TEMA 1. FORCES I ESTRUCTURES - tecnoclaver - home 1.+Forces+i+e...Forces i estructures Tecnologia 3r ESO 3 2. Les propietats mecniques dels materials Les propietats mecniques descriuen

  • View
    224

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of TEMA 1. FORCES I ESTRUCTURES - tecnoclaver - home 1.+Forces+i+e...Forces i estructures Tecnologia 3r...

  • Forces i estructures Tecnologia 3r ESO

    1

    TEMA 1. FORCES I ESTRUCTURES

    1. Les forces

    En primer lloc comenarem definint que sentn per fora:

    s una acci capa de produir o modificar lestat de reps o de moviment dun cos o de

    produir-hi deformacions. La unitat de fora, en el sistema internacional (SI) s el

    Newton (N)

    Una altra definici podria ser:

    s una acci capa de produir que un cos acceleri o desacceleri, roti, sigui deformat o

    incrementi la seva pressi

    Les forces les representem grficament mitjanant fletxes de forma que la longitud de la fletxa

    s proporcional al seu valor, i la direcci de la fletxa ens mostra la direcci i el sentit en el que

    apliquem la fora.

    Alguns exemples de forces:

    La fora A s ms gran que les forces B i C.

    Les forces A i B estan actuant en la mateixa direcci i sentit.

    La forces B i C tenen el mateix valor per direccions diferents.

    C

    B

    A

  • Forces i estructures Tecnologia 3r ESO

    2

    1 kp = 9,8 N

    La unitat de fora en el SI s el Newton (N). La unitat en el sistema tcnic s el kilopondi (kp);

    un kilopondi s la fora que fa una massa dun kilogram (kg). La relaci entre N i kp s:

    L'aparell utilitzat per mesurar les forces s el dinammetre.

    A treballar!

    Exercici 1: Posa cinc exemples d'actuaci de forces, representa-les grficament i

    explica'n els efectes.

    Exercici 2: Busca fotografies de dinammetres, explica'n les seves parts i com

    s'utilitzen.

    Exercici 3: Dibuixa les forces que apareixen en les segents situacions.

  • Forces i estructures Tecnologia 3r ESO

    3

    2. Les propietats mecniques dels materials

    Les propietats mecniques descriuen el comportament dels materials davant desforos

    (forces) que intenten estirar-los, aixafar-los, retorar-los, doblegar-los, tallar-los, trencar-los

    amb un cop sec,...

    Aquestes propietats sn degudes a les forces de cohesi dels toms, que soposen a esforos

    externs que apliquem als materials. Les principals propietats mecniques sn:

    Resistncia

    s la capacitat que t un material per suportar esforos (laplicaci de forces) sense deformar-

    se o trencar-se. Alguns exemples de materials resistents sn: metalls (acer, titani,...), fusta,

    alguns plstics,...

    Depenent de com sapliquin les forces sobre el cos podem distingir diferents tipus desforos

    (els explicarem en el segent apartat):

    Esforos de tracci

    Esforos de compressi

    Esforos de flexi

    Esforos de torsi

    Esforos de cisalla

    Duresa

    La duresa s la resistncia o oposici que presenta un material a ser ratllat o penetrat per un

    altre material. Alguns exemples de materials durs sn: el vidre, el diamant, lacer,...

    Si un material no s dur direm que s tou (guix, fustes naturals, argila,...)

    metalls (acer, titani,...), fusta, alguns plstics,...

  • Forces i estructures Tecnologia 3r ESO

    4

    Tenacitat

    Es defineix com la capacitat de resistncia al xoc. Alguns exemples de materials tenaos

    sn: els metalls, les fustes, alguns plstics,...

    s la propietat contrria a la fragilitat. Normalment, la fragilitat (o manca de tenacitat) va

    lligada a la duresa: els materials durs acostumen a ser frgils (per exemple el vidre).

    Plasticitat

    s la capacitat que t un material per adquirir deformacions permanents sense trencar-se.

    Alguns exemples de materials plstics sn: molts plstics, la plastilina, largila,...

    s una propietat fonamental quan es vol donar forma a un material. Prenen especial

    importncia dos tipus de plasticitat:

    Malleabilitat: capacitat dun material per ser deformat de forma permanent en forma

    de lmines. En son exemples lalumini, lacer,...

    Ductilitat: capacitat dun material per ser deformat de forma permanent en forma de

    fils. son exemples el coure, lacer,...

    Elasticitat

    s la capacitat que t un material de recuperar la seva forma original desprs dhaver estat

    deformat per un esfor. Alguns exemples de materials elstics sn: les gomes, el cautx,...

    Cada material t un lmit elstic a partir del qual la deformaci passa a ser permanent, i el

    material pot arribar-se a trencar.

    Connecta't a la xarxa! Als segents enllaos trobars animacions sobre les propietats mecniques:

    http://www.technologystudent.com/joints/matprop1.htm

    http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/design/resistantmaterials/materialsmaterialsrev3.shtml

    http://www.technologystudent.com/joints/matprop1.htmhttp://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/design/resistantmaterials/materialsmaterialsrev3.shtml

  • Forces i estructures Tecnologia 3r ESO

    5

    A treballar!

