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“Aplicaciones de las leyes de Newton” Rozamiento o Fricción: Cuando deslizamos un cuerpo sobre una superficie aparece una fuerza de contacto que se opone a este movimiento, denominada fuerza de rozamiento. Lo mismo ocurre en otras circunstancias, por ejemplo con el aire. Las fuerzas de rozamiento se dividen en dos tipos, las estáticas y las dinámicas. Fricción estática: La fuerza de rozamiento estática determina la fuerza mínima necesaria para poner en movimiento un cuerpo. Si no hubiera rozamiento, una fuerza muy pequeña sobre un cuerpo apoyado en el piso ya pondría a éste en movimiento. Sin embargo existe un valor mínimo de fuerza a aplicar para que esto ocurra. Eso se debe a que existe una fuerza de rozamiento que se opone al inicio del movimiento. La fuerza de rozamiento estática es del mismo valor (pero de sentido contrario) que la fuerza que vayamos aplicamos para tratar de poner al cuerpo en movimiento, mientras éste no se mueva, es decir que no tiene un valor constante. Por ejemplo si un cuerpo se encuentra apoyado sobre una superficie horizontal en dónde no hay más fuerzas además del peso y la normal, entonces no hay fuerza de rozamiento estático. Si aplicamos una fuerza F1 y el cuerpo no se mueve, la fuerza de rozamiento es de valor – F1. Si aplicamos F2 y no se mueve, en este caso la fuerza de rozamiento vale –F2. Existe un valor de fuerza de rozamiento estático máximo a partir del cual cualquier aumento en la fuerza aplicada pone en movimiento al cuerpo. Se denomina fuerza de rozamiento estático máxima y depende de la normal y de un número denominado coeficiente de rozamiento estático (μe). Fre = ‐ F Fre max = μe N Fricción Dinámica: Una vez que el cuerpo comienza a moverse, igualmente hay una fuerza que se opone al movimiento, llamada fuerza de rozamiento dinámico. La misma ya no depende de la fuerza que se hace para mover al cuerpo sino exclusivamente de la normal y de otro número llamado coeficiente de rozamiento dinámico (μd). Fr = μd N Fuerzas de arrastre de fluidos: En dinámica de fluidos, el arrastre o fricción de fluido es la fricción entre un objeto sólido y el fluido (un líquido o gas) por el que se mueve. Para un sólido que se mueve por un fluido o gas, el arrastre es la suma de todas las fuerzas aerodinámicas o hidrodinámicas en la dirección del flujo del fluido externo. Por tanto, actúa opuestamente al movimiento del objeto, y en un vehículo motorizado esto se resuelve con el empuje. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández
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20/10/2013 www.caja-pdf.es
“Fuerzas y Momentos” Sistema de fuerzas coplanares concurrentes: Las fuerzas se representan matemáticamente por vectores, ya que estos se definen como expresiones matemáticas de tienen una magnitud, dirección y sentido. Las fuerzas coplanares, se encuentran en un mismo plano y en 2 ejes, ahora, las fuerzas concurrentes son aquellas cuyas direcciones o líneas de acción pasan por un mismo punto. También se les suele llamar angulares por que forman un ángulo entre ellas. Cuando en forma gráfica se desean sumar dos fuerzas concurrentes, se utiliza el método del paralelogramo. Para sumar más de dos fuerzas concurrentes, se utiliza el método del polígono. Momento estático de un área: Los momentos estáticos del área total del eje x/y deberán ser igual a la sumatoria de los momentos estáticos de las áreas parciales respecto al mismo eje, después de obtener un momento, podemos integrar y obtener todos los momentos para el área total, y así obtener el centroide. Momentos de giro (torque): El momento de una fuerza con respecto a un punto da a conocer en qué medida existe capacidad en una fuerza o sistema de fuerzas para cambiar el estado de la rotación del cuerpo alrededor de un eje que pase por dicho punto. El momento tiende a provocar una aceleración angular (cambio en la velocidad de giro) en el cuerpo sobre el cual se aplica y es una magnitud característica en elementos que trabajan sometidos a torsión. El momento dinámico se expresa en unidades de fuerza por unidades de distancia. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad se denomina newton metro o newton‐metro, indistintamente. Su símbolo debe escribirse como N m Teorema de Varignon: Dado un Sistema de Fuerzas y su resultante, el momento de la resultante respecto de un punto A, es igual a la sumatoria de los momentos de las fuerzas componentes respecto del mismo punto A. Par de Fuerzas (momento de un par). Es un sistema formado por dos fuerzas de la misma intensidad o módulo, pero de sentido contrario. Al aplicar un par de fuerzas a un cuerpo se produce una rotación o una torsión. La magnitud de la rotación depende del valor de las fuerzas que forman el par y de la distancia entre ambas, llamada brazo del par. Un par de fuerzas queda caracterizado por su momento. El momento de un par de fuerzas, M, es una magnitud vectorial que tiene por módulo el producto de cualquiera de las fuerzas por la distancia (perpendicular) entre ellas d Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández
