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2º ESO / Tema 2 -> Punto 5 - Condiciones de las estructuras - Contenido educativo

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Subido el 26 de abril de 2020 por Jose Enrique S.

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Bueno, pues una vez que hemos visto los cuatro primeros puntos del tema, pasamos a ver el último que se llama condiciones de las estructuras, rigidez, resistencia y estabilidad. 00:00:00
¿En qué consiste todo esto? Bueno, pues fijaros que una estructura debe cumplir con varias condiciones para poder funcionar correctamente y en las cuales van a depender básicamente de los materiales y formas que tiene. 00:00:09
¿Cuáles son estas? Las tres condiciones básicas que tienen que tener las estructuras relacionadas con la tecnología. 00:00:22
Ya las hemos visto en el punto 1 y son la rigidez, la resistencia y la estabilidad. 00:00:28
Es decir, para que la estructura sea buena, tiene que ser rígida, tiene que ser resistente y tiene que ser estable. 00:00:35
Luego, a la hora de analizarla y a la hora de diseñarla con los esfuerzos a los que va a estar sometido cada parte, 00:00:41
tendré que elegir elementos estructurales y tendré que elegir el material adecuado y la forma adecuada 00:00:46
para que finalmente la estructura sea rígida, resistente y estable. 00:00:52
Esas son las tres condiciones básicas relacionadas con la tecnología. 00:00:56
Existen algunas más. 00:01:00
Ahí, por ejemplo, veis un elemento estructural que se encuentra en Barcelona, en la zona olímpica 00:01:01
y también tenemos que tener en cuenta a la hora de hacer estructuras la viabilidad económica, 00:01:07
es decir, que pueda ser financiada, que se pueda pagar y su adecuación estética, 00:01:12
Es decir, dentro de lo posible intentaremos que la estructura sea lo más bonita posible, aunque estos dos factores, el factor económico y el factor estético, no lo vamos a analizar en esta asignatura puesto que no tiene objetivo en ella. 00:01:16
Bien, pero vamos a ver rigidez, resistencia y estabilidad. Empezamos con la rigidez. ¿Qué es la rigidez? La capacidad que tiene un cuerpo para no deformarse al ser sometido a fuerzas. 00:01:29
Luego, por tanto, queremos que la estructura sea rígida y cuando es una estructura rígida, cuando al aplicar las cargas o esfuerzos que hemos visto en el punto 2 sobre ellas, no se deforma o bien se deforma muy levemente sin llegar a romperse cumpliendo con su funcionalidad. 00:01:38
Ahí tenéis el ejemplo de la Torre Eiffel que habíamos visto antes. Bien, sobre la Torre Eiffel puede aparecer evidentemente muchas fuerzas y muchas cargas en forma de viento, pues tiene que estar fabricada y diseñada de tal manera que ese viento y esas condiciones climatológicas adversas hagan que se deforme o se deforme muy levemente y cumpla con su objetivo que es mantenerse en pie. 00:01:54
Si lo conseguimos, como evidentemente es así, la estructura es rígida. Si no lo conseguimos, la estructura no es rígida y, por tanto, no me vale. 00:02:17
¿Cómo podemos hacer que las estructuras sean más rígidas? Pues hay varios trucos. 00:02:27
El truco más importante es utilizar triángulos. ¿Por qué? 00:02:32
Porque la única figura geométrica que no se va a deformar nunca cuando se aplican fuerzas sobre ella es el triángulo. 00:02:35
luego por tanto si queremos que una estructura sea muy rígida 00:02:40
que no se deforme cuando se apliquen cargas o esfuerzos sobre él 00:02:44
tendremos que hacerlo a base de triángulos 00:02:47
fijaros en este ejemplo de aquí 00:02:50
cualquier figura geométrica que no sea un triángulo se puede deformar 00:02:51
si yo tengo este cuadrado 00:02:55
y aplico una fuerza sobre esa esquina 00:03:01
¿qué es lo que va a hacer el cuadrado? 00:03:04
se va a deformar porque se va a convertir en un rombo 00:03:05
¿Vale? Si yo al pentágono le aplico una fuerza por aquí, pues esto va a bajar y el pentágono se va a achatar y se va a deformar. Sin embargo, si yo aplico una fuerza sobre esta esquina, el triángulo nunca se va a deformar. 00:03:08