    Exercici 4: Posa tres exemples de materials elstics i tres ms de materials

    plstics.

    Exercici 5: Posa tres exemples de materials frgils. Pot un material ser alhora

    frgil i dur? I pot ser alhora frgil i tena? En cas afirmatiu posa un exemple.

    Exercici 6: Quines de les propietats mecniques que hem treballat creus que sn

    ms importants alhora de triar els materials per construir els segents objectes?

    Un cable d'alta tensi

    Un cable de telfon

    Una columna

    Una pilota de bsquet

    Una pilota de golf

    El quadre d'una bicicleta

    Una llauna de Coca cola

    Una farola

    Un trampol

    Exercici 7: En la taula segent marca quines sn les propietats mecniques dels

    segents materials:

    Elasticitat Plasticitat Duresa Fragilitat Tenacitat

    Paper

    Goma

    Plstic

    Vidre

    Alumini

    Fusta de pi

    Acer

    Cartr

    Fusta de roure

  • Forces i estructures Tecnologia 3r ESO

    6

    3. Esforos

    Quan apliquem una fora sobre un objecte, diem que aquest est sotms a un esfor. La

    resistncia daquest objecte a lesfor dependr, entre daltres, de:

    Les dimensions de lobjecte.

    De la seva forma.

    Del material amb el que ha estat fabricat.

    Del tipus desfor al que est sotms.

    Com hem esmentat abans podem distingir 5 tipus desforos, que dependran de com apliquem

    les forces.

    Esforos de tracci

    La tracci t lloc quan un objecte s estirat amb dues forces actuant

    en sentits oposats. L'estirament fa treballar l'objecte a tracci.

    Normalment cordes i cables treballen a tracci.

    Esforos de compressi

    La tracci t lloc quan un objecte s emps (comprimit) amb dues forces que actuen en sentits

    oposats. Normalment pilars i columnes treballen a compressi.

  • Forces i estructures Tecnologia 3r ESO

    7

    Esforos de flexi

    Els esforos de flexi es poden considerar, en general, com una

    combinaci desforos, ja que un material sotms a flexi

    presenta una zona sotmesa a tracci i una zona sotmesa a

    compressi. Tamb presenta una zona longitudinal que no est

    sotmesa a cap tipus desfor, la lnia neutra. Normalment les

    bigues treballen a flexi.

    Esforos de torsi

    Aquest tipus desforos apareix quan un objecte s torat per l'acci de dues forces oposades.

    Sn exemples daquest, els eixos de qualsevol aparell que giri.

  • Forces i estructures Tecnologia 3r ESO

    8

    Esforos de cisallament

    Quan dues forces oposades sn aplicades en la mateixa part de

    l'objecte, intentant tallar-lo, diem que lobjecte est sotms a un

    esfor de cisalla o cisallament. En sn exemple les bigues

    encastades, en el punt en el que encaixen

    a la paret.

    A treballar!

    Exercici 8: Quin tipus d'esforos han de suportar els segents objectes?

    Un tornavs

    Les potes duna taula

    El passador dunes tisores

    Les cordes duna guitarra

    El pal duna escombra

    Leix dun aerogenerador elic.

    Exercici 9: Observa les diferents parts de les segents estructures i digues si

    estan treballant a tracci compressi o flexi:

    A B

    C

    pes

    A B

    C E

    D

    pes

    A B

    C

    pes

    A B

    C

    pes

    D

  • Forces i estructures Tecnologia 3r ESO

    9

    A treballar!

    Exercici 10: Observa la segent estructura i digues a quin tipus desforos est

    sotmesa cadascuna de les seves parts.

    Exercici 11: Dna-li un cop dull a la segent adrea dInternet i anota quins sn

    els exemples que s donen per cada tipus de fora:

    http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/lab/forces.html

    F

    F

    http://www.pbs.org/wgbh/buildingbig/lab/forces.html

  • Forces i estructures Tecnologia 3r ESO

    10

    4. Estructures

    Al nostre voltant estem rodejats destructures, una casa en construcci, un pont, un tnel, una

    taula, la carcassa dun autombil,... Qu tenen en com totes elles? Com podrem definir el

    terme estructura?

    Una estructura s un grup delements units amb lobjectiu de suportar forces. Aquestes

    forces poden ser esttiques, com el propi pes de l'estructura, o dinmiques, com el

    vent, o els vehicles en moviment.

    Per tant queda clar que la funci de les estructures s suportar lestrs causat per un seguit de

    forces. Per tal de suportar aquests esforos, tamb hi ha altres factors importants que han de

    ser considerats:

    Material: La caracterstica principal dels materials utilitzats per fer les estructures s la

    seva fora. Normalment les estructures sn fetes d'acer, fusta, formig, plstic. En

    alguns casos tamb la lleugeresa s important (Ex: en una