BLOQUE 3. SISTEMAS MECÁNICOS
a) Cálculo de las reacciones en los apoyosTipo de viga: Viga simplemente apoyada con voladizo. El apoyo A es una articulación, por lo que presenta dos reacciones (RAx, RAy). El apoyo B es un rodillo, por lo que presenta una reacción vertical (RBy). La carga P es una fuerza puntual descendente.
Datos
L1=2m(distancia de A a B) L2=1m(distancia de B a P) Ltotal=L1+L2=3m Fórmulas
Para el equilibrio estático de la viga, se aplican las ecuaciones de equilibrio:
∑Fx=0(Sumatorio de fuerzas horizontales) ∑Fy=0(Sumatorio de fuerzas verticales) ∑MA=0(Sumatorio de momentos respecto al apoyo A) Sustitución
1. Sumatorio de fuerzas horizontales:
∑Fx=RAx=0 2. Sumatorio de momentos respecto al apoyo A (sentido antihorario positivo):
∑MA=RBy⋅L1−P⋅(L1+L2)=0 RBy⋅(2m)−400N⋅(2m+1m)=0 2RBy−400N⋅3m=0 2RBy−1200N⋅m=0 RBy=2m1200N⋅m RBy=600N 3. Sumatorio de fuerzas verticales (sentido hacia arriba positivo):
∑Fy=RAy+RBy−P=0 RAy+600N−400N=0 RAy+200N=0 RAy=−200N Resultado
RAx=0N RAy=−200N(La direccioˊn real es hacia abajo) R_{By} = 600\,N \quad \text{(La dirección real es hacia arriba)}
b) Representación de los diagramas de esfuerzo cortante y momento flectorSe define el origen de coordenadas en el apoyo A (x=0m). Los tramos a considerar son desde x=0m hasta x=2m (apoyo B) y desde x=2m hasta x=3m (carga P).
Funciones del esfuerzo cortante V(x)
Tramo 1: $0 \le x < 2\,m$ (desde A hasta antes de B)
Se considera la fuerza RAy que actúa a la izquierda de la sección.
Fórmulas
V(x)=RAy Sustitución
V(x)=−200N Resultado
V(x)=−200N Tramo 2: $2\,m \le x < 3\,m$ (desde después de B hasta antes de P)
Se consideran las fuerzas RAy y RBy que actúan a la izquierda de la sección.
Fórmulas
V(x)=RAy+RBy Sustitución
V(x)=−200N+600N Resultado
V(x)=400N Funciones del momento flector M(x)
Tramo 1: $0 \le x < 2\,m$ (desde A hasta antes de B)
Se considera el momento generado por la fuerza RAy a la izquierda de la sección.
Fórmulas
M(x)=RAy⋅x Sustitución
M(x)=−200N⋅x Resultado
M(x)=−200x N⋅m Tramo 2: $2\,m \le x \le 3\,m$ (desde después de B hasta P)
Se consideran los momentos generados por las fuerzas RAy y RBy a la izquierda de la sección.
Fórmulas
M(x)=RAy⋅x+RBy⋅(x−L1) Sustitución
M(x)=−200N⋅x+600N⋅(x−2m) M(x)=−200x+600x−1200 Resultado
M(x)=(400x−1200) N⋅m Valores significativos para los diagramas
Esfuerzo cortante V(x)
Sustitución
V(0)=−200N V(2−)=−200N V(2+)=400N V(3−)=400N V(3+)=V(3−)−P=400N−400N=0N Momento flector M(x)
Sustitución
M(0)=−200⋅0=0N⋅m M(2)=−200⋅2=−400N⋅m M(3)=400⋅3−1200=1200−1200=0N⋅m Descripción de los diagramas
Diagrama de Esfuerzo Cortante (V(x))
El diagrama de esfuerzo cortante presenta un valor constante de −200N desde x=0m hasta el apoyo B en x=2m. En el apoyo B (x=2m), experimenta un salto vertical ascendente de 600N debido a la reacción RBy, pasando de −200N a 400N. Desde x=2m hasta el extremo final de la viga en x=3m, el valor del esfuerzo cortante se mantiene constante en 400N. En el extremo final (x=3m), el diagrama cierra a cero debido a la carga puntual P de 400N aplicada hacia abajo.
Diagrama de Momento Flector (M(x))
El diagrama de momento flector comienza en M(0)=0N⋅m en el apoyo A (articulación). Decrece linealmente desde 0N⋅m hasta un valor de M(2)=−400N⋅m en el apoyo B. La pendiente de esta sección es de −200N. Desde el apoyo B (x=2m) hasta el extremo final de la viga en x=3m, el momento flector aumenta linealmente desde −400N⋅m hasta M(3)=0N⋅m en el punto de aplicación de la carga P. La pendiente de esta sección es de 400N.