Jos Roberto Vzquez Carren13071478Ing. MecnicaEsttica 8-9

MARCOS Y MQUINAS

Bajo la denominacin de armaduras, bastidores o armazones se consideran estructuras totalmente constituidas por pernos y elementos rectos sujetos a la accin de dos fuerzas. Se saba que las fuerzas que actuaban sobre los elementos estaban dirigidas a lo largo de los mismos. Ahora se considerarn estructuras en las cuales por lo menos uno de los elementos es un elemento sujeto a la accin de fuerzas mltiples, esto es, un elemento sobre el que actan tres o ms fuerzas. En general, di chas fuerzas no estarn dirigidas a lo largo de los elementos sobre los cuales actan; su direccin es desconocida y, por tanto, se deben representar por dos componentes desconocidas. Los armazones y las mquinas son estructuras que contienen elementos sometidos a la accin de varias fuerzas. Los armazones estn disea dos para soportar cargas y son estructuras estacionarias totalmente restringidas. Las mquinas estn diseadas para transmitir y modificar fuerzas; estas pueden o no ser estacionarias y siempre tendrn partes mviles.MAQUINASLas mquinas son estructuras diseadas para transmitir y modificar fuerzas. No importa si stas son herramientas simples o incluyen mecanismos complicados, su propsito principal es transformar fuerzas de entrada en fuerzas de salida. Por ejemplo, considere unas pinzas de corte que se emplean para cortar un alambre (figura 6.22a). Si se aplican dos fuerzas iguales y opuestas P y P sobre sus mangos, stas ejercern dos fuerzas iguales y opuestas Q y Q sobre el alambre (figura 6.22).

Para determinar la magnitud Q de las fuerzas de salida cuando se conoce la magnitud P de las fuerzas de entrada (o a la inversa, para de terminar P cuando se conoce Q), se dibuja un diagrama de cuerpo libre de las pinzas por si solas, mostrando las fuerzas de entrada P y -P y las reacciones -Q y Q que el alambre ejerce sobre las pinzas (figura 6.23).

Sin embargo, como las pinzas forman una estructura que no es rgida, se debe utilizar una de las partes que la constituyen como un cuerpo libre para poder determinar las fuerzas desconocidas. Por ejemplo, en la fi gura 6.24a, si se toman momentos con respecto a A, se obtiene la relacin Pa=Qb, la cual define a la magnitud de Q en trminos de P o a la magnitud de P en trminos de Q. Se puede emplear el mismo diagrama de cuerpo libre para determinar las componentes de la fuerza interna en A; de esta forma, se encuentra que Ax = 0 y Af/ = P + Q. En el caso de mquinas ms complejas, es necesario utilizar varios diagramas de cuerpo libre y, posiblemente, se tendrn que resolver ecuaciones simultneas que involucren fuerzas mltiples internas. Los cuerpos libres se deben seleccionar de manera que incluyan a las fuerzas de entrada y a las reacciones de las fuerzas de salida, v el nmero total de componentes de fuerzas desconocidas involucradas no debe ser mayor que el nmero de ecuaciones independientes que estn disponibles. Antes de tratar de resolver un problema, es recomendable conocer si la estructura considerada es determinada o no. Sin embargo, no tiene caso discutir la rigidez de una mquina puesto que sta incluye partes mviles y por ende, no debe ser rgida.MARCOSA diferencia de las armaduras, los marcos bastidores son estructuras que tienen uno o ms elementos sometidos a ms de dos fuerzas; entonces aunque el elemento sometido a tal condicin sea recto, las fuerzas ejercidas en las juntas no estarn dirigidas a lo largo de este y en general sern de direccin desconocida por lo cual han de trabajarse en trminos de sus componentes. Como las armaduras, los marcos son estructuras estacionarias completamente restringidas. Consideremos el marco de la figura 8 1. Se desea conocer las fuerzas que actan sobre los miembros AE, BC y AD cuando se aplica una carga P , tal como se muestra.

Como los miembros estn sometidos a fuerzas en tres puntos, las fuerzas en A, B, E y D son de direccin desconocida, entonces se representan por sus componentes Ax, Ay, Bx, By, etc. Desde el punto de vista de la estructura como un todo no es posible determinar las cuatro componentes de las reacciones: Ex, Ey, Dx, Dy, ya que slo se dispone de tres ecuaciones. Para comprobar si el sistema es estticamente determinado hay que desmembrarlo, contar el nmero de incgnitas y compararlo con el nmero de ecuaciones independientes; si el nmero de incgnitas es mayor, el sistema ser indeterminado. Al desmembrar la estructura, se deben colocar todas las fuerzas que los miembros ejercen entre s, por ejemplo en la figura 8 2a la barra 1 ejerce sobre la barra 2 una fuerza de direccin desconocida en B la cual se representa por sus componentes Bx y By cuyos sentidos se seleccionan arbitrariamente; a su vez el cuerpo 2 ejerce, en el mismo punto, una fuerza igual y de sentido contrario, cuyas componentes Bx y By se colocan en el cuerpo 1 (Ver figura 8 2b),el signo ha sido omitido puesto que se han colocado en sentido contrario (accin y reaccin).Un procedimiento similar debe hacerse en el punto F (Ver figura 8 2c). Lo importante, en el anlisis de estructuras de este tipo, es que si se asigna un sentido para una accin, la reaccin, necesariamente es de sentido opuesto. Una forma de comprobar que el procedimiento de especificacin de las fuerzas es correcto, es armar mentalmente la estructura y comprobar que las fuerzas internas desaparecen, quedando la estructura sometida, nicamente a fuerzas externas.

Para cada elemento de la estructura se pueden plantear tres ecuaciones de equilibrio, en total nueve ecuaciones independientes. Ahora veamos cuantas incgnitas hay: Ex, Ey, Fy, Ax, Ay, Dx, Dy, Bx y By; son un total de nueve incgnitas, entonces la estructura es estticamente determinada.El procedimiento para determinar las nueve incgnitas es el siguiente: Se selecciona un elemento donde no haya ms de tres incgnitas; para el ejemplo el elemento BC. Tomando MF= 0 se obtiene By; haciendo Fy=0 se obtiene Fy y de Fx=0 se encuentra que By= 0. Ahora considerando el elemento AE y con los valores obtenidos, tomando MA= 0 se determina Ex; haciendo Fx=0 se halla Ax. Tomando Fy= 0 se encuentra que Ay es igual a Ey. Considerando el elemento AD y tomando momentos respecto a D, se determina Ay; de Fx=0 se obtiene Dx, y de Fy= 0 se determina Dy. De esta manera se han determinado todas las incgnitas. Los valores de Ey y Dy se hubieran podido obtener del marco completo haciendo ME=0 y MD=0 respectivamente, pero se debe tener en cuenta que estas ecuaciones no son independientes de las planteadas anteriormente, pero que se pueden utilizar como un medio de comprobacin.