Fuerzas, cargas y esfuerzos

Explica con tus palabras la diferencia entre una carga fija y una carga variable, y clasifica estas cargas de un puente: el peso del propio tablero, los coches que pasan, el peso de las farolas ancladas, la nieve del invierno y el viento de una tormenta.

El peso propio de un tejado es una carga que siempre está ahí, pero la nieve solo aparece algunos días al año. Explica por qué los dos tipos de carga se tratan de forma distinta al diseñar y razona qué pasaría si un tejado se diseñara pensando solo en su peso propio, sin contar con la nieve.

La figura muestra cinco elementos sometidos a los cinco esfuerzos básicos, señalados con las letras de la a a la e, con las flechas que representan las fuerzas.

Relaciona cada letra con su esfuerzo —tracción, compresión, flexión, torsión o cortadura— y justifica tu respuesta fijándote en la dirección de las flechas: si estiran, aplastan, doblan, retuercen o cizallan el elemento.

Empareja cada elemento con el esfuerzo que soporta principalmente: (a) el cable de una tirolina, (b) la columna de un porche, (c) el eje de un destornillador al apretar, (d) la tabla de una estantería llena de libros y (e) la hoja de papel al cortarla con tijeras. Explica tu elección en dos de los cinco casos.

Unas tijeras cortan el papel porque sus dos hojas empujan en sentidos contrarios muy juntas, una hacia arriba y otra hacia abajo. Explica qué esfuerzo sufre el papel en ese punto y por qué las tijeras cortan mucho mejor cerca del tornillo que en la punta (piensa en la fuerza que haces con la mano).

Cuando haces gomas elásticas con las manos, la goma se estira y vuelve a su forma. Explica qué esfuerzo soporta la goma mientras tiras de ella, qué le ocurre si estiras demasiado y por qué las gomas se usan precisamente para eso (piensa en qué material elegirías para un cable de tirolina).

Una percha con un abrigo pesado parece sencilla, pero sus partes trabajan distinto: el gancho de alambre se estira y la barra horizontal se dobla un poco. Analiza qué esfuerzo soporta cada parte de la percha y explica por qué la misma percha de plástico aguanta el abrigo pero se quiebra si además cuelgas la mochila de la barra.

En una mesa, las patas aguantan sin doblarse el peso de todo lo que hay encima, pero el tablero sí se comba si se apoya algo muy pesado en el centro. Explica qué esfuerzo sufre cada parte y por qué la forma de cada elemento (una pata vertical frente a un tablero horizontal) hace que uno resista mejor que la otra su esfuerzo.

La tabla de una estantería cargada de libros se comba poco a poco en el centro. Explica qué esfuerzo está sufriendo, por qué se combba hacia abajo en el centro y no en los extremos y qué dos cambios sencillos harías para que se combara menos (sin vaciar la estantería).

Al escurrir una fregona o un trapo lo retuerces con las dos manos girando en sentidos contrarios. Indica qué esfuerzo estás aplicando, describe con precisión cómo actúan las fuerzas y nombra dos objetos o piezas de tu casa que trabajen habitualmente con ese mismo esfuerzo.

La figura muestra un puente con tres elementos señalados con las letras a, b y c: un pilar, uno de los cables que sujetan el tablero y el propio tablero por donde circula un camión.

Indica qué esfuerzo soporta principalmente cada elemento señalado (tracción, compresión o flexión), razonando qué le hacen las cargas a cada uno: quién estira, quién aplasta y quién dobla.

Las vigas de acero de los edificios no son macizas ni redondas: tienen forma de doble T (como una H tumbada). Sabiendo que al flexarse una viga las fibras de arriba se acortan y las de abajo se estiran, mientras que las del centro casi no trabajan, explica por qué esa forma ahorra material poniéndolo justo donde más esfuerzo hay, en vez de repartirlo por igual.