Forces i estructures

1 LES FORCES
Força: acció capaç de modificar l’estat de repòs o de moviment d’un cos o produir-li deformacions. Unitat de força: Newton (N)
1 kp = 9,8 N

Aparell de mesura: dinamòmetre
Les forces es representen amb un vector (és una magnitud vectorial), es important saber el punt d’aplicació, la intensitat, el sentit i la direcció.

2 PROPIETATS MECÀNIQUES DELS MATERIALS

Ens descriuen el comportament dels materials davant els esforços (forces) que intenten estirar-lo, aixafar-lo, doblegar-lo, tallar-lo o trencar-lo amb un cop sec.
  • a) Resistència:
És la capacitat que té un material per suportar forces sense trencar-se.
  • b) Tenacitat i Fragilitat:
Tenacitat:
És la capacitat que tenen alguns materials de suportar cops sense trencar-se.
Ex: l’acer.

Fragilitat:
És la capacitat que tenen alguns materials de trencar-se fàcilment amb un cop.
Ex: el vidre.
  • c) Elasticitat:
És la capacitat que tenen alguns materials de recuperar la forma original després d’haver estat deformats per un esforç.
Ex: una goma elàstica.
Límit elàstic --> deformació permanent
  • d) Plasticitat:
És la capacitat que tenen alguns materials de deixar-se deformar (donar formes diferents sense que es trenqui).
Ex: la plastilina.

Ductilitat:
És la capacitat que tenen alguns materials de deixar-se estirar en fils molt prims.
Ex: el coure.

Mal·leabilitat:
És la capacitat que tenen alguns materials de deixar-se transformar en làmines molt primes.
Ex: or, alumini..
  • e) Duresa:
És la capacitat que tenen alguns materials de no deixar-se ratllar.
Ex: diamant.
Un material tou és aquell que es deixa ratllat fàcilment.
Ex: Guix.

3 ESFORÇOS

Direm que un cos està sotmès a un esforç quan li apliquem una força.
Si el cos suporta l’esforç sense trencar-se direm que el cos es resistent a aquest tipus d’esforç.
Tipus d’esforços:
  • Esforç de tracció:
Forces que intenten estirar un material, volen allargar-lo.
Ex: el cable d’una grua, ascensor
Que un cos sigui resistent a la tracció (sigui capaç de suportar esforços de tracció sense trencar-se) depèn de: el material, la secció. S’usa l’acer per cables i el niló per fils i cordes ja que són molt resistents.
  • Esforç de compressió:
Forces que intenten aixafar un material. (dues forces que van amb la mateixa direcció però amb sentit oposat)
Ex: les potes d’una cadira, els pilars d’un edifici.
Per què un cos sigui resistent a la compressió cal que sigui rígid, ample i no molt llarg ja que si no es vinclarà.
  • Esforç de flexió:
Forces que intenten doblegar o corbar un material.
Ex: la fusta d’un trampolí, les bigues, canya de pescar, una prestatgeria.
Que un cos sigui resistent a la flexió (sigui capaç de suportar esforços de flexió sense trencar-se) depèn de: el material, la longitud i la secció.
  • Esforç de torsió:
Forces que intenten retorçar (que giri) un material.
Ex: al utilitzar un tornavís, eix d’un motor, volant d’un cotxe.
Un cos com més ample i curt més resistent a la torsió.
  • Esforç al cisallament o al tall:
Forces que intenten tallar el material.
Ex: Al tallar amb unes tisores, alicates, cisalla, en unions cargolades i reblades.
La resistència d’un cos al cisallament depèn del material i de la seva secció. Un material molt resistent al cisallament és l’acer.

4. ESTRUCTURES

Una estructura és un conjunt d’elements units entre ells, la funció bàsica dels quals és suportar forces exteriors i interiors (quadre de la bicicleta), aguantar el propi pes (l’esquelet del nostre cos), donar forma (tubs d'una tenda de campanya), salvar accidents geogràfics (ponts, túnels), protegir un objecte (crani, el xassís d'una màquina), elevar carregues (grues, torres d'alta tensió, antenes), mantenir l’estabilitat, emmagatzemar (contenidors, depòsits, envasos), cobrir espais (cúpules, bòvedes, marquesines) ...

