5. Les estructures.
1
Tipus d’estructures
Esforços en les estructures
Estabilitat en les estructures
Estructures entramades
Estructures triangulades
Estructures laminars
5. Les estructures.
2
COMPETÈNCIES DEL CURRÍCULUM ACTIVITATS CCLI: Competència de comunicació lingüística. 11, 12
CMCT: Competència matemàtica i competències
bàsiques en Ciència i Tecnologia. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12 CD: Competència digital. 1, 8, 10
CAA: Competència de aprendre a aprendre. 3, 12 CSC: Competències socials i cíviques.
SIEE: Sentit d’iniciativa i esperit emprenedor. 12 CEC: Consciència i expressions culturals.
5. Les estructures.
3
1. Tipus d’estructures
Si observem amb deteniment al nostre voltant, observarem que hi ha multitud d’estructures, no sols fetes per l’home sinò també fetes per altres èssers vius.
Així totes les estructures les puguem classificar en:
NATURALS
ARTIFICIALS
Fetes pels animals
Fetes per l’home
Una estructura és un conjunt d’elements capaços de suportar forces i transmetre-les als punts on es recolça a fi de ser resistent i estable.
5. Les estructures.
4
Les estructures tecnològiques es poden classificar en:
Massives:
es construeixen a base d’acumular materials que pel seu propi pes li donen estabilitat a l’estructura.
Laminars:
formades per làmines a les quals es dóna una forma determinada per augmentar-ne la resistència.
D’armadura:
que poden ser,Estructures tecnològiques són totes aquelles planificades i construïdes per l’home, i que serveixen per a cobrir espais, salvar obstacles geogràfics, emmagatzemar coses, etc
5. Les estructures.
5
Activitat 1. Investiga:
Busca alguna imatge del primer pont de ferro construït al mon i col·loca les dades tècniques del mateix.Activitat 2:
Observa les estructures següents i identifica-les indicant si són naturals o artificials i de quin tipus són.Imatge Dades tècniques - - - - - - - - -
5. Les estructures.
6
2. Força
De fet les forces no es poden veure, però sí que podem observar o notar-ne els efectes. Normalment, aquests efectes es produeixen per contacte entre dos cosos, però també es poden originar a distància, com passa amb la força magnètica en els imants o la força gravitatòria.
________________________________:
Puguem definir com magnitud a tot fenòmen físic que puguem mesurar. Exemples de magnitud són: la temperatura, la velocitat, la massa, la força, el corrent elèctric, etc.Tota magnitud té una unitat que ens permet mesurar-la i així poder quantificar-la i comparar-quantificar-la. Són exemples d’unitats: el grau centígrad, el quilòmetre per hora, el quilogram, el newton, l’ampere, etc.
Les unitats es poden escriure amb el nom complet o utilitzant un símbol que la defineix. Són exemples de símbols d’unitats: ºC, km/h, kg, N, A, etc.
Per poder mesurar les magnituds disposem dels corresponents aparells de mesura. Són exemples d’aparells de mesura: velocímetre, termòmetre, amperímetre, etc.
Activitat 1:
Col·loca al lloc corresponent per completar la graella els noms de les unitats i els símbols corresponents. Busca els noms dels aparells de mesura corresponents. longitud, distància, superfície, corrent elèctric, velocitat, temperatura, força, , temps, pressió atmosfèrica.
N, m, km, s, ºC, m2, mb, km/h, A
newton, metre, quilòmetre, segon, grau centígrad, metre quadrat, mil·libars, quilòmetres per hora, ampere.
5. Les estructures.
7
______________________________:
Quan una magnitud queda perfectamentdefinida quan indiquem el seu valor, l’anomenem magnitud esalar; són magnituds escalars la massa (una massa de 25 kg), la temperatura (una temperatura de 32
oC), etc.
Ara bé, hi ha magnituds que per a què queden perfectament definides, a més del seu valor, cal indicar una direcció i un sentit que determinen els seus efectes. Per exemple la direcció i el sentit d’acció d’una força no es indiferent pel que fa als efectes que provoca.
