Máquinas Simples

Fuerzas en un Plano Inclinado: Descomposicion del Peso

FUERZAS EN UN PLANO INCLINADO
Descomposición de un Peso en un Plano Inclinado

► Plano Inclinado, Una Máquina Simple

este tipo de máquina simple se utiliza muy a menudo para cargar o descargar cuerpos pesados sobre una plataforma, por ejemplo cuando queremos cargar el acoplado de un camión.

No es lo mismo levantar el peso total del cuerpo verticalmente, que hacerlo sobre una superficie inclinada, pues al colocar el peso sobre dicha superficie aparecen nuevas fuerzas en juego que ayudaran a realizar el trabajo.

Estas fuerzas pueden observarse en la figura de abajo, que pronto vamos a estudiar su valor, y que logicamente dependen del peso del cuerpo.

Antes vamos a decir que también ayuda a bajar los cuerpo, pues si soltaríamos el objeto sobre la vertical del acoplado de un camión el mismo caería al piso con todo su peso y tendría grandes posibilidades de romperse, en cambio, al soltarlo sobre el plano inclinado una fuerza que tiene la dirección del plano y con sentido hacia abajo lo llevará lentamente hasta el piso.

Hay que aclarar que entre el objeto y el plano hay una fuerza de rozamiento (que no está dibujada) con sentido contrario al moviento, es decir hacia arriba, entonces para moverse la fuerza Px deberá ser mayor a la de rozamiento. (ya lo estudiaremos).

Sigamos ahora con el caso mas simple , sin rozamiento, y analicemos las dos fuerzas que aparecen, que resultan de la descomposición del peso P en dos direcciones, una paralela al plano, llamada Px y otra perpendicular, llamada Py.

Como se observa, y Ud. debería analizarlo, el ángulo de inclinacion del plano que se llama @ , es el mismo que existe entre el peso P y Py. (se puede estudiar aplicando la teoría de triángulos semejantes).

►Fuerzas Al Descomponer Un Peso

Al descomponerse el peso P en dos direcciones perpendiculares, es como si P desapareciera para siempre, y de aqui en mas solo trabajaremos con sus componentes Px y Py.

Para obtener el valor de ambas fuerzas usaremos la figura de abajo y aplicaremos trigonometría, las famosas funciones seno y coseno.

►Diagrama de Fuerzas en el Plano Inclinado

►Cálculo de las Componentes del Peso

Para hallar las componentes observemos la descoposción gráfica y aparece un triángulo rectángulo que llamalos ABO, en donde el ángulo B=90°, [email protected] (inclinación del plano), entonces según las reglas de la trigonometría podemos escribir lo siguiente:

sen(@)=Px/P ====> Px=P. sen(@)=m.g.sen(@)=Px , la componente sobre el eje x

cos(@)=Py/P ====> Py=P. cos(@)=m.g.cos(@)=Py , la componente sobre el eje y

Resumiendo podemos decir, que para obtener el valor de las componentes de las fuerzas en que se descompone un peso sobre un plano inclinado solo debemos tener como datos: el peso P y el angulo de inclinación @.

Si no tenemos dicho ángulo podemos usar como alternativa (y en la mayoría de los casos en así) las dimensiones del plano, y obtener directamente el seno y coseno de @.

Podemos escribir que: sen(@)=h/L (longitud inclinada) y cos(@)=l/L y listo. Hallando la función inversa arco seno o arco coseno, podemos calcular el valor del ángulo, pero generalmente no hace falta.

La fuerza Px no llevará el cuerpo hacia abajo, hasta el piso, pero bien que pasa con la fuerza Py hacia abajo normal al plano?….como en cuerpo no se mueve en esa dirección significa que hay algo que lo evita y justamente es la reacción en la superficie de contacto, pues aparece por la 3° ley de Newton una reacción que es de igual magnitud a Py, pero de sentido contrario, y que se anulan entre si, y no hay movimiento en ese sentido.

Oberva la figura de abajo, la fuerza color verde, es la reacción del plano.