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“Leyes de Newton” 1era Ley o de la Inercia: Según la PRIMERA LEY DE NEWTON, si no existen fuerzas externas que actúen sobre un cuerpo, éste permanecerá en reposo o se moverá con una velocidad constante en línea recta. El movimiento termina cuando fuerzas externas de fricción actúan sobre la superficie del cuerpo hasta que se detiene. Por esta razón el movimiento de un objeto que resbala por una superficie de hielo dura más tiempo que por una superficie de cemento, simplemente porque el hielo presenta menor fricción que el cemento. Galileo expuso que si no existe fricción, el cuerpo continuará moviéndose a velocidad constante, ya que ninguna fuerza afectará el movimiento. Cuando se presenta un cambio en el movimiento de un cuerpo, éste presenta un nivel de resistencia denominado INERCIA. Si has ido en un vehículo que ha frenado de improviso y tú has debido detenerte con tus propias manos, has experimentado lo que es la inercia. Por tanto, a la primera ley de Newton también se le conoce como ley de la inercia. 2ª Ley o de Fuerza: Determina que si se aplica una fuerza a un cuerpo, éste se acelera. La aceleración se produce en la misma dirección que la fuerza aplicada y es inversamente proporcional a la masa del cuerpo que se mueve. Recuerda que la fuerza y la aceleración son magnitudes vectoriales por lo que tienen un valor, una dirección y un sentido. Si la masa de los cuerpos es constante, la fórmula que expresa la segunda ley de Newton es: fuerza = masa x aceleración. En cambio cuando la masa del cuerpo aumenta, la aceleración disminuye. Entonces, debes establecer la cantidad de movimiento (p) que equivale al producto de la masa de un cuerpo por su velocidad. Es decir: p = m x v FUERZA MASA en el Sistema Internacional la cantidad de movimiento (p) se mide en Kg∙m/s porque la unidad para la masa es el kilogramo y la unidad para la aceleración es metros por segundo. Por tanto: Fuerza (N) = masa (kg) x aceleración (m/s2) 3era Ley o de Acción y Reacción: Postula que la fuerza que impulsa un cuerpo genera una fuerza igual que va en sentido contrario. Es decir, si un cuerpo ejerce fuerza en otro cuerpo, el segundo cuerpo produce una fuerza sobre el primero con igual magnitud y en dirección contraria. La fuerza siempre se produce en pares iguales y opuestos. Por esta razón, a la tercera ley de Newton también se le conoce como ley de acción y reacción. Diagramas de cuerpo libre: Es una representación gráfica utilizada para analizar las fuerzas que actúan sobre un cuerpo libre. Estos diagramas son una herramienta para descubrir las fuerzas desconocidas que aparecen en las ecuaciones del movimiento del cuerpo. El diagrama facilita la identificación de las fuerzas y momentos que deben tenerse en cuenta para la resolución del problema. También se emplean para el análisis de las fuerzas internas que actúan en estructuras. Todas las fuerzas externas se representan mediante vectores etiquetados de forma adecuada. Las flechas indican la dirección y magnitud de las fuerzas y, en la medida de lo posible, deberían situarse en el punto en que se aplican. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández 2 Solo se deben incluir las fuerzas que actúan sobre el objeto, ya sean de rozamiento, gravitatorias, normales, de arrastre o de contacto. Cuando se trabaja con un sistema de referencia no inercial, es apropiado incluir fuerzas ficticias como la centrífuga. Equilibrio estático: Es una situación estacionaria en la que se cumplen una de estas dos condiciones: (1) Un sistema está en equilibrio mecánico cuando la suma de fuerzas y momentos, sobre cada partícula del sistema es cero. (2) Un sistema está en equilibrio mecánico si su posición en el espacio de configuración es un punto en el que el gradiente de energía potencial es cero. Se distingue un tipo particular de equilibrio mecánico llamado equilibrio estático que correspondería a una situación en que el cuerpo está en reposo, con velocidad cero: una hoja de papel sobre un escritorio estará en equilibrio mecánico y estático, un paracaidista cayendo a velocidad constante, dada por la velocidad estaría en equilibrio mecánico pero no estático. CONDICIONES DE EQUILIBRIO: Esta condición de equilibrio implica que una fuerza aislada aplicada sobre un cuerpo no puede producir por sí sola equilibrio y que, en un cuerpo en equilibrio, cada fuerza es igual y opuesta a la resultante de todas las demás. Así, dos fuerzas iguales y opuestas, actuando sobre la misma línea de acción, sí producen equilibrio. El equilibrio puede ser de tres clases: estable, inestable e indiferente. Si un cuerpo está suspendido, el equilibrio será estable si el centro de gravedad está por debajo del punto de suspensión; inestable si está por encima, e indiferente si coinciden ambos puntos. Si un cuerpo está apoyado, el equilibrio será estable cuando la vertical que pasa por el centro de gravedad caiga dentro de su base de sustentación; inestable cuando pase por el límite de dicha base, e indiferente cuando la base de sustentación sea tal que la vertical del centro de gravedad pase siempre por ella. Estabilidad del equilibrio de rotación. Ocurre cuando un cuerpo o sistema no gira con respecto a algún punto, aunque exista una tendencia. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández
