Laboratorio De Dinmica N4Investigacin De Dinmica Aplicada

PREGUNTAS

1. Podra imaginar que la fuerza del viento puede romper un puente? Si esa misma fuerza la aplico como una carga esttica sucedera lo mismo?El viento en s puede hacerlo (no tanto la fuerza). Ms que todo se debe es al fenmeno de resonancia mecnica.La resonancia mecnica es un fenmeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la accin de una fuerza peridica cuyo periodo de vibracin coincide con el periodo de vibracin caracterstico de dicho cuerpo. En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud del movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza. Este efecto puede ser destructivo en algunos materiales rgidos...El viento que provoc la cada del puente Tacoma Narrows se mova a una velocidad de 61 kilmetros por hora y tena 5 segundos de frecuencia, que result ser muy similar a la frecuencia natural del puente con lo cual la energa transferida al sistema era mxima y las ondas estacionarias producidas en el puente empezaron a balancearlo y acabaron colapsndolo. El puente estaba perfectamente calculado para cargas verticales, pero no se pens suficientemente en el viento lateral. Los puentes si tenan cargas horizontales de viento, en el caso concreto de Tacoma, era capaz de soportar una carga mucho mayor que la del viento que lo tumb. Lo que no estaban contemplados eran los efectos de vibraciones que se podan producir.

Si la fuerza del viento se le aplica como una carga esttica, no sucede lo mismo. La carga es esttica (no hay movimiento), por lo que el puente es capaz de soportar cargas de esas magnitudes donde el fenmeno de resonancia no tiene efecto.

2. Si un viento de 60 km/h derriba una chimenea podra suceder que un viento de mayor velocidad no la derribe?Consideramos que probablemente podra. O bien puede causar ligeros daos (como lo seala la Escala Fujita) De 60 a 120 Km/h Ligeros Daos en chimeneas, antenas de radio y televisin, se quiebran las ramas de los rboles y algunos son derribadosBsicamente todo depende de la frecuencia del viento y la de la chimenea. Para evitar vibraciones por el fenmeno vortex shedding, la relacin altura/dimetro no debe superar el valor de 15, en caso contrario, se debe comprobar que la frecuencia natural de la chimenea sea superior a la frecuencia producida por el vortex shedding. Para que no se produzcan vibraciones de ovalacin, la frecuencia natural de la chimenea ser al menos dos veces mayor que la frecuencia de vortex shedding. Eventualmente, si la frecuencia de vrtices coincide con la frecuencia de resonancia de la estructura, la estructura comenzar a resonar y el movimiento de la estructura puede llegar a ser autosuficiente. Estas chimeneas se pueden proteger de este fenmeno mediante la instalacin una serie de vallas en la parte superior y corriendo por el exterior de la chimenea para aproximadamente el 20% de su extensin. Las vallas estn situadas generalmente en forma helicoidal, impidiendo la resonancia con frecuencias bajas.

3. En una losa de hormign, que puede soportar sin problema alguno el peso de 100 personas, podra suceder que si se instala un simple motor de 50 kg que gire 3000 RPM, luego de un determinado lapso de funcionamiento produzca rajaduras en la misma?Estas losas estn diseadas para soportar cargas, por ejemplo estas 100 personas, sin problema alguno. Sin embargo, al momento de instalar un motor que de 3000 revoluciones en un minuto puede inducir a que se produzcan rajaduras debido a las vibraciones que sta produce sobre la losa. Esto se da ms bien cuando ocurre por un prolongado periodo de tiempo, llevndola a fatigarla y poderla destruir con el paso del tiempo.La vibracin provocada por un motor (en el peor de los casos) podra partir el concreto de una losa.Pero para que esto llegara a ocurrir, tendran que juntarse varios factores, como que la losa sea muy delgada, que no tenga el suficiente acero de refuerzo o que ste no tenga suficiente longitud de anclaje o adherencia.Los efectos ms importantes que ocasionan dao estructural por vibracin a una losa son dos: El impacto provocado por el motor al momento del arranque o apagado. Que vibracin de la losa entre en resonancia con la frecuencia de vibracin del motor.As que dependera de la frecuencia de vibracin del motor y de la losa.

