Elementos físicos de sistemas dinámicos (1EM131-Grupo A)

Introducción

               En las vibraciones mecánicas existen tres elementos constitutivos: inercia, amortiguamiento y rigidez. La inercia es la propiedad de un sistema mecánico que le lleva a tender a conservar su estado actual aun en la presencia de una fuerza externa, la misma puede ser traslacional o rotacional. El amortiguamiento que es la capacidad que tiene el sistema para disipar energía.

La rigidez es la resistencia del sistema a ser deformado que es aquí donde entran los elementos elásticos que analizamos en este laboratorio: los resortes.

                Un sistema masa resorte es un ejemplo de un movimiento armónico simple, consiste de una masa “m” unida a un resorte el cual a su vez esta fijo. El resorte es un elemento mecánico que tiene una longitud inicial y que al ser juntado con la masa sufre una deformación estática debido al peso de la masa en caso de estar en posición vertical.

            La masa y el peso de un componente pueden determinarse a partir de distintas ecuaciones donde las principales son:

            Cada resorte tiene una contante “k” característica de cada uno llamada constante de elasticidad del resorte  que al ser multiplicada con la deformación da como resultado por medio de la Ley de Hooke a la fuerza ejercida por el resorte: 

Equipo y materiales a utilizar

1. Resorte helicoidal de tensión (2)
2. Discos metálicos
3. Cinta métrica
4. Marco soporte
5. Base para los discos metálicos
6. Balanza

Procedimiento

Figura 1-1. Procedimiento seguido en el laboratorio.

• Primero se midió la masa del soporte para los discos metálicos y la masa de cada disco.
• Se midió la longitud libre de ambos resortes.
• Se aseguro un extremo del resorte al marco soporte y se colocó la base de los discos metálicos en el extremo libre del resorte.
• Se midió la longitud del resorte entre sus extremos.
• Se agregaron los discos a la base, y medimos la distancia entre los puntos extremos del resorte, tal como se muestra en la Figura 1.
• Se registraron los resultados en una tabla y se repitió el proceso para todos los discos sobre la base.

Resultados

Tabla 1-1. Desplazamiento de las masas colocadas en el resorte.

Análisis del resorte 1

Tabla 1-1.1. Comparación de la deformación del resorte respecto a la fuerza aplicada.

Figura 1-2. Comparación gráfica de Fuerza vs deformación.

De la figura 2 podemos notar que: 

Análisis del resorte 2

Tabla 1-1.2. Comparación de la deformación del resorte respecto a la fuerza aplicada en el resorte 2.

Figura 1-3. Comparación gráfica de deformación vs Fuerza.

De la ecuación anotada en la figura 1-3 podemos notar que: 

Preguntas

 Investigue la importancia de la inercia, el amortiguamiento viscoso y la elasticidad en un sistema mecánico en traslación.

Un sistema mecánico en traslación se puede representar como una interconexión de un número finito de elementos idealizados como masas (inercia), resortes (elementos elásticos) y amortiguadores, siendo elementos pasivos que disipan o almacenan energía y no la introducen al sistema. En cada elemento tanto un esfuerzo (fuerza) como un flujo (velocidad) son considerados.

Todas las anteriormente mencionadas son importantes para que un sistema mecánico funcione de la mejor manera posible, recreando la mejor eficiencia. En el caso del amortiguamiento viscoso impide el rápido desgaste de piezas que están en contacto continuo, la elasticidad permite la restauración del sistema cuando este sufre una perturbación externa.

Describa brevemente elementos mecánicos, con características elásticas. (Barra, vigas, columnas, placas, entre otros).

Las barras de materiales elásticos se utilizan para la aplicación de esfuerzo con tensión por un lado mientras que el otro permanece fijo, cuando flexiona una varilla y se quita la fuerza aplicada esta actúa como un elemento elástico.

Las vigas son miembros estructurales diseñados para soportar cargas aplicadas perpendicularmente a sus ejes. En general las vigas son barras largas rectas que tienen un área de sección transversal constante. Cuando una viga Flexiona debido a las Fuerzas exteriores que se aplican, existen algunas partes de la viga que se acortan y hay otras zonas que se alargan

Resortes: Su función es de absorber la energía que actúa sobre ellos en forma de vibraciones para posteriormente librarla lentamente.

Placas: se define como un sólido paralelepípedo, donde su espesor es mucho menor que el resto de sus dimensiones.

  Investigue la importancia del momento de inercia, el amortiguamiento viscoso y la elasticidad en un sistema mecánicos torsional.

En sistemas mecánicos torsionales se ajustan elementos de inercia, amortiguamiento viscoso y elástico para señalar y trabajar más fácilmente el sistema en cuestión ya sea de una barra o viga que son los elementos más propensos a una torsión. Con esto se busca observar mejor el comportamiento del sistema con su desplazamiento angular.

Tabla 1-2. Elementos de sistemas dinámicos

Conclusión

Una vez estudiado, identificado y analizado las características de los elementos físicos de un sistema dinámico, como lo es el sistema masa-resorte, pudimos adquirir los conocimientos en cuanto a las variables de entrada y salida que los caracteriza y a su vez, la relación que implica este análisis al formar parte de un sistema dinámico. De los resultados podemos notar que la deformación del resorte es directamente proporcional a fuerza que se le aplica a la misma en este caso. Además, notamos que entre un resorte y otro no hay mucha diferencia en sus deformaciones, fuerza inicial, y constante "k" debido que la longitud de estos tenía una diferencia de longitud muy pequeña.

Publicado por:

Grupo 1EM131

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