Així, per tant, per a què una força quede totalment definida hem d’indicar el seu valor, la direcció en la qual actua i el sentit.
A aquests tipus de magnituds se les anomena magnituds vectorials.
MAGNITUD NOM UNITAT SÍMBOL UNITAT APARELL DE MESURA
Si una força actua segons la figura el resultat serà que la taula es trencarà.
Si la força actua segons la direcció i el sentit mostrats, el resultat serà que la taula s’elevarà.
Si la força actua des del costat el resultat serà que la taula es desplaçarà.
5. Les estructures.
8
________________________________________
___________________:
Per poder representar de forma gràfica una magnitud vectorial s’utilitza una representació geomètricasemblant a una fletxa que s’anomena vector, i què té tres característiques, la longitud que ens indica el valor (per exemple de la força), la direcció d’actuació què és la recta sobre la qual es recolça el vector , el sentit que ve indicat per la punta de la fletxa, i el punt d’aplicació.
A continuació puguem veure tres casos diferents d’aplicació de dues forces. Cal tenir en compte què les forces actuants poden ser una o moltes, i en aquest cas les forces es poden sumar o restar, tant de forma analítica com preferentment gràfica.
______________________________________
.
La unitat de mesura de les forces és el newton (N), nom que prové del cognom d’Isaac Newton.
L’aparell que s’utilitza per a mesurar les forces s’anomena dinamòmetre.
Activitat 2:
Busca els trets biogràfics més importants d’Isaac Newton.Ací tenim les forces F1 i F2 tenen la
mateixa direcció, el mateix sentit, però punt d’aplicació diferent.
Ara F1 i F2 tenen la mateixa direcció i
sentit contrari idiferent punt d’aplicació.
En aquest cas les forces F1 i F2 tenen
diferent direcció i diferent sentit, però tenen el mateix punt d’aplicació.
F1 F2 F1 F2 F1 F2
Parts d’un vector
sentit
direcció
valor
F
F
En aquest cas el resultat de l’aplicació de la força (en direcció horitzontal i sentit cap a l’esquerre) és el
desplaçament del paraigües. Ll’aplicació de la força (en
direcció vertical i sentit cap avall, té com a resultat la deformació de la llauna.
5. Les estructures.
9
3. El pes dels objectes
Quan tenim un objecte a la mà i el soltem, observem que cau cap a terra. Quan agafem un objecte diguem que pesa molt o molt poc.
El pes d’un objecte és un cas particular de força, i el podriem definir com:
Aquesta atracció s’anomena atracció gravitatòria i es fa present com una acceleració que rep el nom d’acceleració de la gravetat. Aquesta és diferent si estem en la Terra, en la Lluna o en Júpiter, per tant depén, bàsicament, de la massa del planeta on ens situem.
Una vegada coneguda l’acceleració de la gravetat, el pes d’un objecte depèn de la seua massa i es mesura en quilograms (kg)
La massa d’un objecte és una magnitud constant, és a dir una massa d’1 kg de ferro, és la mateixa en la Terra, en la Lluna o en Júpiter, ara bé la pregunta és la següent: quant pesa 1 kg de ferro en la Terra, en la Lluna o en Júpiter?
L’expressió matemàtica que ens permet calcular el pes d’un objecte de massa m, és la següent:
Si mesurem la massa (m) en quilograms (kg) i l’acceleració de la gravetat (g) en metres per segon al quadrat (m/s2), el pes (Q) resulta en newton (N)
Activitat 3:
Calcula quant pesa 1 kg de ferro en la Terra, en la Lluna i en Júpiter.Dinamòmetre utilitzat com a bàscula, doncs el pes dels objectes és un cas particular de força.
Dinamòmetre per mesurar la força que es pot fer amb les mans. A la Terra A la Lluna A Júpiter
5. Les estructures.
10
El pes es representa com un vector que té direcció vertical i sentit cap avall, i que s’aplica en el centre de masses del cos.
L’atracció gravitatòria actua sobre tots i cadascun dels àtoms que formen l’objecte, però com seria molt engorrós dibuixar tots els vectors que representen el pes de cada àtom, es recurreix a la tècnica d’agrupar tots els pesos dels àtoms individuals en un sol vector que se situa en el conegut com centre de masses de l’objecte en qüestió.