Una bona estructura serà aquella que sigui rígida, resistent i estable.
Abans de construir una estructura caldrà escollir el material adequat, la forma i la seva disposició.

TIPUS D'ESTRUCTURES

Estructures naturals.- són les que trobem a la natura (arbres, esquelets, etc.).

Estructures artificials.- són les realitzades per l’home amb diverses tècniques:

  • Massives.- Són estructures en les quals predominen una gran concentració de material. Es caracteritzen pel fet de ser estables, molt pesants i amb superfícies molt amples. Exemple: estructures prehistòriques fetes amb grans pedres.
  • De voltes.- En les estructures de voltes hi predominen els arcs, les voltes o les cúpules amb elements de subjecció i suport. Exemple: la Mesquita de Còrdova.
  • Estructures d’armadura.- Formades per un conjunt de perfils de fusta, acer o formigó que s’entrecreuen entre elles formant una espècie d'esquelet. Segons la seva disposició poden ser:
    • Entremades.- Formen una malla o entremat de peces verticals i horitzontals. Els elements estructurals són les bigues, els pilars o columnes. Exemples: estructures d'edificis, una cadira, un carro de super...
    • Triangulades.- Es formen unint molts triangles que construeixen xarxes planes o espacials. Exemples: una nau industrial, una bastida, una grua, una torre d'alta tensió o la torre Eiffel.
    • Penjants.- Suporten part del pes de la construcció mitjançant cables o perfils que es fixen a murs o torres molt resistents. Per exemple, al pont Golden Gate de San Francesc (pont de la Maphre) trobem un tauler o passarel·la de grans dimensions, amb una corda o perfil d’acer molt gran entre els pilars, i unes barres verticals o tirants que estabilitzen l’estructura.
  • Estructures laminars o de carcassa.- Formades per làmines unides entre si que l'envolten formant la caixa o carcassa de l'objecte. Ex: carrosseria d’un vehicle, un contenidor, carcassa d’un aparell.

ELEMENTS DE LES ESTRUCTURES (són les parts de l'estructura que suporten els diferents esforços que actuen sobre ella).

  • Fonaments
  • Elements verticals
  • Elements horitzontals
  • Arcs, bòvedes i cúpules
  • Tirants i tensors
  • Tornapuntes

Fonaments.- Són la base resistent on recolzen les estructures. Als edificis els trobem per sota el nivell de terra, formats per gran quantitat de formigó armat.

Elements verticals.- Treballen fonamentalment a compressió, encara que poden rebre esforços laterals de flexió. Són principalment els pilars o columnes, els murs de càrrega, els murs de contenció, les potes i suports.

Elements horitzontals.- Suporten esforços de flexió, recolzats en els extrems i suportant la càrrega en tota la seva longitud. Són principalment les bigues, biguetes i jàsseres de construccions.

Arcs, bòvedes i cúpules.- Són elements amb forma de corba que reparteixen les càrregues i els pesos que reben verticalment cap als laterals, permetent obrir espais de pas entre pilars (arcs), entre murs (bòvedes) o cobriments d’edificis (cúpules).

Tirants i tensors.- Són cables o barres que suporten esforços de tracció i serveixen per augmentar l’estabilitat i resistència de les estructures.

Tornapuntes.- Són puntals que uneixen dues peces que formen un angle recte. Treballen a compressió.


Estabilitat de les estructures (Centre de gravetat)
Normalment interessa que l'estructura no pugui bolcar ni caure fàcilment per evitar danys o catàstrofes.
Maneres per fer més estable una estructura:

  • Fixar l’estructura a terra
  • Augmentar el pes de la base
  • Fer una base més gran
  • Col·locar cables tensors



Mapa conceptual de la unitat didàctica

Visualitza les següents presentacions:



Activitats:


Enllaços d'interès:
Curiositats:
Activitat pràctica:
Etiquetes de comentaris: