BLOQUE 3. SISTEMAS MECÁNICOS
a) Calcule las reacciones en los apoyos.La viga es una viga simplemente apoyada con un voladizo. El apoyo A es fijo (articulación), con reacciones vertical (RAy) y horizontal (RAx). El apoyo B es un rodillo, con reacción vertical (RBy). La carga distribuida q se transforma en una fuerza resultante Fq para el cálculo de las reacciones.Datos
q=2000 N/m Ltotal=3 m LAB=2 m Fórmulas
∑Fy=0⇒RAy+RBy−Fq=0 \sum M_A = 0 \Rightarrow R_{By} \cdot L_{AB} - F_q \cdot x_{\text{aplicación F_q}} = 0
Sustitución 1. Cálculo de la fuerza resultante de la carga distribuida:
Fq=q⋅Ltotal=2000 N/m⋅3 m=6000 N Esta fuerza actúa en el centro de la viga, a 1.5 m del apoyo A.2. Ecuación de equilibrio de fuerzas horizontales:
∑Fx=0⇒RAx=0 3. Ecuación de equilibrio de momentos respecto al apoyo A:
RBy⋅2 m−6000 N⋅1.5 m=0 RBy⋅2 m−9000 Nm=0 RBy=2 m9000 Nm=4500 N 4. Ecuación de equilibrio de fuerzas verticales:
RAy+RBy−Fq=0 RAy+4500 N−6000 N=0 RAy=6000 N−4500 N=1500 N Resultado
RAx=0 N RAy=1500 N RBy=4500 N b) Represente los diagramas de esfuerzo cortante y momento flector.Se dividirá la viga en dos tramos para el análisis de esfuerzos.Tramo 1: 0≤x<2 m (desde A hasta B)Datos
RAy=1500 N q=2000 N/m Fórmulas
V1(x)=RAy−q⋅x M1(x)=RAy⋅x−2q⋅x2 Sustitución
V1(x)=1500−2000x M1(x)=1500x−1000x2 Resultado (valores en puntos clave del tramo 1)
V1(0)=1500 N V1(2−)=1500−2000(2)=−2500 N El cortante es cero en x=20001500=0.75 m.
M1(0)=0 Nm M1(0.75)=1500(0.75)−1000(0.75)2=1125−562.5=562.5 Nm M1(2)=1500(2)−1000(2)2=3000−4000=−1000 Nm Tramo 2: 2≤x≤3 m (desde B hasta el extremo derecho)Datos
RAy=1500 N RBy=4500 N q=2000 N/m Fórmulas
V2(x)=RAy+RBy−q⋅x M2(x)=RAy⋅x+RBy⋅(x−2)−2q⋅x2 Sustitución
V2(x)=1500+4500−2000x=6000−2000x M2(x)=1500x+4500(x−2)−1000x2 Resultado (valores en puntos clave del tramo 2)
V2(2+)=6000−2000(2)=2000 N V2(3)=6000−2000(3)=0 N M2(2)=1500(2)+4500(2−2)−1000(22)=3000+0−4000=−1000 Nm M2(3)=1500(3)+4500(3−2)−1000(32)=4500+4500−9000=0 Nm Diagramas Diagrama de Esfuerzo Cortante V(x):Comienza en x=0 con un valor positivo de 1500 N (RAy). Decrece linealmente debido a la carga distribuida. Cruza el eje cero en x=0.75 m. Continúa decreciendo hasta un valor de −2500 N justo antes de x=2 m. En x=2 m hay un salto positivo debido a la reacción RBy de 4500 N, lo que eleva el valor a −2500+4500=2000 N. Desde x=2 m hasta x=3 m, el cortante decrece linealmente hasta un valor de 0 N en el extremo final de la viga (x=3 m). Diagrama de Momento Flector M(x):Comienza en x=0 con un valor de 0 Nm (apoyo articulado). Aumenta parabólicamente hasta un máximo positivo de 562.5 Nm en x=0.75 m (donde el cortante es cero). A partir de ahí, disminuye parabólicamente, pasando por M=0 y alcanzando un mínimo negativo de −1000 Nm en x=2 m (sobre el apoyo B). Desde x=2 m hasta x=3 m, el momento aumenta parabólicamente (volviéndose menos negativo) hasta un valor de 0 Nm en el extremo final de la viga (x=3 m), como corresponde a un extremo libre sin momento concentrado.