Activitat 4:
Col·loca els vectors on cregues que actuen les forces, incluït el pes.F1 F2
5. Les estructures.
11
4. Esforços en les estructures
Les estructures estan sotmeses a diverses forces exteriors que actuen sobre elles. Si les estructures no són prou resistents aquestes forces provoquen o una deformació o un desplaçament de la mateixa.
Aquestes forces externes s’anomene esforços, i bàsicament poden ser de cinc classes:
___________.
Quan les forces actuants tendeixen a estirar l’element.
_____________.
Quan les forces actuants tendeixen a comprimir l’element.
_______________.
Les forces fan que l’element es doblegue o es corbe.Esforços en les estructures
5. Les estructures.
12
_____________.
Quan les forces actuants tendeixen a retòrcer l’element sobre ell mateix.
__________________.
Les forces actuants tendeixen a tallar l’element.Activitat 5:
Fes un dibuix dels elements que s’indiquen i posa a quin tipus d’esforç estan sotmesos.a) Tauló de bastiment b) La corda d’un globus
FLEXIÓ TRACCIÓ
c) Un clau a la paret per a penjar quadres d) L’eix dels pedals d’una bicicleta
CISALLAMENT TORSIÓ
e) Les baules de la cadena d’una bicicleta f) Els cables que subjecten el pal d’una antena
5. Les estructures.
13
Activitat 6:
Analitza la biga de la imatge i idenfica els esforços que actuen sobre ella.Activitat 7:
Indica a quin tipus d’esforços estan sotemesos els elements assenyalats.Acer
Material no fràgil o TENAÇ
Vidre Material FRAGIL A: _______________ B: _______________ C: _______________ D: _______________
5. Les estructures.
14
5. Estabilitat de les estructures
Una estructura és estable quan se sosté per ella mateixa, i per a tombar-la cal una força exterior. Contràriament, és inestable quan no se sosté per ella mateixa.
Tot cos pot estar en una de les tres posicions d’equilibri: estable, inestable i indiferent.
Centre de masses
L’estabilitat d’una estructura depén de la seua forma constructiva però també de la posició del centre de masses de la mateixa. Aquest és un punt imaginari on es considera concentrada tota la massa d’un cos, i facilita molt determinats càlculs que s’han de fer en les estructures. Una dada curiosa és que el centre de masses pot estar situat fora del cos estudiat.
A les figures regulars el centre de masses es troba al centre geomètric, si no és regular cal recurrir a mètodes empírics.
Activitat 8:
Situa el centre de gravetat de les figures següents:Per aconseguir major estabilitat en les estructures hi ha diversos procediments:
______________________________________.
Estabilitat de les estructures
1,5 m
20 cm 1,5 m
___________________ Un con col·locat sobre la base es troba en una
posició estable.
____________________ El con col·locat de costat
està en una posició indiferent.
____________________ Quan el con es col·loca de punta caurà només
soltar-lo.
Els cotxes de F1 tenen un centre de masses molt baix, per això tenen molta
estabilitat.
Els camions tenen el centre de masses a prou alçada, la seua estabilitat és menor.
5. Les estructures.
15
________________________________________.
_________________________________________.
Un cas interessant d’augment de l’estabilitat és el funambulista.
Com es veu a la figura consta d’una peça prismàtica a la qual s’acoblen quatre varets, una que servix de pom per a subjectar el funambulista, una altra que permet situar-lo, i dues més a l’extrem de les quals es col·loca una esfera de prou de pes. En aquestes condicions el centre de masses del conjunt es situa (de forma aproximada) al centre de la línia que uneix les dues esferes, és un centre de masses virtual ja que es troba fora de l’estructura de l’objecte.
Quan col·loquem la punta del funambulista sobre la corda, es dóna la circumstància que el centre de masses està més baix que el punt de suport i això fa que eixstisca una condició d’equilibri que permet que si inclinem el funambulista, ell sol torna a la posició vertical. Quant major siga la distància entre els dos punts major serà la condició d’equilibri.