Ejemplo: el peso de una caja es de 1200 Newton y se apoya sobre un plano que tiene 3 m. de largo y asciende 1,75 m. Determine el valor de las componentes del peso sobre el plano.

1) Tenemos el peso en Newton, que es 1200 y por lo tanto: m.g=1200

2) No tenemos el ángulo pero sabemos que: sen(@)=1,75/3= 0,58 y que cos(@)=l/L=l/3, nos falta l.

Para calcular l, usamos el teorema de Pitágoras, pues l=es el cateto mayor del triángulo, y dá: 2,44 m, ósea cos(@)=2.44/3=0,813

Ahora hallamos: Py=1200 . 0,81=976 Newton y Px=1200 . 0,58=700 Newton

A la fuerza de 976 N la absorbe el plano, de lo contrario se rompe el material y la otra hacia abajo de 700 moverá el bloque hasta el piso, o si lo debemos cargar, habría que empujarlo hacia arriba con una fuerza de 700 N., ósea, 500 N menos que si quisieramos levantarlo verticalmente, sin usar el plano.

Ver Una Animacion de Flash

► TEORÍA SOBRE PLANO INCLINADO:

Una máquina tiene por objeto utilizar ventajosamente energía para producir trabajo.

En general, la máquina proporciona un modo más fácil de hacer el trabajo, pero en ningún caso se puede conseguir de la máquina más trabajo que el que se le, suministra. Oros post en este sitio sobre palancas y poleas han demostrado que es posible, en comparación, levantar grandes pesos mediante la aplicación de fuerzas pequeñas.

El plano inclinado es otro medio para levantar un gran peso con facilidad. Es especialmente útil para cargar barriles y toneles, puesto que se pueden rodar hacia arriba por la pendiente. Este método se usa, actualmente, para cargar barriles de cerveza en carros y camiones de reparto, pero hace tiempo se utilizó mucho más ampliamente.

El plano inclinado debe de haber sido una de las pocas máquinas que el hombre tenía en la antigüedad. Por ejemplo, los primitivos egipcios utilizaron las pendientes en gran escala para la construcción de las pirámides.

Se requiere una fuerza mayor para mover la carga en un plano con fuerte ángulo de inclinación que en otro menos inclinado.

Sin embargo, el trabajo total que se requiere para levantar la carga a una misma altura es el mismo, cualquiera que sea el ángulo de inclinación del plano.

Por otra parte, se ha de realizar un trabajo adicional para vencer las fuerzas de fricción entre la carga y el plano, y éstas son menores cuanto mayor sea el ángulo de inclinación del plano con la horizontal.

El cociente de velocidad de cualquier máquina se obtiene dividiendo la distancia a lo largo de la cual se traslada la fuerza aplicada (o esfuerzo) por la altura a la cual se eleva la carga.

Como en las otras máquinas, el cociente de velocidad de un plano inclinado se calcula a partir de sus dimensiones.

Por lo tanto, si no hubiera resistencia debida a rozamientos, una carga de 100 Kg. se podría subir por el pleno con un esfuerzo de 25 Kg. Pero en la práctica sería de 35 Kg. a 45 Kg., según la naturaleza de las superficies.

La distancia que recorre la fuerza aplicada es la distancia a lo largo del plano, mientras que la distancia a la cual se eleva la carga es la altura a la que se encuentra.

Puesto que las fuerzas de fricción, o rozamiento, tienen un efecto mucho mayor en el rendimiento del plano inclinado que en otras máquinas (especialmente poleas), se gana muy poco intentando calcular la ventaja mecánica (carga/esfuerzo) a partir de consideraciones teóricas.

Es más conveniente encontrar experimentalmente la ventaja mecánica, y utilizarla como un medio de calcular la magnitud de las fuerzas de rozamiento.

Los rodillos del plano disminuyen el rozamiento, haciendo mas fácil la subida al camión.

La fricción por la acción de rodar que se experimenta al cargar barriles (y otros objetos de sección circular) es pequeña si se compara con la fricción de deslizamiento que se debe vencer cuando se empujan cajas (o se tira de ellas) por un plano inclinado.