4. Podra suceder que una persona con el sonido de su voz puede romper un vaso de vidrio? Y puede suceder que el viento incida sobre una estructura y esta se mueva en forma perpendicular la fuerza incidente?El sonido est formado por ondas, que son una serie de cambios de presin que se mueven a travs de un medio. En algunos casos el medio es el aire, en otros el agua, y en otros un objeto slido. Cuando un objeto vibra, emite ondas a determinada frecuencia, dependiendo del material, el tamao y otros factores. Sus molculas estn en movimiento, el que a su vez ponen en movimiento las molculas del aire (u otro medio). El tono del sonido est determinado por la frecuencia en la que se producen las ondas, contadas en pulsos por segundo o hertz. El volumen o intensidad es lo que determina la cantidad de energa del sonido.Ahora bien, dependiendo de la forma, el tamao, el material y otros factores, un objeto producir sonidos de una frecuencia determinada. Cuando el objeto recibe sonidos, empezar a vibrar por la energa del movimiento del aire en su superficie, mientras el sonido se disipa en su interior. Pero si el sonido es de la misma frecuencia que la que produce el objeto, ste vibrar con mayor energa, pues su vibracin natural ser fortalecida con la del aire a su alrededor. A este efecto se le llama "resonancia".El vidrio y el cristal pueden vibrar en resonancia con el sonido correcto. A diferencia de las cuerdas de un piano o la membrana de un tambor, el cristal y el vidrio no son muy flexibles; sus molculas no se desplazan mucho entre s como para permitir una gran deformacin.Cuando un objeto hecho de estos materiales, por ejemplo una copa, recibe sonidos en la misma frecuencia en la que lo puede producir, vibrar en resonancia. Si el sonido es de gran energa, la copa vibrar con ms fuerza. Si se alcanza la energa suficiente, el material no soportar la deformacin inducida por la vibracin, y se quebrar.El vidrio de las ventanas, vasos y otros objetos es relativamente suave, vibra poco y de forma irregular, por lo que no es sencillo quebrarlos con el solo uso de la voz. Si se los golpea, producirn un ruido sordo, sin mucha vibracin. Por el contrario, una copa de cristal producir un sonido ms largo y agudo, y resonar mejor con otra fuente de sonido de su misma frecuencia. Son por lo tanto ms susceptibles de quebrarse con el sonido adecuado. Pocas personas pueden producir las notas correctas y la intensidad necesaria para quebrar vidrio o cristal con el sonido de su voz. Sin embargo es realizable.Este es otro ejemplo de resonancia: las ondas de sonido emitidas por la persona pueden causar vibraciones de gran amplitud en el vidrio. Si una onda sonora altamente amplificada tiene la frecuencia correcta, la amplitud de las vibraciones forzadas del vidrio aumenta al punto en donde la copa es sometida a fuertes deformaciones y se rompe.

Debido al efecto dinmico longitudinal, la componente fluctuante del viento produce vibraciones en la longitud de dicha estructura. En otras palabras si es posible que la incidencia del viento pueda mover la estructura perpendicular a la fuerza del viento.

5. Puede un ser humano mover con su propia fuerza una torre tanque de hormign de 300 000 litros de agua?Es posible. Depende del coeficiente de friccin que tiene ste con el suelo, si es rugosa o lisa y las fuerzas adicionales como la de la gravedad, adems de la posicin en la que se encuentre (p. ej. Una rampa). Adicional, puede agregrsele que no es levantarlo sino moverlo.

6. Es posible que a un sistema se le aplique bajo determinada condiciones dinmicas una fuerza de 10 kg y esta reaccione con una fuerza 50 veces mayor?Segn enuncia la Tercera Ley de Newton: Cuando a un cuerpo se le aplica una fuerza (accin o reaccin), este devuelve una FUERZA de igual magnitud, igual direccin y de sentido contrario (reaccin o accin).Quizs lo que se vea mayor sea la aceleracin, que es inversamente proporcional a la masa. Por ejemplo, en una pista de patinaje sobre hielo, si un adulto empuja suavemente a un nio, no slo existe la fuerza que el adulto ejerce sobre el nio, sino que el nio ejerce una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el adulto. Sin embargo, como la masa del adulto es mayor, su aceleracin ser menor.

7. Puede suceder que si a un sistema le aplico una carga esttica de 10 kg se genere una deformacin y que aplicando dinmicamente la misma carga la deformacin sea menor?No. Si la misma carga se aplica dinmicamente se producir una deformacin mayor que si se aplica una carga esttica de igual magnitud.Las tensiones y deformaciones producidas por las cargas estticas, es decir, cargas que insumen un tiempo considerable en aplicarse varan su magnitud de cero a los valores definitivos tan lentamente, que las aceleraciones que en estas condiciones reciben los elementos de las estructuras son despreciablemente pequeas. Cuando una carga se aplica en un perodo relativamente corto recibe el nombre de carga dinmica. 8. Puede soportar un acero en forma dinmica 8 veces ms tensin que su tensin de rotura?La tensin de rotura es la mnima tensin que produce la rotura de un material, por lo que si se le aplica una tensin mayor, provocar la ruptura del material.Las cargas dinmicas se distinguen de las estticas por el hecho de originar modificaciones tanto en la magnitud de las tensiones como en las deformaciones a que dan lugar, afectando tambin la forma y lmite de rotura de los materiales.Muchos materiales que frente a cargas estticas tienen un comportamiento dctil, en el caso de cargas dinmicas presentan un comportamiento frgil.

9. A un sistema bajo ciertas condiciones, puede aplicrsele una fuerza en una direccin y que se desplace en direccin contraria?S. En el caso de que el sistema se estuviera moviendo antes de aplicrsele una fuerza contraria, y que ese movimiento estuviera condicionado inicialmente por una fuerza inicial mayor que la que se aplica despus, entonces este sistema continuara movindose pero presentara una disminucin en su aceleracin.