Category: Objectius

En aquest capítol s’aprendrà a resoldre analíticament els exercicis de sistemes de forces coplanàries actuant sobre sòlids, cossos o elements estructurals. Es deduiran les equacions tant en el cas general com en els casos particulars més interessants de sistemes en equilibri. També s’analitzarà els casos de forces distribuïdes com a cas particular d’un sistema de forces paral·leles coplanàries, situació habitual en la pràctica constructiva. Finalment, s’estudiarà la qüestió de l’estabilitat d’un cos sotmès a un sistema de forces i la seua relació amb el coeficient de seguretat en els elements estructurals. Aquest estudi és fonamental en l’anàlisi per a saber si un cos bolcarà o no comparant els moments de gir i antigir de les forces que actuen sobre aquest cos.

Un document amb un resum dels capítols dedicats als principis de l’estàtica i la resolució tant analítica com gràfica es pot descarregar des de l’adreça electrònica del Repositori Institucional de la Universitat d’Alacant: http://rua.ua.es/dspace/handle/10045/20610. Podeu consultar la presentació corresponent a la sessió de teoria de principis de l’estàtica en l’adreça electrònica http://hdl.handle.net/10045/21400.

Bibliografia

Rodes Roca, J. J., Durá Doménech, A. i Vera Guarinos, J., Fonaments físics de les construccions arquitectòniques (Publicacions de la Universitat d’Alacant, Alacant, 2011). Capítol 8.

Rodes Roca, J. J., Exercicis i problemes dels fonaments físics d’arquitectura. I. Vectors lliscants i geometria de masses (ECU, Alacant, 2009)

Tipler, P. A. i Mosca, G., Física per a la ciència i la tecnologia, Volum 1 (Reverté, Barcelona, 2010). Capítols 1 i 12.

En aquest capítol es pretén que l’alumnat comprenga els principis fonamentals de l’estàtica i la seua utilització per a la resolució de casos pràctics. Els conceptes bàsics que s’hauran d’adquirir són:

1. L’aplicació de les lleis de Newton.
2. Concepte d’equilibri (en el sentit ample).
3. Els principis de l’estàtica.
4. Els tipus d’enllaços o lligams.
5. Els casos de fregament entre superfícies en contacte.
6. El diagrama de sòlid lliure.

Els aspectes esmentats anteriorment són de gran interès per al desenvolupament de qualsevol projecte d’enginyeria i/o arquitectura relacionat amb l’edificació i la construcció en general. L’arquitectura i la tècnica en general estudien sistemes físics sotmesos a l’acció de forces. Aquestes forces poden tenir els orígens següents: a) el pes dels elements que formen el sistema; b) la cohesió interna entre les diferents parts del sistema; c) l’acció de càrregues exteriors al sistema, transitòries o permanents, puntuals o distribuïdes, etc., i d) les limitacions que altres sistemes imposen al moviment del que es considera.

 D’acord amb els principis de la mecànica de Newton, hi ha una relació entre força aplicada sobre un cos o sistema i el seu estat de moviment, on el repòs és un estat de moviment més. D’una manera àmplia, es pot definir l’estàtica com la part de la mecànica que estudia les forces i les condicions sota les quals els cossos sotmesos a forces es troben en equilibri. Per tot això, l’estudi de l’estàtica és primordial per al tècnic constructor, ja que les seues realitzacions han de satisfer la condició necessària d’estar en equilibri estable.

Al llarg dels apartats que formen aquest capítol tractarem els principis de l’estàtica, amb especial èmfasi en els aspectes que tenen a veure amb l’arquitectura i els problemes que plantegen les construccions arquitectòniques. En particular definirem, amb la major precisió possible, les forces, els tipus de forces i la seua naturalesa física; establirem el concepte d’equilibri en les seues diverses accepcions i, finalment, farem un catàleg sistemàtic dels diferents tipus de forces (siguen forces aplicades exteriors o forces de lligam) que poden actuar sobre un sistema material, considerat aquest com un sòlid rígid.