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“Trabajo, Energı́a y Potencia.” Trabajo: Cuando tratamos de arrastrar un carro con una cuerda y no pasa nada, estamos ejerciendo una fuerza y, sin embargo, el carro no ha realizado desplazamiento alguno. Por otra parte, si incrementamos en forma continua esta fuerza, llegará un momento en el que el carro se desplazará. En este caso, hemos obtenido algo por nuestro esfuerzo, y se denomina: TRABAJO. Para que exista trabajo han de cumplirse 3 requisitos: ‐ Debe haber una fuerza aplicada ‐ La fuerza debe actuar a través de cierta distancia llamada: DESPLAZAMIENTO ‐ La fuerza debe tener una componente a lo largo de su desplazamiento. Trabajo es una cantidad escalar igual al producto de las magnitudes del desplazamiento y de la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento y su unidad son los Joules (julios). Trabajo resultante: Cuando consideramos el trabajo de varias fuerzas que actúan sobre un mismo objeto es útil distinguir entre trabajo positivo y trabajo negativo. Por convención diremos que, el trabajo de una fuerza concreta es positivo si la componente de la fuerza de halla en la misma dirección de desplazamiento, ahora bien el trabajo negativo lo realiza una componente de fuerza que se opone al desplazamiento real. Si varias fuerzas actúan sobre un cuerpo en movimiento, el TRABAJO RESULTANTE es la suma algebraica de los trabajos de las fuerzas individuales. Energía: Se define como aquella capacidad que posee un cuerpo (una masa) para realizar trabajo luego de ser sometido a una fuerza; es decir, el trabajo no se puede realizar sin energía. Esta capacidad (la energía) puede estar dada por la posición de un cuerpo o por la velocidad del mismo; es por esto que podemos distinguir dos tipos de energía. Energía Potencial: Todo cuerpo que se ubicado a cierta altura del suelo posee energía potencial. Esta afirmación se comprueba cuando un objeto cae al suelo, siendo capaz de mover o deformar objetos que se encuentren a su paso. El movimiento o deformación será tanto mayor cuanto mayor sea la altura desde la cual cae el objeto. Otra forma de energía potencial es la que está almacenada en los alimentos, bajo la forma de energía química. Cuando estos alimentos son procesados por nuestro organismo, liberan la energía que tenían almacenada. Para una misma altura, la energía del cuerpo dependerá de su masa. Aplicando una fuerza, esta energía puede ser transferida de un cuerpo a otro y aparecer como energía cinética o de deformación. Sin embargo, mientras el cuerpo no descienda, la energía no se manifiesta: es energía potencial. Todos los cuerpos tienen energía potencial que será tanto mayor cuanto mayor sea su altura. Como la existencia de esta energía potencial se debe a la gravitación (fuerza de gravedad), su nombre más completo es energía potencial gravitatoria. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández 2 Energía Cinética: Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo. Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento; es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor. Ley de la conservación de la energía: No existe ni puede existir nada capaz de generar energía, no existe ni puede existir nada capaz de hacer desaparecer la energía y por último si se observa que la cantidad de energía varía, siempre será posible atribuir dicha variación a un intercambio de energía con algún otro cuerpo o con el medio circundante. La energía es la capacidad de los cuerpos o sistemas de cuerpos para efectuar un trabajo. Todo sistema que pasa de un estado a otro produce fenómenos físicos o químicos que no son más que manifestaciones de alguna transformación de la energía, pues esta puede presentarse en diferentes formas: cinética, potencial, eléctrica, mecánica, química. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández
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04/11/2013 www.caja-pdf.es
“Maquinas Simples” Rueda La rueda es un operador formado por un cuerpo redondo que gira respecto de un punto fijo denominado eje de giro. Normalmente la rueda siempre tiene que ir acompañada de un eje cilíndrico (que guía su movimiento giratorio) y de un soporte (que mantiene al eje en su posición). Aunque en la naturaleza también existen cuerpos redondeados (troncos de árbol, cantos rodados, huevos...), ninguno de ellos cumple la función de la rueda en las máquinas, por tanto se puede considerar que esta es una máquina totalmente artificial. La parte operativa de la rueda es la periferia del disco, que se recubre con materiales o terminaciones de diversos tipos con el fin de adaptarla a la utilidad correspondiente. Algunas de las ruedas más empleadas son: ‐ Rueda dentada, Rueda de transporte, Polea, Turbinas (rueda de palas). Mecanismo de biela – manivela: Una manivela es una palanca que nos permite hacer girar manualmente un dispositivo mecánico. Si le acoplamos una barra que pueda girar libremente en sus dos extremos: la biela, obtenemos un mecanismo biela‐manivela. Este mecanismo permite transformar el movimiento circular de la manivela en movimiento rectilíneo alternativo (la biela). También funciona a la inversa: aplicando un movimiento rectilíneo alternativo a la biela podemos conseguir que la manivela gire. Cuña: La cuña es un prisma de base triangular, hecho de materia resistente que sirve para introducirse en el interior de los cuerpos y cortarlos. Es un instrumento muy generalizado: cuchillos, navajas, hojas, tijeras se basan en la cuña. La ventaja mecánica (definida como la razón entre la fuerza resistente y la fuerza aplicada) que aporta una cuña es directamente proporcional a la longitud de la pendiente e inversamente proporcional a su ancho. Palanca: Básicamente está constituida por una barra rígida, un punto de apoyo (se le puede llamar “fulcro”) y dos fuerzas (mínimo) presentes: una fuerza (o resistencia) a la que hay que vencer (normalmente es un peso a sostener o a levantar o a mover en general) y la fuerza (o potencia) que se aplica para realizar la acción que se menciona. La distancia que hay entre el punto de apoyo y el lugar donde está aplicada cada fuerza, en la barra rígida, se denomina brazo. Así, a cada fuerza le corresponde un cierto brazo. Como en casi todos los casos de máquinas simples, con la palanca se trata de vencer una resistencia, situada en un extremo de la barra, aplicando una fuerza de valor más pequeño que se denomina potencia, en el otro extremo de la barra. En una palanca podemos distinguir entonces los siguientes elementos: ‐ El punto de apoyo o fulcro. ‐ Potencia: la fuerza que se ha de aplicar. ‐ Resistencia: el peso que se ha de mover. