ESFUERZO DE APOYO

 Cuando un cuerpo sólido descansa sobre otro y le transfiere una carga, en las superficies en contacto se desarrolla la forma de esfuerzo conocida como esfuerzo de apoyo. Al igual que el esfuerzo de compresión directo, el esfuerzo de apoyo es una medida de la tendencia que tiene la fuerza aplicada de aplastar al miembro que lo soporta. El esfuerzo de apoyo se calcula igual que los esfuerzos normales directos: 

En la superficies planas de un miembro al otro. Si las dos partes tiene áreas distintas, se utiliza e área menor. Otra condición es que los materiales que se transmiten las cargas deben permanecer casi rígidos y planos con el fin de conservar su capacidad de transmitir las cargas. La deflexión excesiva reducirá el área de apoyo efectiva

Remítase a ala figura 1-13 el tubo cuadrado de cero transmite una fuerza de compresión axial de 30.000lb . Calcule el esfuerzo de compresión en el tubo y el esfuerzo de apoyo entre las superficies en contacto. Considere que el peso de la pila de concreto de 338lb.

ELEMENTOS SOMETIDOS A ESFUERZO PARA VISUALIZAR ESFUERZOS CORTANTES

 Un elemento cúbico infinitesimalmente pequeño de material, tomado de cualquiera de los ejemplos analizados en esta sección, puede representarse como se muestra en la figura 1-15, donde los esfuerzos cortantes actúan paralelamente a las superficies del cubo.

Por ejemplo, un elemento extraído del plano de corte de la cuña mostrada en la figura 1-14 estaría sometido a un esfuerzo cortante que actúa hacia la izquierda sobre su superficie superior. Para mantener el equilibrio del elemento respecto a las fuerzas horizontales, debe existir un esfuerzo cortante de igual magnitud que actúe hacia la derecha sobre la superficie inferior. Esta disposición representa la acción característica del esfuerzo cortante.

Sin embargo, los esfuerzos que actúan sobre las superficies superior e inferior no pueden existir por sí solos, ya que el elemento tendería a girar debido al momento producido por estas fuerzas opuestas. Para evitar esta rotación y mantener el equilibrio del elemento, se desarrollan esfuerzos cortantes complementarios de igual magnitud sobre las caras verticales, tal como se ilustra en la figura 1-15(a).

Con frecuencia, este elemento se representa en forma bidimensional, como se muestra en la figura 1-15(b). Obsérvese que los vectores de esfuerzo en las caras adyacentes tienden a unirse en los vértices del elemento, reflejando el estado de equilibrio interno.

Este tipo de representación resulta especialmente útil para visualizar cómo actúan los esfuerzos cortantes en un punto específico dentro de un material sometido a cargas de corte, facilitando el análisis de los estados de esfuerzo internos en elementos mecánicos y estructurales.

Cuñas y esfuerzo cortante en transmisiones mecánicas

Las cuñas son elementos mecánicos ampliamente utilizados en sistemas de transmisión de potencia. 

Su función principal es unir componentes como engranes, poleas, ruedas dentadas o acoples a un eje giratorio, permitiendo transmitir el movimiento y el par de torsión de manera segura y eficiente.

Cuando un elemento mecánico se monta sobre una flecha o eje, la cuña actúa como elemento de conexión  entre ambas piezas. Gracias a ello, el giro del eje puede transmitirse al engrane o polea sin que exista deslizamiento.

FUNCIONAMIENTO DE UNA CUÑA

En la figura 1-14 se observa una cuña colocada entre la flecha y el cubo de un engrane. 

Cuando el eje transmite un par de torsión (T), se genera una fuerza tangencial sobre la superficie de contacto entre la cuña y las piezas conectadas.

El equilibrio mecánico entre el par de torsión y la fuerza transmitida se expresa mediante:

T = F(D/2)

Donde:

- T = par de torsión aplicado

- F = fuerza transmitida por la cuña

- D = diámetro de la flecha

Despejando la fuerza:

F = 2T / D

Esta fuerza produce esfuerzos cortantes sobre la cuña, ya que el eje ejerce una fuerza sobre uno de sus lados mientras que el cubo reacciona sobre el lado opuesto.