Por esta razón, el plano inclinado se ha utilizado durante muchos años para cargar barriles.

Recientemente, sin embargo, el trabajo adicional necesario para cargar cajas se ha reducido considerablemente, mediante el empleo de planos inclinados provistos de rodillos metálicos.

En este caso, los rozamientos se han reducido al cambiar la fricción de deslizamiento por fricción de rodadura.

Fuente Consultada:
Revista TECNIRAMA N°48 Enciclopedia de la Ciencia y La Tecnología -Plano Inclinado-

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Formula del Vértice de una Parabola Cuadrática Ejemplo Online

Fórmula del Vértice de una Parábola Cuadrática
Ejemplo Online

La función general de segundo grado y = ax² + bx+c  representa gráficamente en el plano cartesiano una parábola.

Asignando valores reales a la variable independiente x para obtener los valores de la variable dependiente y, podemos graficar sobre un par de ejes coordenados la curca parabólica.

Por Ejemplo:
—    Elaborar el gráfico de la función:      y  =   x² — 2 x — 2.

En donde según la fórmula general, los coefecientes son: a=1, b=-2 , c=-2

Se elabora la siguiente tabla:

x-3-2-10123
y1361-2-3-21

LLevando estos puntos a plano cartesiano, se tiene la siguiente curva:

grafica parábola

Se puede graficar desde aquí

Para calcular el vértice de cualquier parabola, usamos la siguiente fórmula:

formula vertice parabola cuadrática

Fórmula General Vértice Parabola Cuadrática

Para el caso que venimos estudiando es:

Coordenada X=(-(-2)/2.1)=1

Coordenada Y=(-(-2)²/4.1)-2)=-3

Coordenadas del vértice es: V(1,-3)


Animaciones Didácticas Para Docentes de Ciencia, Lengua, Matematicas

Animaciones Didácticas Para Docentes- Ciencia – Lengua – Matemáticas

Desde hace varios años y casi desde el inicio de la informática con entorno grafico ha permitido construir softwares educativos que ayudan enormemente el aprendizaje de los temas tratados en las escuelas primarias y secundarias , debido a su facilidad para crear elegantes y didacticas simulaciones de los procesos que se deseen estudiar o enseñar.

Por ejemplo, en fisica, podemos analizar el movimiento de una pelotita que cae desde un avión y materializar en cada instante a que la altura se encuentra , a que velocidad va descendiendo y en que tiempo llegará al piso.

Creemos que esas herramientas son elemntos modernos y maravillosos para utilizar en el aula, sobre todo con los niños mas pequeños que les puede costar un poco mas hacer abstracciones para imaginar procesos como el del ejemplo.

Estas animaciones, se fueron perfeccionanado a tal punto, que hoy existen verdaderos modelos cientificos-matematicos que pueden simular los efectos de un terremoto sobre un gran edificio de decenas de piso, y estudiar el comportamiento.

También se puede reecrear una cirugia determinada para que los futuros médicos puedan aprender de los riesgos de esas cirugias.

En fin, podríamos escribir varios post sobre las ventajas del uso de las animaciones y simulaciones, pero en este caso solo queremos indicar una serie de link o enlaces a decenas de simples animaciones gratuitas muy interesantes para quE los docentes puedan mostrar y enseñar jugando a sus alumnos.

Queremos agregar que hace tiempo se realizó un estudio, llamado «La animación como ayuda en el aprendizaje multimedia» que publicaba el “Educational Review Psychology” que mostraba la efectividad de la animación en estudiantes universitarios, a la hora de memorizar, atender, almacenar y recuperar información adquirida.

Desde el arte, las ciencias y las matemáticas, la animación en el aula puede promover una mejor comprensión de las materias, si lo comparamos con un formato de presentación verbal (dominante en nuestras aulas) y siempre que se utilice bajo ciertas condiciones, según nos indica este estudio.