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández 2 Tipos de palancas: Ley de las palancas: Desde el punto de vista matemático hay una ley muy importante, que antiguamente era conocida como la “ley de oro”, nos referimos a la Ley de las Palancas: El producto de la potencia por su brazo (F2 • b2) es igual al producto de la resistencia por el brazo suyo (F1 • b1) lo cual se escribe así: F1 • b1 = F2 • b2 lo que significa que: Trabajo motor = Trabajo resistente Llamando F1 a la fuerza a vencer y F2 a la fuerza a aplicar y recordando que b1 es la distancia entre el fulcro y la fuerza a vencer y b2 la distancia entre el fulcro y el lugar donde se ha de aplicar la fuerza F2. En este caso se está considerando que las fuerzas son perpendiculares a los brazos. Plano inclinado: El plano inclinado es una superficie plana que forma con otra un ángulo muy agudo (mucho menor de 90º). En la naturaleza aparece en forma de rampa, pero el ser humano lo ha adaptado a sus necesidades haciéndolo móvil, como en el caso del hacha o del cuchillo. Los cuerpos en caída por un plano inclinado sin rozamiento están sometidos a la atracción de la Tierra y experimentan un movimiento uniformemente acelerado. Esta aceleración aumenta con la inclinación del plano. Su valor máximo es igual a la aceleración de la gravedad g = 9’8 m/s2 (Inclinación de 90º) Polea: Son ruedas que tienen el perímetro exterior diseñado especialmente para facilitar el contacto con cuerdas o correas. La polea es una máquina simple que nos puede ayudar a subir pesos ahorrando esfuerzo. Dependiendo del tipo de la misma: Simple fija, Simple móvil o compuesta. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández Tuerca husillo (tornillo sin fin): Es un mecanismo que convierte el movimiento de rotación en movimiento lineal, y un par de torsión (fuerza de rotación) a una fuerza lineal. Es una de las seis máquinas simples clásicos. La forma más común consiste en un eje cilíndrico como una rosca. El husillo pasa a través de la tuerca que rosca en el husillo. Cuando el husillo gira avanza en una proporción del paso de la rosca por vuelta de husillo. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández
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28/10/2013 www.caja-pdf.es
Serway 6.1 Segunda Ley de Newton aplicada al Movimiento Circular Uniforme 6.2 Movimiento circular no uniforme 6.3 Movimiento en marcos de referencia acelerados 6.4 Movimiento en presencia de fuerzas resistivas 6.5 Modelado numérico en dinámicas de partículas 6.6 Las fuerzas fundamentales de la naturaleza Para cualquier inquietud o consulta escribir a:
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05/04/2016 www.caja-pdf.es
“Principios de la Está tica” ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Las tres leyes de Newton: 1ª Ley o “de Inercia”: si no existen fuerzas externas que actúen sobre un cuerpo, éste permanecerá en reposo o se moverá con una velocidad constante en línea recta. 2ª Ley o “de Fuerza”: si se aplica una fuerza a un cuerpo, éste se acelera. La aceleración se produce en la misma dirección que la fuerza aplicada y es inversamente proporcional a la masa del cuerpo que se mueve. 3ª Ley o “de acción – reacción”: Cuando una fuerza determinada actúa sobre un cuerpo, éste reacciona con una fuerza con igual magnitud, pero en sentido opuesto. Principios de la estática : Ley del Paralelogramo: Este método es una alternativa al método del triángulo. En este método, se desplazan los vectores para unir sus "colas". Luego se completa el paralelogramo y el vector resultante será la diagonal trazada desde las "colas" de los vectores a sumar. Este vector tendrá también la "cola" unida a las colas de los otros dos y su "cabeza" estará al final de la diagonal. Ley del triángulo: En este método, los vectores se deben trasladar (sin cambiarle sus propiedades) de tal forma que la "cabeza" del uno se conecte con la "cola" del otro (el orden no interesa, pues la suma es conmutativa). El vector resultante se representa por la "flecha" que une la "cola" que queda libre con la "cabeza" que también está libre (es decir se cierra un triángulo con un "choque de cabezas" De los sistemas nulos: Para que dos fuerzas se equilibren, es necesario que sean opuestas, de igual intensidad y contenidas en la misma línea de acción. Adición de sistemas nulos: El efecto de un sistema de fuerzas dado sobre un cuerpo rígido no se modifica, si a dicho sistema se agrega o quita un sistema de fuerzas nulo. Acción y reacción: toda acción implica la existencia de una reacción de igual intensidad y de sentido opuesto. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández
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05/10/2013 www.caja-pdf.es
https://www.caja-pdf.es/2014/05/19/catalogo-maquinaria/
19/05/2014 www.caja-pdf.es
1.