Els menjadors per a gossos tenen una base ampla.
Als parasols grans se’ls dota d’una base gran i de molt de pes.
5. Les estructures.
16
6. Estructures entramades
Aquestes estructures estan formades per elements verticals i horitzontals. Els primers suporten el pes de tota l’estructura en una secció menuda, els pilars.
Els elements horitzontals són les bigues, que s’encarreguen de suportar el pes de l’estructura per transmetre’l als murs o pilars on es recolzen pels extrems. Les jàsseres són bigues grosses que sostenen altres bigues.
Aquestes estructures entramades utilitzen com a materials la fusta, perfils d’acer o formigó
armat.
A la imatge següent es pot veure l’estructura típica d’una vivenda.
5. Les estructures.
17
Activitat 9:
Indica si són certes o falses les afirmacions següents.a) Les estructures entramades només presenten elements horitzontals. V - F b) Les jàsseres són bigues molt grosses. . V - F
c) Els pilars dels habitatges solen fabricar-se amb formigó armat. . V - F d) Els forjats són elements verticals. . V - F
e) Les bigues de l’embigat tenen la secció més gran que les jàsseres. . V - F
7. Estructures triangulades
Si tenim una estructura formada per barres que tinga quatre o més costats, quan li apliquem una força en un nuc, aquesta es deformarà.
L’estructura més simple indeformable és la formada per tres barres formant un triangle.
Activitat 10:
Busca, retalla i apega tres exemples de estructures triangulades. Posa el nom corresponent.Estructures triangulades
Torre d'alta tensió
Cúpula geodèsica
Torre Eiffel
Vocabulari:
Barra: __________________
_______________________.
Nuc: ___________________
5. Les estructures.
18
Activitat 11:
Col·loca les barres necessàries per a fer rígides les estructures següents.8. Estructures laminars
Estan formades per làmines, de vegades subjectades a una estructura molt lleugera. Formen la carcassa d’objectes d’us quotidià: frigorific, ordinador, rentadora, etc.
Aquest tipus d’estructura aprofiten, que si bé una làmina fina ofereix molt poca resistència, doblegades i unides de determinada forma poden arribar a tenir una resistència molt elevada.
Activitat 12:
Busca, retalla i apega tres exemples de estructures laminars. Posa el nom de la mateixa.5. Les estructures.
19
Activitat 13:
El pont més llarg del món
Els 3 300 metres que
separen l’ílla de Sicília i el
sud de la península
italiana es salvaran amb
la construcció d’un
pont penjant o, com
també es pot dir
un pont suspés.
Aquest tipus
de
pont
és
necessari a causa
de
la
gran
profunditat del
mar a l’estret de
Messina, que fa
impossible
qualsevol altra
forma
de
construcció. Una
alternativa
al
pont hauria estat
la
construcció
d’un túnel, però
l’activitat sísmica
de
la
zona
desaconsella
aquesta solució.
El
pont
serà
resistent
als
terratrèmols i aerodinàmic
per poder suportar la força
del vent. Tindrà dues columnes
que suportaran els cables
principals d’1,3 metres de diàmetre compostos per fils d’acer. Farà 55 metres d’alçada
sobre el nivell del mar, una amplada de 60 metres i pesarà 55 000 tones.
Ara bé, el pont projectat més llarg serà el que unirà Qatar i Bahrain per damunt del
mar. Estarà constituit per columnes i un tauler sobre elles, tot açò al llarg dels 40 km de
longitud i, per creuar-lo amb cotxe a 60 km/h, es tardarà 40 minuts.
Contesta a la següents qüestions:
a) Al text es comparen dos tipus de ponts. Quines diferències trobaries entre l’un i l’altre pel que fa al tipus d’estructura?
b) Per què s’ha optat per un pont en suspensió a l’estret de Messina?
c) Quines són les principals característiques tècniques del pont de Messina?
5. Les estructures.
20
Activitat 14:
Fes, en quinze línies, una descripció d’un pupitre de classe.
__________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ __________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________