ESFUERZO CORTANTE EN LA CUÑA

Las fuerzas aplicadas generan una tendencia al corte sobre una sección transversal de la cuña. 

Por ello, la cuña trabaja principalmente a esfuerzo cortante directo.

El área sometida al esfuerzo de corte es:

As = b x L

Donde:

- b = ancho de la cuña

- L = longitud de contacto

El esfuerzo cortante promedio se calcula mediante:

τ = F / As

Donde:

- τ = esfuerzo cortante

- F = fuerza aplicada

- As = área de corte

IMPORTANCIA DEL DISEÑO DE CUÑAS

El correcto diseño de una cuña es fundamental para evitar fallas mecánicas en sistemas de transmisión. 

Si la cuña no posee las dimensiones adecuadas, puede producirse deformación, desgaste excesivo o falla por corte.

Las imágenes mostradas permiten visualizar claramente:

- La distribución de fuerzas en la cuña.

- El plano donde actúa el esfuerzo cortante.

- Las diferentes vistas técnicas del sistema mecánico.

- La relación entre el par de torsión y la fuerza transmitida.

Este tipo de análisis es muy importante en el diseño de máquinas, sistemas de transmisión mecánica y elementos estructurales sometidos a cargas dinámicas.

Cortante simple y Cortante doble

 Cortante simple.

Se inserta un perno o un remache en un agujero cilíndrico a través de partes conectadas. Al aplicar fuerzas, existe la tendencia a cortar el perno a través de su sección transversal. El perno resiste el esfuerzo cortante aplicado. Esto se llama cortante simple, porque solo hay una sección transversal del perno que resiste el esfuerzo cortante. En este caso, se usará el perno.

 Cortante doble

Cuando se diseña una conexión por medio de pernos como se muestra en la figura , hay dos secciones transversales que resisten la fuerza aplicada. Es esta disposición, se dice que el perno esta a esfuerzo cortante doble.

ESFUERZO NORMAL DIRECTO

 Uno de los tipos más fundamentales de esfuerzo normal denotado por la letra griega minúscula (sigma) en donde el esfuerzo actúa de manera perpendicular o nórmala la selección transversal del miembro de carga. Si el esfuerzo es también uniforme sobre el área de resistencia el esfuerzo se conoce como esfuerzo directo Los esfuerzos normales pueden ser de compresión o de tensión . Un esfuerzo de compresión es aquel que tiende a aplastar el material del miembro de carga y a acortar al miembro en si Un esfuerzo de tensión es aquel que tiende a estirar el miembro y romper la carga.

Carga distribuida coplanar

Una carga simple distribuida puede representarse mediante una fuerza resultante, la cual es equivalente al área bajo la curva de carga. Esta resultante tiene una línea de acción que pasa por el centroide o centro geométrico del área o el volumen bajo el diagrama de carga.

Simplificación de un sistema de fuerza y par

 Cualquier sistema de fuerzas y pares puede reducirse a una sola fuerza resultante y a un momento de par resultante que actúan en un punto. La fuerza resultante es la suma de todas las fuerzas presentes en el sistema, F_R = ΣF, y el momento de par resultante es igual a la suma de todos los momentos de las fuerzas con respecto al punto y todos los momentos de par. M_RO = ΣM_O + ΣM.

Una simplificación adicional a una sola fuerza resultante es posible siempre que el sistema de fuerzas sea concurrente, coplanar o paralelo. Para encontrar la ubicación de la fuerza resultante desde un punto, es necesario igualar el momento de la fuerza resultante con respecto al punto al momento de las fuerzas y pares presentes en el sistema con respecto al mismo punto.

Si la fuerza y el momento del par resultantes no son perpendiculares entre sí, entonces el sistema se puede reducir a una llave, la cual consta de la fuerza resultante y un momento de par colineal.Claude es IA y puede cometer errores. Por favor, verifica nuevamente las respuestas.