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15/10/2011 www.caja-pdf.es
Ahora, están listos para recibir todas estas fuerzas creadoras de la creación;
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09/11/2012 www.caja-pdf.es
Conceptos Generales” Definición: Mecánica, estática y Dinámica: La Mecánica es la rama de la física que describe el movimiento de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. En particular, la estática estudia las condiciones de equilibrio, la dinámica en cambio, es la parte de la mecánica que se ocupa del estudio del movimiento de los cuerpos sometidos a la acción de las fuerzas. Magnitud Física: toda aquella propiedad física que puede ser medida (Medir es comparar una magnitud con otra que se tiene como patrón), es decir, expresada mediante un número y una unidad de medición. Las magnitudes pueden ser fundamentales o derivadas: Fundamentales o Base: longitud: metro (m); masa: kilogramo (kg); tiempo: segundo (s); corriente eléctrica: ampere (A); temperatura termodinámica: kelvin (K); intensidad luminosa: candela (cd); cantidad de sustancia: mol (mol). Derivadas: superficie: metro cuadrado (m2); volumen: metro cúbico (m3); velocidad: metro por segundo (m/s); aceleración: metro por segundo al cuadrado (m/s2); número de ondas: metro a la menos uno (m‐ 1); densidad: kilogramo por metro cúbico (kg/m3); volumen específico: metro cúbico por kilogramo (m3/kg); densidad de corriente: ampere por metro cuadrado (A/m2); campo magnético: ampere por metro (A/m): concentración (de cantidad de sustancia) mol por metro cúbico (mol/m3); luminancia candela por metro cuadrado (cd/m2); Índice de refracción (el número) uno 1. El Sistema Internacional de Medidas (SI): Después de la Revolución Francesa los estudios para determinar un sistema de unidades único y universal concluyeron con el establecimiento del Sistema Métrico Decimal. La adopción universal de este sistema se hizo con el Tratado del Metro o la Convención del Metro, que se firmó en Francia el 20 de mayo de 1875, y en el cual se establece la creación de una organización científica que tuviera, por una parte, una estructura permanente que permitiera a los países miembros tener una acción común sobre todas las cuestiones que se relacionen con las unidades de medida y que asegure la unificación mundial de las mediciones físicas. El Sistema Inglés de unidades: Unidades no‐métricas que se utilizan actualmente en los Estados Unidos y en muchos territorios de habla inglesa (como en el Reino Unido), pero existen discrepancias entre los sistemas de Estados Unidos e Inglaterra. Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades. Debido a la intensa relación comercial que tiene nuestro país con los EUA, existen aún en México muchos productos fabricados con especificaciones en este sistema. Ejemplos de ello son los productos de madera, tornillería, cables conductores y perfiles metálicos. Algunos instrumentos como los medidores de presión para Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández 2 neumáticos automotrices y otros tipos de manómetros frecuentemente emplean escalas en el sistema inglés. Gravedad: Es la fuerza con que todos los cuerpos son atraídos hacia el centro de la Tierra. Es la fuerza que mantiene todas las cosas pegadas al suelo. Según los resultados de un experimento de Galileo, todos los cuerpos caen con la misma aceleración independiente de sus masas. En la superficie de la Tierra, la aceleración originada por la gravedad es 9.81 m/s2, aproximadamente. Centroide: es un concepto puramente geométrico que depende de la forma del sistema. Centro de Gravedad: Es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma que el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo. NOTA: Todos estos pueden coincidir, pero no son lo mismo. Fuerza: Es una magnitud que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía. Vector: tiene magnitud o tamaño, dirección u orientación y sentido positivo (+) o negativo (‐) y punto de aplicación, magnitud y dirección. (Ejemplos 100 N a 45° al norte del este.) Clasificación geométrica de los sistemas de fuerza: Desde un punto de vista geométrico, las fuerzas se dividen en coplanares y no coplanares, y estas a su vez pueden ser concurrentes y no concurrentes, así como paralelas o no paralelas. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández
https://www.caja-pdf.es/2013/09/26/lectura-obligatoria-1-din/
26/09/2013 www.caja-pdf.es
