
Una estructura rígida es aquella que, al someterla a diferentes esfuerzos, no se puede deformar sin que se produzca la rotura de alguno de sus elementos.
Una estructura articulada es la que se deforma por medio del desplazamiento de sus elementos al aplicarles una fuerza.
5. Estructuras Verticales y Horizontales
- Las estructuras verticales son las que tienen en posición vertical los elementos que soportan mayores esfuerzos (principalmente compresión).
- Las estructuras horizontales son las que tienen en posición horizontal los elementos que soportan mayores esfuerzos (principalmente flexión).
6. Máquinas y Mecanismos
- Una máquina es un dispositivo capaz de disminuir el esfuerzo necesario para llevar a cabo un trabajo.
- Los mecanismos son grupos de elementos mecánicos, cada uno de los cuales realiza una función o tarea concreta en el conjunto de la máquina.
Clasificación de Máquinas
- Máquinas simples: Solo tienen un punto de apoyo.
- Máquinas compuestas: Están formadas por dos o más máquinas.
Las principales máquinas simples son: la palanca, el plano inclinado, la cuña, el tornillo, la polea y el torno.
Ley Fundamental de las Máquinas Simples
En una máquina simple, el trabajo realizado por las fuerzas motrices es igual al trabajo realizado por las fuerzas resistentes.
7. La Palanca
La palanca es una máquina simple que consiste en una barra rígida que puede girar en torno a un punto de apoyo o fulcro.
Elementos de la Palanca
En una palanca se distinguen los siguientes elementos:
- Potencia (P): Fuerza que se debe aplicar.
- Resistencia (R): Peso que se quiere mover.
- Brazo de Potencia (a): Distancia entre el punto de apoyo y el punto de aplicación de la potencia.
- Brazo de Resistencia (b): Distancia entre el punto de apoyo y el punto donde se encuentra la resistencia.
Ley Fundamental de la Palanca
El producto de la potencia por el brazo de la potencia es igual al producto de la resistencia por el brazo de la resistencia.