Llegará un momento en que se rompa, pero antes de que se rompa no se deforma, con lo cual conseguiré que si la estructura está hecha a base de triángulos sea rígida porque nunca se va a deformar antes de romperse. 00:03:25
Luego, por tanto, si quiero que el cuadrado o el pentágono se conviertan en elementos rígidos, pues lo que tengo que hacer es transformarlo en triángulos. 00:03:37
En el caso del cuadrado, añadirle una barra aquí y lo convierto en dos triángulos. 00:03:46
En el caso del pentágono, añado una barra aquí y añado otra barra aquí y el pentágono lo convierto en tres triángulos. 00:03:51
Con lo cual, las tres estructuras que tenemos abajo han pasado a ser las dos esquinas de no rígidas a rígidas. 00:03:59
Otro elemento, otro truco que se puede utilizar para que las estructuras sean más rígidas es utilizar arcos, 00:04:08
Sobre todo ante el esfuerzo de flexión. Fijaos en ese experimento de aquí. Tenemos un trozo de cartulina. Ese trozo de cartulina, si le ponemos una moneda encima, pues evidentemente el esfuerzo de flexión intenta doblarlo y lo deforma. 00:04:14
Sin embargo, si yo a esa misma estructura le añado un arco, consigo que la misma moneda no deforme la cartulina y aunque está sometido a un esfuerzo de flexión, se quede recto, no se deforma y por tanto no tendría la rigidez. 00:04:30
Luego, por tanto, la rigidez es la capacidad para que los elementos de estructuras se deformen y tengo que intentar, o bien con arcos o bien con triángulos o de cualquier otra manera, que no se deformen y que las estructuras sean rígidas. 00:04:46
segunda condición que tienen que tener las estructuras 00:05:01
la resistencia, ¿qué es la resistencia? 00:05:05
la capacidad que tiene un cuerpo de no romperse 00:05:07
al ser sometido a fuerza 00:05:09
luego la estructura será resistente 00:05:10
cuando no se rompe al ser sometido 00:05:12
a las cargas o esfuerzos 00:05:15
a pesar de que se pueda deformar, lo digo porque resistencia 00:05:16
no es lo mismo que rigidez 00:05:19
rigidez es que no se deforme 00:05:20
resistencia es que no se rompa 00:05:22
y el objetivo de la estructura son las dos cosas, que no se deforma 00:05:24
y que no se rompa, volvemos al ejemplo 00:05:27
de la torre Eiffel, cuando 00:05:29
se aplican 00:05:30
los esfuerzos o cargas sobre ella 00:05:33
que en este caso va a ser la fuerza del viento 00:05:35
tiene que estar fabricada de tal manera 00:05:37
que sea resistente y en ningún 00:05:39
momento ninguno de los elementos 00:05:41
se rompa como es el caso 00:05:42
Bien, condiciones para que la estructura 00:05:44
sea resistente, pues va a depender 00:05:47
del material del que se construya 00:05:48
de qué cantidad tenga 00:05:50
de la forma que tenga, si es triangular, cuadrada 00:05:52
circular, etcétera, y evidentemente 00:05:55
del esfuerzo al que esté sometido 00:05:57
En general, todos los materiales poseen lo que se llama una tensión de rotura para cada tipo de esfuerzo. 00:05:59
Y esa tensión va a ser la máxima fuerza por una superficie que pueden aguantar sin romperse. 00:06:06
Evidentemente, tenemos que intentar que el material tenga la máxima tensión de rotura, 00:06:12
porque cuanto mayor la tensión de rotura, más resistente es la estructura y, por tanto, más fuerza tengo que hacer para romperla. 00:06:16
Esto va a depender de cada material. Luego, por tanto, a la hora de fabricar o diseñar una estructura, tengo que tener muy en cuenta el material porque cada material tiene una tensión de rotura diferente. Si quiero que una estructura sea muy resistente ante un determinado tipo de esfuerzo, tendré que elegir un material, una forma y una cantidad del mismo que sea adecuado a dicho esfuerzo. 00:06:23
En general, porque esto es muy general, de mayor a menor podemos tener la siguiente clasificación. Los elementos más resistentes son los que están hechos de acero, después los de piedra, hormigón, madera, plástico, hilo, cartón y papel. Esto es en general porque va a depender de la forma, va a depender de la cantidad, va a depender del esfuerzo, pero para que nos hagamos una idea. 00:06:46