Conceptos Generales” Definición: Mecánica, estática y Dinámica: La Mecánica es la rama de la física que describe el movimiento de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. En particular, la estática estudia las condiciones de equilibrio, la dinámica en cambio, es la parte de la mecánica que se ocupa del estudio del movimiento de los cuerpos sometidos a la acción de las fuerzas. Magnitud Física: toda aquella propiedad física que puede ser medida (Medir es comparar una magnitud con otra que se tiene como patrón), es decir, expresada mediante un número y una unidad de medición. Las magnitudes pueden ser fundamentales o derivadas: Fundamentales o Base: longitud: metro (m); masa: kilogramo (kg); tiempo: segundo (s); corriente eléctrica: ampere (A); temperatura termodinámica: kelvin (K); intensidad luminosa: candela (cd); cantidad de sustancia: mol (mol). Derivadas: superficie: metro cuadrado (m2); volumen: metro cúbico (m3); velocidad: metro por segundo (m/s); aceleración: metro por segundo al cuadrado (m/s2); número de ondas: metro a la menos uno (m‐ 1); densidad: kilogramo por metro cúbico (kg/m3); volumen específico: metro cúbico por kilogramo (m3/kg); densidad de corriente: ampere por metro cuadrado (A/m2); campo magnético: ampere por metro (A/m): concentración (de cantidad de sustancia) mol por metro cúbico (mol/m3); luminancia candela por metro cuadrado (cd/m2); Índice de refracción (el número) uno 1. El Sistema Internacional de Medidas (SI): Después de la Revolución Francesa los estudios para determinar un sistema de unidades único y universal concluyeron con el establecimiento del Sistema Métrico Decimal. La adopción universal de este sistema se hizo con el Tratado del Metro o la Convención del Metro, que se firmó en Francia el 20 de mayo de 1875, y en el cual se establece la creación de una organización científica que tuviera, por una parte, una estructura permanente que permitiera a los países miembros tener una acción común sobre todas las cuestiones que se relacionen con las unidades de medida y que asegure la unificación mundial de las mediciones físicas. El Sistema Inglés de unidades: Unidades no‐métricas que se utilizan actualmente en los Estados Unidos y en muchos territorios de habla inglesa (como en el Reino Unido), pero existen discrepancias entre los sistemas de Estados Unidos e Inglaterra. Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades. Debido a la intensa relación comercial que tiene nuestro país con los EUA, existen aún en México muchos productos fabricados con especificaciones en este sistema. Ejemplos de ello son los productos de madera, tornillería, cables conductores y perfiles metálicos. Algunos instrumentos como los medidores de presión para Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández 2 neumáticos automotrices y otros tipos de manómetros frecuentemente emplean escalas en el sistema inglés. Gravedad: Es la fuerza con que todos los cuerpos son atraídos hacia el centro de la Tierra. Es la fuerza que mantiene todas las cosas pegadas al suelo. Según los resultados de un experimento de Galileo, todos los cuerpos caen con la misma aceleración independiente de sus masas. En la superficie de la Tierra, la aceleración originada por la gravedad es 9.81 m/s2, aproximadamente. Centroide: es un concepto puramente geométrico que depende de la forma del sistema. Centro de Gravedad: Es el punto de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma que el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo. NOTA: Todos estos pueden coincidir, pero no son lo mismo. Fuerza: Es una magnitud que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía. Vector: tiene magnitud o tamaño, dirección u orientación y sentido positivo (+) o negativo (‐) y punto de aplicación, magnitud y dirección. (Ejemplos 100 N a 45° al norte del este.) Clasificación geométrica de los sistemas de fuerza: Desde un punto de vista geométrico, las fuerzas se dividen en coplanares y no coplanares, y estas a su vez pueden ser concurrentes y no concurrentes, así como paralelas o no paralelas. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández
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26/09/2013 www.caja-pdf.es
Calculo vectorial Castillo Vigueras Ricardo Rodríguez Briones David García Ruiz Marisol Díaz Villafaña Alejandro VECTORES DESCOMPOSICIÓN DE FUERZAS Descomponer un vector consiste en encontrar otros vectores (normalmente dos) cuya composición nos de el vector inicial.
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27/09/2011 www.caja-pdf.es
1.- Conceptos generales (2) - Fuerza y Vector, Cantidades escalares y vectoriales, Clasificación geométrica de los sistemas de Fuerzas, Gravedad.
https://www.caja-pdf.es/2013/09/29/temas-y-equipos-ag01-braulio/
29/09/2013 www.caja-pdf.es
1.- Conceptos generales (2) - Fuerza y Vector, Cantidades escalares y vectoriales, Clasificación geométrica de los sistemas de Fuerzas, Gravedad.
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Mecánica y Estática, Magnitudes y Unidades, Sistema Internacional (SI) VS Sistema Inglés, Cuerpo rígido, Fuerza y Vector, Cantidades escalares y vectoriales, Clasificación geométrica de los sistemas de Fuerzas, Gravedad.
