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Esfuerzos y rigidización de estructuras

TecnologíaDibujo técnico y diseñoEdades 15–16Laboratorio virtual

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Usar con mi clase

Carga una varilla, un poste, un estante, un eje o un pasador a tracción, compresión, flexión, torsión o cortadura, de acero, aleación de aluminio, pino, acrílico u hormigón, y sube la carga hasta que falle: mira el esfuerzo, la deformación y dónde y cómo falla (fluencia, rotura, pandeo, grieta, corte). Después da forma a la misma tira de chapa (plana, plegada, ondulada, con nervios, laminada o con alma) y compara su rigidez con la misma carga mediante el momento de inercia de la sección. Una pantalla de laboratorio mide la flecha de una regla de un metro empotrada en un extremo o apoyada en los dos, según la carga, la longitud y el espesor, para hallar el módulo de Young.

Lección: Fuerzas y esfuerzos en estructuras; refuerzo y rigidización

Qué muestra

Las estructuras soportan cargas mediante cinco tipos de esfuerzo: la tracción estira, la compresión aplasta, la flexión estira una cara y aplasta la otra, la torsión retuerce y la cortadura hace deslizar las capas. El esfuerzo es fuerza por área (σ = F/A) y una pieza falla cuando alcanza la resistencia del material para ese tipo de carga; las piezas largas y delgadas a compresión pandean antes. La rigidez depende también de la forma: plegar, ondular, añadir nervios, laminar o añadir un alma aleja el material del eje neutro y aumenta el momento de inercia I. Los valores son típicos y las flechas suponen flexión pequeña y elástica.

Cómo usarla

En Cinco tipos de esfuerzo, elige el tipo de esfuerzo y el material, ajusta la carga, la longitud y el tamaño, y pulsa Cargar hasta que falle; cada fallo pasa a la tabla. En Rigidizar una chapa, elige una forma y su altura y pulsa Probar esta forma para comparar flechas. En Laboratorio de la regla, elige el montaje y la regla, añade masas con Masa colgada, pulsa Anotar lectura y usa la pendiente de la gráfica para hallar E.

Parámetros que puedes cambiar

  • Pantalla Cinco tipos de esfuerzo, Rigidizar una chapa, Laboratorio de la regla
  • Tipo de esfuerzo (Cinco tipos de esfuerzo) Tracción, Compresión, Flexión, Torsión, Cortadura
  • Material (Cinco tipos de esfuerzo) Acero dulce, Aleación de aluminio, Pino (madera blanda), Acrílico, Hormigón (sin armar)
  • Carga F (Cinco tipos de esfuerzo) 1–100000 N
  • Longitud o luz (Cinco tipos de esfuerzo) 0,2–2 m
  • Diámetro de la varilla o espesor del estante (Cinco tipos de esfuerzo) 4–40 mm
  • Material de la chapa (Rigidizar una chapa) Aluminio, Acero, Polipropileno, Cartón
  • Espesor de la chapa (Rigidizar una chapa) 0,5–3 mm
  • Forma (Rigidizar una chapa) Plana, Plegada, Ondulada, Con nervios, Laminada, Con alma (perfil I)
  • Altura del pliegue, onda, nervio o alma (Rigidizar una chapa) 5–40 mm
  • Capas (Rigidizar una chapa) 2–6
  • Capas pegadas (Rigidizar una chapa)
  • Carga en el centro (Rigidizar una chapa) 1–500 N
  • Montaje (Laboratorio de la regla) Voladizo (empotrada en un extremo), Apoyada en los dos extremos, carga en el centro
  • Regla (Laboratorio de la regla) Regla A, Regla B, Regla C
  • Longitud L (Laboratorio de la regla) 30–90 cm
  • Espesor de la regla d (Laboratorio de la regla) 4–8 mm
  • Masa colgada (Laboratorio de la regla) 0–500 g

Preguntas para explorar

  1. ¿Por qué una varilla larga y delgada falla con una carga mucho menor a compresión que a tracción?
  2. ¿Por qué el cartón ondulado se dobla mucho menos que un cartón plano hecho con la misma lámina?
  3. ¿Cómo cambia la flecha de un voladizo cuando se duplica su longitud?

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