Y por último, la estabilidad. ¿Qué es la estabilidad? Es la capacidad que tiene un cuerpo de no caer y mantenerse erguido a ser sometido a fuerzas. Luego, la estructura va a ser estable cuando al aplicar cargas o esfuerzos sobre ella, conserva su posición, es decir, no se cae. Volvimos al ejemplo de la Torre Eiffel. Cuando se apliquen aquí los esfuerzos o cargas que va a ser el viento, tenemos que conseguir que la Torre Eiffel esté diseñada de tal manera que no se caiga y no se vaya al suelo. 00:07:08
que evidentemente es así 00:07:39
bien, pues la estabilidad va a estar 00:07:41
muy relacionada con el centro de gravedad 00:07:43
por eso vamos a ver un poquito que es esto 00:07:45
ya que la posición del centro de gravedad 00:07:47
influye directamente en que la estructura 00:07:49
sea más o menos estable 00:07:52
o directamente inestable 00:07:53
bien, ¿qué es el centro de gravedad? 00:07:55
el centro de gravedad es un centro teórico 00:07:57
y matemático donde se concentraría 00:07:59
toda la masa del objeto 00:08:02
si éste se redujese a un punto de minuto 00:08:03
es un concepto matemático 00:08:06
y es un concepto ideal, no existe 00:08:07
pero si yo pudiese concentrar 00:08:09
toda la masa del material 00:08:11
en un punto pequeñísimo 00:08:12
ese sería el centro de gravedad 00:08:15
¿y cómo conozco el centro de gravedad de un objeto? 00:08:16
porque es muy importante conocerlo 00:08:19
a la hora de saber si la estructura es estable o no 00:08:20
pues tenemos, primera 00:08:22
forma 00:08:24
científica que es utilizando 00:08:25
fórmulas matemáticas que no vamos a ver en esta secundaria 00:08:28
segundo 00:08:31
sabiendo que el centro de gravedad siempre va a estar 00:08:32
en los ejes de simetría de los objetos 00:08:35
por lo tanto, si un objeto es simétrico 00:08:36
en varios ejes de simetría 00:08:38
yo sé que su centro de gravedad va a ser 00:08:40
donde ambos ejes se crucen 00:08:42
si no conozco 00:08:44
las fórmulas matemáticas y el eje 00:08:46
el objeto no es 00:08:48
simétrico, tengo un tercer truco que es 00:08:50
haciendo el siguiente ensayo, cuelgo 00:08:52
el objeto de una esquina con un hilo 00:08:54
agarrado una plomada, ahí tenéis 00:08:56
quiero saber cuál es el centro de gravedad de esa 00:08:58
piedra que es completamente regular 00:09:00
cojo, le pongo una plomada con un hilo 00:09:01
y lo cuelgo 00:09:04
a continuación marcamos la línea 00:09:05
vertical que hace sobre el 00:09:08
objeto con el suelo, ahí tenemos la línea 00:09:10
vertical. Ahora hacemos 00:09:12
exactamente lo mismo pero cogiendo desde 00:09:14
otro punto, cogemos la misma piedra 00:09:16
la cogemos desde otro punto, ahora está marcado 00:09:18
la que hemos visto antes, volvemos 00:09:20
a marcar la línea 00:09:22
vertical con el suelo y donde se 00:09:24
crucen ambas líneas, ahí tenemos el centro de gravedad 00:09:26
¿vale? Luego este sería un 00:09:28
truco práctico para conocer 00:09:30
el centro de gravedad, si no lo conozco con las 00:09:32
fórmulas matemáticas o si la pieza 00:09:34
no es simétrica y por tanto 00:09:36
no tiene el eje de simetría y no puedo sacarlo de esa manera. 00:09:38
Bien, ¿y por qué es importante conocer el centro de gravedad? 00:09:41
Pues porque cuando la proyección del centro de gravedad queda fuera de la base, 00:09:45
el objeto se convierte en estable. 00:09:51
Sin embargo, si la proyección del centro de gravedad sobre la base queda adentro, 00:09:53
entonces el objeto es estable. 00:09:57
Luego, por tanto, siempre tendremos que intentar que la proyección del centro de gravedad 00:09:59
quede dentro de la base 00:10:04
porque de esa manera conseguimos 00:10:06
que el objeto sea estable 00:10:08
mediante una serie de trucos que vamos a ver a continuación 00:10:10
vemos un ejemplo 00:10:13
fijaros en esa estructura, es un triángulo 00:10:14
que tiene dos ejes de simetría 00:10:16
el primer eje de simetría es este 00:10:18
el segundo eje de simetría 00:10:20
es este de aquí 00:10:23
luego donde ambos ejes de simetría se crucen 00:10:24
ahí está el centro de gravedad 00:10:26
si proyecto el centro de gravedad sobre la base 00:10:28
veo que queda dentro de ella, luego por tanto 00:10:30
la estructura va a ser estable 00:10:32