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“Conceptos generales de Está tica” Definición Mecánica y estática: La Mecánica es la rama de la física que describe el movimiento de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. En particular, la estática estudia las condiciones de equilibrio. Otra definición, (que si lo notas es “algo” parecida) : La mecánica es una teoría científica que estudia el movimiento de los cuerpos y sus causas, o bien el equilibrio, es decir, la falta de movimiento (estática). Magnitud Física: toda aquella propiedad física que puede ser medida (Medir es comparar una magnitud con otra que se tiene como patrón), es decir, expresada mediante un número y una unidad de medición. Las magnitudes pueden ser fundamentales o derivadas: Fundamentales o Base: longitud: metro (m); masa: kilogramo (kg); tiempo: segundo (s); corriente eléctrica: ampere (A); temperatura termodinámica: kelvin (K); intensidad luminosa: candela (cd); cantidad de sustancia: mol (mol). Derivadas: superficie: metro cuadrado (m2); volumen: metro cúbico (m3); velocidad: metro por segundo (m/s); aceleración: metro por segundo al cuadrado (m/s2); número de ondas: metro a la menos uno (m‐ 1); densidad: kilogramo por metro cúbico (kg/m3); volumen específico: metro cúbico por kilogramo (m3/kg); densidad de corriente: ampere por metro cuadrado (A/m2); campo magnético: ampere por metro (A/m): concentración (de cantidad de sustancia) mol por metro cúbico (mol/m3); luminancia candela por metro cuadrado (cd/m2); Índice de refracción (el número) uno 1. El Sistema Internacional de Medidas (SI): Después de la Revolución Francesa los estudios para determinar un sistema de unidades único y universal concluyeron con el establecimiento del Sistema Métrico Decimal. La adopción universal de este sistema se hizo con el Tratado del Metro o la Convención del Metro, que se firmó en Francia el 20 de mayo de 1875, y en el cual se establece la creación de una organización científica que tuviera, por una parte, una estructura permanente que permitiera a los países miembros tener una acción común sobre todas las cuestiones que se relacionen con las unidades de medida y que asegure la unificación mundial de las mediciones físicas. El Sistema Inglés de unidades: Unidades no‐métricas que se utilizan actualmente en los Estados Unidos y en muchos territorios de habla inglesa (como en el Reino Unido), pero existen discrepancias entre los sistemas de Estados Unidos e Inglaterra. Este sistema se deriva de la evolución de las unidades locales a través de los siglos, y de los intentos de estandarización en Inglaterra. Las unidades mismas tienen sus orígenes en la antigua Roma. Hoy en día, estas unidades están siendo lentamente reemplazadas por el Sistema Internacional de Unidades. Debido a la intensa relación comercial que tiene nuestro país con los EUA, existen aún en México muchos productos fabricados con especificaciones en este sistema. Ejemplos de ello son los productos de madera, tornillería, cables conductores y perfiles metálicos. Algunos instrumentos como los medidores de presión para Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández 2 neumáticos automotrices y otros tipos de manómetros frecuentemente emplean escalas en el sistema inglés. Cuerpo Rígido: Aquel que no sufre deformaciones por efecto de fuerzas externas, es decir un sistema de partículas cuyas posiciones relativas no cambian. Sin embargo, las estructuras y máquinas reales nunca son absolutamente rígidas y se deforman bajo la acción de cargas que actúan sobre ellas. Un cuerpo rígido es una idealización, que se emplea para efectos de estudios de Mecánica. Fuerza: Es una magnitud que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía. Vector: tiene magnitud o tamaño, dirección u orientación y sentido positivo (+) o negativo (‐) y punto de aplicación, magnitud y dirección. (Ejemplos 100 N a 45° al norte del este.) Cantidades escalares y vectoriales: Escalares son las cantidades físicas que tienen magnitud pero no tienen dirección como: el volumen, la masa y se representan solo por medio de números o escalas. Y estas se suman algebraicamente, (1kg + 1kg = 2kg). Vectoriales: su representación matemática es por medio de vectores, y estas se suman geométricamente, aplicando (por ejemplo) el teorema de Pitágoras; la hipotenusa al cuadrado es igual a la suma de los cuadrados de los catetos. Clasificación geométrica de los sistemas de fuerza: Desde un punto de vista geométrico, las fuerzas se dividen en coplanares y no coplanares, y estas a su vez pueden ser concurrentes y no concurrentes, así como paralelas o no paralelas. Gravedad: Es la fuerza con que todos los cuerpos son atraídos hacia el centro de la Tierra. Es la fuerza que mantiene todas las cosas pegadas al suelo. Según los resultados de un experimento de Galileo, todos los cuerpos caen con la misma aceleración independiente de sus masas. En la superficie de la Tierra, la aceleración originada por la gravedad es 9.81 m/s2, aproximadamente. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández
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Diemel Hernández Unzueta Definiciones Estática Es la parte de la Mecánica que estudia las fuerzas que actúan en un sistema sin tener en cuenta los efectos que su acción provoca.
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Sistema de Referencia Universal Alejandro A.
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23-08-18 Biofísica Mecánica de fluídos Prof.
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Squalus acanthias y demostración de las fuerzas de empuje de la caudal (c) y de las aletas pectorales (b) contra la fuerza de gravedad (G1).
