El documento presenta varios problemas de estatica de cuerpos rígidos. En el primer problema se pide determinar las reacciones de dos cilindros colocados entre planos, dados sus pesos y diámetros. En otro problema se pide determinar las componentes de una fuerza sobre dos ejes. También se presentan problemas sobre determinar fuerzas y reacciones equivalentes en sistemas de barras y placas sometidos a cargas.
1. Dos cilindros se encuentran colocados entre un plano horizontal y dos verticales como se muestra en
la figura. Si se sabe que el cilindro 1 tiene un peso de 30 kN y el 2 de 90 kN, y que sus diámetros son
de 40 cm y 70 cm, respectivamente, determine las reacciones de los cilindros con los planos y la
reacción entre ellos. Considere que todas las superficies de contacto son lisas
Determinar la magnitud de las componentes de la fuerza de 60 kN sobre los ejes y-u. Mediante croquis
adecuadamente referenciados ilustre los resultados obtenidos.
𝜃 = sin−1
0.45
0.55
= 54.903° 𝛼 = 35.097°
𝐹𝑥 = 𝐹𝑡 cos 𝛼 − 𝐹𝐵 = 0 𝐹𝑥 = 𝐹𝐴 − 𝐹𝑡 sin 𝜃 = 0
𝐹𝑦 = −𝐹𝑡 sin 𝛼 + 𝐹𝐶 − 𝑊2 = 0 𝐹𝑦 = 𝐹𝑡 cos 𝜃 − 𝑊1 = 0
1 m
1
2A
B
C
0.45 m
𝜽
𝜶
𝑭 𝑨
𝑾 𝟏
𝑭 𝒕
𝑭 𝑩
𝑭 𝑪
𝑾 𝟐
𝑭 𝒕
𝜶
𝜽
𝐹𝑡 =
𝑊1
cos 𝜃
=
30 𝑘𝑁
cos 𝜃
= 52.178 𝑘𝑁 𝐹𝐵 = 𝐹𝑡 cos 𝛼 =
𝑊1 cos 𝛼
cos 𝜃
= 42.691 𝑘𝑁
𝐹𝐴 =
𝑊1
cos 𝜃
sin 𝜃 = 𝑊1 tan 𝜃 = 42.691 𝑘𝑁 𝐹𝐶 = 𝑊2 + 𝐹𝑡 sin 𝛼 = 𝑊2 +
𝑊1 sin 𝛼
cos 𝜃
= 120 𝑘𝑁
𝟑𝟗°
𝟕𝟓°
y
u
𝟑𝟗°
𝟕𝟓°
y
u
𝑭 𝒚
𝟕𝟓°
𝟑𝟗°
𝟕𝟓°
y
u
𝑭 𝒚
𝟑𝟗°
𝟔𝟔°
𝟔𝟔°
60 𝑘𝑁
sin 66°
=
𝐹𝑦
sin 75°
⇒
⇒ 𝐹𝑦 =
60 𝑘𝑁 sin 75°
sin 66°
⇒ 𝐹𝑦 = 63.44
60 𝑘𝑁
sin 66°
=
𝐹𝑢
sin 39°
⇒
⇒ 𝐹𝑢 =
60 𝑘𝑁 sin 39°
sin 66°
⇒ 𝐹𝑢 = 41.33
2. El sistema estructural integrado por las barras AB, AC y AD, articuladas en sus extremos, deben
soportar una carga en el punto A de P=150 kN. Sabiendo que el sistema debe estar en equilibrio,
determine la fuerza que soporta cada barra, asi como si se encuentra en tensión o comprensión
Una placa está sometida a las acciones mostradas en la figura (tres fuerzas y un momento).
Determinar: a) la fuerza y el momento equivalentes en el punto D, b) la fuerza equivalente y la distancia
vertical respecto al punto D en el que debe ser aplicada a esta fuerza. Mediante croquis
adecuadamente referenciados ilustre los resultados obtenidos.