Un document amb un resum dels capítols dedicats als principis de l’estàtica i la resolució tant analítica com gràfica es pot descarregar des de l’adreça electrònica del Repositori Institucional de la Universitat d’Alacant: http://rua.ua.es/dspace/handle/10045/20610. Podeu consultar la presentació corresponent a la sessió de teoria de principis de l’estàtica en l’adreça electrònica http://hdl.handle.net/10045/21305.

Els vídeos següents expliquen la llei d’inèrcia de Newton i una ressenya històrica.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/uqvDem5ExIs" width="396" height="297" wmode="transparent" /]

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/58cRjUjcTSU" width="396" height="297" wmode="transparent" /]

Bibliografia

Rodes Roca, J. J., Durá Doménech, A. i Vera Guarinos, J., Fonaments físics de les construccions arquitectòniques (Publicacions de la Universitat d’Alacant, Alacant, 2011). Capítol 7.

Rodes Roca, J. J., Exercicis i problemes dels fonaments físics d’arquitectura. I. Vectors lliscants i geometria de masses (ECU, Alacant, 2009)

Tipler, P. A. i Mosca, G., Física per a la ciència i la tecnologia, Volum 1 (Reverté, Barcelona, 2010). Capítols 1 i 12.

En aquest capítol estudiarem la manera de descriure les característiques d’inèrcia (moments i productes d’inèrcia) d’una superfície plana respecte de qualsevol sistema de referència ortogonal. En primer lloc es considerarà el que ocorre quan un sistema de referència gira respecte del seu origen un cert angle, i obtindrem les equacions generals per al gir d’eixos. En un segon pas s’obtindrà el sistema de referència respecte del qual les magnituds d’inèrcia tenen valors extrems (màxim i mínim). Aquest sistema de referència es denomina eixos principals d’inèrcia, i conèixer-lo és de vital importància en l’estudi del comportament elàstic dels elements portants que apareixen en l’estudi de les construccions arquitectòniques.

Com a pas previ a la deducció dels eixos principals d’inèrcia es veurà l’expressió matricial que relaciona els moments d’inèrcia d’eixos que tenen un mateix punt d’origen i la definició de eixos conjugats d’inèrcia. Finalment es definiran els invariants d’inèrcia respecte a la rotació d’eixos amb el mateix origen.

Els mètodes gràfics en geometria de masses s’han desenvolupat al llarg del temps per a aconseguir els mateixos objectius que en el cas analític. Es poden calcular els elements d’inèrcia d’una superfície plana utilitzant tècniques estrictament gràfiques. Encara que no s’explicaran en les classes teòriques resulta interessant conèixer aquests procediments: el·lipse d’inèrcia, cercle de Mohr i cercle de Land (anomenat per alguns de Land-Mohr, per tal com és una variant del de Mohr).

Un document amb un resum del bloc temàtic de geometria de masses es pot descarregar des de l’adreça electrònica del Repositori Institucional de la Universitat d’Alacant: http://rua.ua.es/dspace/handle/10045/19107. Podeu consultar la presentació corresponent a la sessió de teoria de moments d’inèrcia en l’adreça electrònica http://hdl.handle.net/10045/21145. La resolució d’exercicis seleccionats del bloc de Geometria de masses es pot consultar en l’adreça electrònica http://hdl.handle.net/10045/21304.

Bibliografia

Rodes Roca, J. J., Durá Doménech, A. i Vera Guarinos, J., Fonaments físics de les construccions arquitectòniques (Publicacions de la Universitat d’Alacant, Alacant, 2011). Capítol 6.

Rodes Roca, J. J., Exercicis i problemes dels fonaments físics d’arquitectura. I. Vectors lliscants i geometria de masses (ECU, Alacant, 2009)

Tipler, P. A. i Mosca, G., Física per a la ciència i la tecnologia, Volum 1 (Reverté, Barcelona, 2010). Capítols 1 i 12.