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“Fuerzas Aplicadas” Tensión: En física e ingeniería, se denomina tensión mecánica a la fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material sobre una superficie real o imaginaria de un medio continuo. La definición anterior se aplica tanto a fuerzas localizadas como fuerzas distribuidas, uniformemente o no, que actúan sobre una superficie. La tensión mecánica se expresa en unidades de presión, es decir, fuerza dividida entre área. En el Sistema Internacional, la unidad de la tensión mecánica es el pascal (1 Pa = 1 N/m²). No obstante, en ingeniería también es usual expresar otras unidades como kg/cm² o kg/mm², donde «kg» se refiere a kilopondio o kilogramo‐fuerza, no a la unidad de masa kilogramo. Compresión: En un prisma mecánico el esfuerzo de compresión puede ser simplemente la fuerza resultante que actúa sobre una determinada sección transversal al eje baricéntrico de dicho prisma, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección de eje baricéntrico. Las piezas prismáticas sometidas a un esfuerzo de compresión considerable son susceptibles de experimentar pandeo flexional, por lo que su correcto dimensionado requiere examinar dicho tipo de no linealidad geométrica. Corte: La tensión cortante o tensión de corte es aquella que, fijado un plano, actúa tangente al mismo. Se suele representar con la letra griega tau. En piezas prismáticas, las tensiones cortantes aparecen en caso de aplicación de un esfuerzo cortante o bien de un momento torsor. En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele ser un paralelo a la sección transversal (i.e., uno perpendicular al eje longitudinal). A diferencia del esfuerzo normal, es más difícil de apreciar en las vigas ya que su efecto es menos evidente. Torsión: En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas. La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él. El estudio general de la torsión es complicado porque bajo ese tipo de solicitación la sección transversal de una pieza en general se caracteriza por dos fenómenos: 1.‐ Aparecen tensiones tangenciales paralelas a la sección transversal. Lectura OBLIGATORIA para el apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiembre de 2013. Prof. D.I. Diemel Hernández 2 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 2.‐ Cu uando las ten nsiones anteriiores no están n distribuidass adecuadamente, cosa qu ue sucede siempre a meno os que la seccción tenga sim metría circular, aparecen aalabeos seccio onales que haacen que las secciones transversales deform madas no sean n planas. os: Se denomina ensayo de e materiales aa toda pruebaa cuyo fin es determinar laas Ensayyos mecánico propiedades mecáánicas de un m material. Los ensayos de m materiales pu ueden ser de d dos tipos, enssayos os últimos pe rmiten realizaar la inspección sin perjud dicar el destrructivos y enssayos no destructivos. Esto poste erior empleo del producto o, por lo que p permiten insppeccionar la totalidad de laa producción si fueraa necesario. ‐ Entrre los ensayos no destructtivos más com munes se encuuentran los siiguientes: Ensayyo de durezass (en algunos casos no se cconsidera com mo ensayo no o destructivo,, especialmen nte cuand do puede com mprometer laa resistencia d de la pieza a ccargas estáticcas o a fatiga)) Inspe ección visual, microscopía y análisis de aacabado supeerficial Ensayyos por líquid dos penetranttes Inspe ección por partículas magn néticas Ensayyos radiológiccos Ensayyo por ultraso onidos Ensayyos por corrie entes inducidas Ensayyos de fugas: detección accústica, detectores específficos de gasess, cromatógraafos, detecció ón de flujo, espectromettría de masass, manómetro os, ensayos dee burbujas, etc. ‐ Entrre los ensayos destructivos más comun nes se encuenntran los siguiientes: ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Ensayyo de tracción Ensayyo de compre esión Ensayyo de cizallam miento Ensayyo de flexión Ensayyo de torsión Ensayyo de resilien ncia Ensayyo de fatiga d de materiales Ensayyo de fluenciaa en caliente (creep) Ensayyo de plegado o libre Otross ensayos parra aplicacione es específicas son: Ensayyo de plegado o Ensayyo de embutiición Ensayyo de abocardado Prueba hidrostáticca (con presio ones mayoress a las de servvicio). ón alternativaa de alambres Flexió de Hooke: En física, la ley d de elasticidad d de Hooke o ley de Hookee, originalmen nte formuladaa para Ley d casoss del estiramiento longitud dinal, establece que el alarrgamiento un nitario que exxperimenta un n mate erial elástico e es directamen nte proporcio onal a la fuerzza aplicada F: Lectura OBLLIGATORIA para ell apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiem mbre de 2013. Proff. D.I. Diemel Hernández do \delta el alargamiento, L la longitud original, E: m módulo de You ung, A la seccción transverssal de Siend la pie eza estirada. LLa ley se aplicca a materiale es elásticos h asta un límitee denominado límite elásttico. Diagrrama de esfue erzo: El diagrama es la currva resultantee graficada co on los valoress del esfuerzo o y la corre espondiente d deformación unitaria en ell espécimen ccalculado a paartir de los daatos de un en nsayo de te ensión o de co ompresión. Lectura OBLLIGATORIA para ell apoyo de física aplicada al Diseño Industrial Septiem mbre de 2013. Proff. D.I. Diemel Hernández
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