pero fijaos en esta estructura 00:10:33
esta estructura 00:10:35
no es simétrica, luego entonces 00:10:38
tengo que calcular el centro de gravedad utilizando el 00:10:39
truco que hemos visto en la transparencia 00:10:42
anterior, cuelgo de aquí y trazo 00:10:44
su vertical hacia el suelo 00:10:46
cuelgo de aquí y trazo su 00:10:47
vertical hacia el suelo y me sale 00:10:49
que el centro de gravedad se encuentra en este punto 00:10:51
pero fijaros, si ahora proyecto este 00:10:53
centro de gravedad sobre la base veo que queda 00:10:55
fuera de ella, por lo tanto como sea el objeto 00:10:57
o la estructura en este caso va a ser 00:10:59
inestable. Bien, ¿cómo puedo 00:11:02
aumentar la estabilidad? Pues, truco 00:11:05
básico y condición básica, aumentar 00:11:07
la base. El recurso más utilizado para aumentar 00:11:10
la estabilidad es aumentar la base lo más posible y 00:11:13
de esa manera voy a asegurar que independientemente de que se mueva 00:11:16
o no, la estructura, su centro de gravedad va a caer siempre 00:11:19
sobre la misma. Por eso, veis aquí que todas 00:11:22
las estructuras normalmente siempre tienen 00:11:26
mucha más base que parte de arriba 00:11:28
para asegurarnos que el centro de gravedad 00:11:31
que por ejemplo podría estar aquí 00:11:33
al proyectarlo va a caer dentro 00:11:35
fijaos en esta estructura, si yo no pusiera 00:11:36
estos alambres por aquí que aumentan 00:11:39
la base, sería una estructura muy 00:11:41
inestable porque su centro de gravedad 00:11:43
que más o menos quedaría por aquí 00:11:45
fijaos, bueno, si cae dentro 00:11:47
de la base, pero imaginaos que 00:11:49
por lo que sea viene un poquito de viento 00:11:51
pues este centro de gravedad se movería 00:11:53
un poquito para acá, y el momento en que 00:11:55
se moviese para acá, al caer fuera sería 00:11:57
inestable, bueno, pues truco para hacer 00:11:59
que sea más estable, le pongo aquí 00:12:01
tirantes, de manera que aumento 00:12:02
la base muchísimo y aunque 00:12:05
se me mueva el centro de gravedad un poquito 00:12:07
por el viento, siempre me voy a asegurar que va a caer 00:12:08
luego sería un truco 00:12:11
y segundo truco 00:12:12
intentar bajar el centro de gravedad 00:12:15
si bajamos el centro de gravedad 00:12:17
lo más posible, siempre nos vamos a asegurar 00:12:18
que 00:12:20
el centro de gravedad cae sobre la base 00:12:21
por ejemplo, tenemos aquí 00:12:25
esta canasta, si nosotros 00:12:26
hacemos que 00:12:28
aquí haya mucho más 00:12:30
peso que en la parte de arriba 00:12:32
su centro de gravedad que teóricamente 00:12:34
podría estar aquí, bajaría aquí 00:12:36
y el momento en que baja aquí 00:12:39
a pesar de que esto se pueda mover un poquito 00:12:40
por el juego, pues siempre 00:12:42
nos vamos a asegurar que el centro de gravedad 00:12:44
va a caer dentro de la base 00:12:47
lo que por tanto en este punto hemos 00:12:48
visto cuáles son las condiciones que tiene 00:12:50
que tener una estructura para que sea 00:12:52
funcional, que sea rígida 00:12:54
que sea estable y que sea 00:12:56
resistente. Que sea rígida significa que no se deforme o se deforme lo menos posible y para eso 00:12:58
podemos utilizar triángulos o podemos utilizar arcos. Que sea resistente significa que no se 00:13:04
rompa al ser sometido esfuerzos y para eso tengo que elegir el material adecuado que tenga cuanta 00:13:09
más tensión de ruptura mejor y que sea estable significa que no se caiga y para eso el truco que 00:13:14
podemos hacer es bajar el centro de gravedad o aumentar el tamaño de la base. 00:13:19
Idioma/s:
es
Materias:
Tecnología
Niveles educativos:
▼ Mostrar / ocultar niveles
  • Educación Secundaria Obligatoria
    • Ordinaria
      • Primer Ciclo
        • Segundo Curso
Autor/es:
José Enrique Suárez Pascual
Subido por:
Jose Enrique S.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial
Visualizaciones:
119
Fecha:
26 de abril de 2020 - 19:12
Visibilidad:
Público
Centro:
IES ISABEL LA CATOLICA
Duración:
13′ 25″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1366x768 píxeles
Tamaño:
9.49 MBytes

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