VISTA DEL ENTORNO DE TRABAJO DEL SITIO DE LAS ANIMACION EDUCATIVAS

animaciones educativas

LISTA DE ENLACES A LAS ANIMACIONES EDUCATIVAS POR MATERIA

Ver También: Lista de Enlaces Para Animaciones del Sistema Respiratorio

Software Calculo de Esfuerzos en Vigas Corte y Momento Flector

USO DEL SOFTWARE ARQUIMEDES

  • Debes ingresar la longitud de la viga
  • Elegir el tipo de carga e ingresar los datos de la misma
  • Puedes ir sumando cargas o distintos estados
  • Si es un tramo de una viga continua, puedes ingresar los momentos en los extremos
  • Pulsando sobre los botones de mto. flector y corte puede ver los diagramas
  • Puedes visualizar e imprimir los diagramas

Picar aquí para comenzar la descarga

Bajar Complementos

Es una versión de prueba, pero ideal para estudiantes de ingeniería
(en las vigas simplemente apoyadas puede aparecer un mínimo momento flector en uno de los extremos, pero debes considerarlo como cero)

Software para esfuerzo en vigas isostaticas

Software para esfuerzo en vigas isostaticas

Los Archivos de Ambas Descargas Se Deben Colocar Adentro de una Misma Carpeta
Descargar SoftwareDescargar Complementos

Ver También: Método de Cross Para Vigas

Esfuerzos en una Viga Isotática Online

Volver a Ingeniería Civil

Ver Tambien: Cross Para Vigas

Resolucion Ecuacion de Segundo Grado,Aplicando la Resolvente

RESOLUCIÓN ECUACIONES DE 2º GRADO

CALCULO DE LAS RAÍCES EN ECUACIONES CUADRÁTICAS


Por Silvia Ele Profesora de Matemáticas

RESOLVER UNA ECUACIÓN DE SEGUNDO GRADO CON UNA INCÓGNITA:1ra. Parte

Una ecuación de segundo grado es aquella en la cual la incógnita

(generalmente simbolizada por x ) aparece elevada a la segunda potencia.

En general, puede simbolizarse como

MATH

donde $a$ representa al coeficiente del término cuadrático, y nunca puede

ser$=0$ , pero sí puede ser igual a cualquier otro número real.

MATH es el coeficiente del término lineal, es decir aquel en que $x$ aparece elevada

a la primera potencia. Puede o no ser igual a $0$. Y

MATH es el término independiente, pues es el coeficiente del término donde

$x$ aparece elevada a la potencia $0$, o sea, $x$ no aparece porque $x^{0}=1$.

Según los valores de $\ \ a$, $b$ y $c$, las ecuaciones de segundo grado se clasifican en

1.Completas, cuando $a,b$ y $c$ son distintas de $0$.

2.Incompletas, cuando

2.1 $b=0$, o sea, no contiene término lineal,

o bien $\ $cuando 2.2 $c=0,$ es decir, no existe término independiente.

Veamos 2.1. La forma general sería

MATH

En este caso, la resolución es fácil:

MATH $\ \ \ \ \ \ $de donde MATH

Por lo tanto

MATH MATH y MATH

Por ejemplo:

$4x\U{b2}-25=0,$

se resuelve así: $\ $

de $\ 4x\U{b2}=25$, es MATH, y MATH

Por lo tanto, MATH $\ \ \ \ \ \ \ \ $ y MATH

2.2Si $\ \ \ c=0$, es $\ \ \ ax^{2}+bx=0$

En este caso, para resolver, extraemos el factor común, y nos queda

MATH $si$ $a=1$

Que es lo mismo que $(x-0)(x+b)=0,$

y este producto dará $=0$ sólo si $x\U{2081} =0$ , (porque el primer factor será $0$,

y multiplicado por lo que sea que valga el otro, dará producto $0$), o bien si

$x\U{2082} =-b$ (ya que $-b+b=0$ ).

Por ejemplo, $\ x^{2}-4x=0$ se puede pensar como

MATH o sea $x(x-4)$ $=0$ , que tendrá

como raíces $x\U{2081} =0$ y $x\U{2082} =4.$

Volviendo al caso general, si $\ \ a=1$, se dice que las ecuaciones son Reducidas.