En aquest capítol definirem les característiques d’inèrcia que es poden associar a qualsevol distribució de masses que estiga continguda en un pla, i que a partir d’ara denominarem superfície o secció plana. La justificació d’aquest estudi és la relació íntima que hi ha entre el comportament elàstic dels elements constructius en general i la seua forma. Per tant, caldrà entendre les definicions de moment d’inèrcia d’una superfície plana, de producte d’inèrcia i el radi de gir.

Com a cas particular de l’equació del camp de moments d’inèrcia, s’analitzarà el cas particular en el qual l’origen del sistema de referència es fa coincidir amb el centre de gravetat de la superfície plana: teorema de Steiner o dels eixos paral·lels.

Finalment, s’aplicaran a seccions relacionades amb elements constructius com bigues o túnels.

En el laboratori de física es posarà en pràctica els coneixements teòrics d’aquest capítol per tal de comprovar experimentalment el teorema de Steiner.

Un document amb un resum del bloc temàtic de geometria de masses es pot descarregar des de l’adreça electrònica del Repositori Institucional de la Universitat d’Alacant: http://rua.ua.es/dspace/handle/10045/19107. Podeu consultar la presentació corresponent a la sessió de teoria de moments d’inèrcia en l’adreça electrònica http://hdl.handle.net/10045/20985.

Bibliografia

Rodes Roca, J. J., Durá Doménech, A. i Vera Guarinos, J., Fonaments físics de les construccions arquitectòniques (Publicacions de la Universitat d’Alacant, Alacant, 2011). Capítol 5.

Rodes Roca, J. J., Exercicis i problemes dels fonaments físics d’arquitectura. I. Vectors lliscants i geometria de masses (ECU, Alacant, 2009)

Tipler, P. A. i Mosca, G., Física per a la ciència i la tecnologia, Volum 1 (Reverté, Barcelona, 2010). Capítols 1 i 12.

Una situació freqüent en la pràctica arquitectònica és l’actuació de sistemes de forces pes que actuen sobre un element estructural distribuïdes discretament o en forma contínua. Aquest és un cas particular de sistema de vectors lliscants paral·lels que es pot reduir a una resultant aplicada en el centre del sistema. El centre del sistema de forces pes l’anomenarem centre de gravetat G.

Per tant, en aquest capítol s’aprendrà a calcular centres de gravetat de cossos lineals, bidimensionals i tridimensionals. Com a cas particular, s’aprendrà a calcular centres de gravetat de superfícies complexes.

Finalment, coneixerem i utilitzarem els teoremes de Pappos-Guldin que relacionen el centre de gravetat d’una línia o una superfície amb la superfície lateral o el volum del cos de revolució que generen en girar al voltant d’un eix donat.

En el laboratori de física es posarà en pràctica els coneixements teòrics d’aquest capítol per tal de calcular per dos mètodes diferents el centre de gravetat d’una superfície plana amb una forma irregular.

Un document amb un resum del bloc temàtic de geometria de masses es pot descarregar des de l’adreça electrònica del Repositori Institucional de la Universitat d’Alacant: http://rua.ua.es/dspace/handle/10045/19107. Podeu consultar la presentació corresponent a la sessió de teoria de centres de gravetat en l’adreça electrònica http://hdl.handle.net/10045/20716.

Aquest vídeo realitzat per educa-Xile mostra una experiència on s’expliquen els conceptes de centre de gravetat, força de fricció estàtica i dinàmica.

[kml_flashembed movie="http://www.youtube.com/v/xM9rZj2qQkc" width="396" height="297" wmode="transparent" /]

Bibliografia

Rodes Roca, J. J., Durá Doménech, A. i Vera Guarinos, J., Fonaments físics de les construccions arquitectòniques (Publicacions de la Universitat d’Alacant, Alacant, 2011). Capítol 4.

Rodes Roca, J. J., Exercicis i problemes dels fonaments físics d’arquitectura. I. Vectors lliscants i geometria de masses (ECU, Alacant, 2009)

Tipler, P. A. i Mosca, G., Física per a la ciència i la tecnologia, Volum 1 (Reverté, Barcelona, 2010). Capítols 1 i 12.