Veamos cómo se resuelve una de estas joyitas cuando $a=1$, y $b$ y $c$ son

distintas de $0$.

Su forma sería MATH

Pensémoslo en un ejemplo: $\ x^{2}-6x-16=0$ .

Si hacemos un conveniente pasaje de miembro ( el viejo truco ),

nos queda $x2-6x=16$ [1]

Si observamos el primer miembro, vemos que podría corresponder a los dos

primeros términos de un trinomio cuadrado perfecto ( o sea, el cuadrado de un

binomio), donde

MATH es el cuadrado del primer término del binomio,

MATH sería el doble producto del primero por el segundo,

pero nos faltaría el cuadrado del segundo.

Ahora bien, si $\ x$ es el primer término del binomio, $\ $

$-6$ sería el producto de $2$ (doble producto, dijimos) por el segundo.

Si llamamos $q$ al segundo, donde

$2q=-6$ implica que $q=-3$.

Y el binomio sería $(x-3)$

Entonces, apelando al otro viejo truco: «sumo y resto lo mismo y no altero

la suma», puedo escribir

MATH (porque $9-9=0$)

Y, asociando convenientemente, queda

MATH

o sea, MATH

Entonces, reemplazando en [1], queda MATH

y, resolviendo, será

MATH

y

MATH

o sea MATH de donde $\ x\U{2081} =8$

y $x\U{2082} =-5+3,$ $x\U{2082} $ $=-2$

Generalizando lo anterior, se ve que este mismo proceder es aplicable a

cualquier ecuación general de 2º grado con una incógnita. O sea, si:

MATH

será $\ x^{2}+bx=-c.$

Y si utilizamos el recurso del trinomio cuadrado perfecto, veremos que

$\ bx=2.x.q$ .

Entonces, es $q=\frac{b}{2}.$

y, si sumamos y restamos $\ q^{2}$ en ambos miembros (nuestro querido y

viejo truco), será MATH

Luego, antes de caer en el colpaso cerebral, hacemos el conveniente

pasaje de miembro y el factoreo del trinomio, y nos quedará

MATH 

De donde, MATH

y

MATH ; MATH ; MATH ;

MATH; MATH

que es lo mismo que

MATH .

esto es lo mismo que

MATH 

Y si aún queda alguien que desconfíe de este razonamiento, veamos si,

aplicando esta fórmula en la ecuación anterior, llegamos a las mismas

raíces. (Atención: un ejemplo no es una demostración válida, pero si el ejemplo

no coincide con la conclusión, vale para demostrar la no validez de la misma.)

Recordemos que era:

$a=1$; $\ \ b=-6$; $\ \ c=-16$

entonces MATH

de donde

MATH,

pero $36+64=100$, entonces

MATH o sea MATH entonces

$\ x\U{2081} =8$ ( que coincide con una de las que hallamos antes)

y

MATH entonces $\ x\U{2082} =-2$ (y que también coincide con la otra que hallamos)

APLICACIÓN ONLINE DE LA RESOLVENTE

Una vez aceptado esto, es una buena idea proponernos, para cuando

egresemos de la sala de terapia intensiva para cerebros exhaustos,

preguntarnos si esta fórmula sirve para todos los casos. O sea,

¿sirve tanto para completas como para las incompletas y para las

que no son reducidas?.

También nos queda para después el análisis de la relación entre el

valor y la «realidad» de las raíces, y el signo de la expresión sub-radical

en la fórmula.

Estos desarrollos los dejamos para otro día, cuando la convalescencia

esté avanzada, y nuestras neuronas hayan recuperado su actividad.

Por hoy, les deseo feliz terapia.

Y les digo «¡Hasta el próximo suplicio!»

«Silvia Ele, la autora de esta colaboración, es una profesora de matemática de muchos años, con quien podés comunicarte enviándole un mensaje a  [email protected] «

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Enlace Externo:• Ecuaciones de segundo grado y bicuadradas