𝐴 = ሺ0,1.5,0ሻ
𝐵 = ሺ−4,0,0ሻ 𝐴𝐵തതതത = ሺ−4, −1.5,0ሻ
𝐶 = ሺ−1.5,0,1ሻ 𝐴𝐶തതതത = ሺ−1.5, −1.5,1ሻ
𝐷 = ሺ−1.5,0, −1ሻ 𝐴𝐷തതതത = ሺ−1.5, −1.5, −1ሻ
𝐴𝐵ሬሬሬሬሬԦ =
ȁ𝐴𝐵ȁ • 𝐴𝐵തതതത
ȁ𝐴𝐵തതതതȁ
=
ȁ𝐴𝐷ȁሺ−4, −1.5,0ሻ
ξ42 + 1.52
𝐴𝐵ሬሬሬሬሬԦ = ȁ 𝐴𝐵ȁ ቆ−
8ξ73
73
, −
3ξ73
73
, 0ቇ
2.5 m 1.5 m
1.5 m
A
B
C
D
P
y
x
z
𝐴𝐶ሬሬሬሬሬԦ =
ȁ𝐴𝐶ȁ • 𝐴𝐶തതതത
ȁ𝐴𝐶തതതതȁ
=
ȁ𝐴𝐶ȁሺ−1.5, −1.5,1ሻ
ξ1.52 + 1.52 + 12
𝐴𝐶ሬሬሬሬሬԦ = ȁ𝐴𝐶ȁ ቆ−
3ξ22
22
, −
3ξ22
22
,
ξ22
11
ቇ
𝐴𝐷ሬሬሬሬሬԦ =
ȁ𝐴𝐷ȁ • 𝐴𝐷തതതത
ȁ𝐴𝐷തതതതȁ
=
ȁ𝐴𝐶ȁሺ−1.5, −1.5, −1ሻ
ξ1.52 + 1.52 + 12
𝐴𝐷ሬሬሬሬሬԦ = ȁ𝐴𝐷ȁ ቆ−
3ξ22
22
, −
3ξ22
22
, −
ξ22
11
ቇ
𝐹𝑥 = −
8ξ73
73
ȁ𝐴𝐵ȁ −
3ξ22
22
ȁ𝐴𝐶ȁ −
3ξ22
22
ȁ𝐴𝐷ȁ = 0 ȁ𝐴𝐵ȁ = 256.320 ሺ𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛ሻ
𝐹𝑦 = −
3ξ73
73
ȁ𝐴𝐵ȁ −
3ξ22
22
ȁ𝐴𝐶ȁ −
3ξ22
22
ȁ𝐴𝐷ȁ = 150𝑘𝑁 ȁ𝐴𝐶ȁ = −187.81 ሺ𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛ሻ
𝐹𝑧 = 0ȁ𝐴𝐵ȁ +
ξ22
11
ȁ𝐴𝐶ȁ−,
ξ22
11
ȁ𝐴𝐷ȁ = 0 ȁ𝐴𝐷ȁ = −187.81 ሺ𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛ሻ
𝑀 𝐷 = −17 𝑘𝑁ሺ0.3𝑚ሻ + 9𝑘𝑁𝑚 + 30𝑘𝑁ሺ1.6𝑚ሻ + 24𝑘𝑁 sin 65° ሺ1.2𝑚ሻ
𝑀 𝐷 = 78.001𝑘𝑁𝑚 𝐹𝑥 = 17𝑘𝑁 − 24𝑘𝑁 cos 65 = 6.86𝑘𝑁
𝐹𝑦 = 30 + 24𝑘𝑁 sin 65° = 51.74𝑘𝑁 𝐹 = ඨ 𝐹𝑥
2
+ 𝐹𝑦
2
= 52.20𝑘𝑁
𝑀 = 𝑟 • 𝐹 ⇔ 𝑟 =
𝑀
𝐹
=
78.001𝑘𝑁𝑚
52.20𝑘𝑁
= 1.494𝑚
24 𝑘𝑁 9 𝑘𝑁𝑚
17 𝑘𝑁
30 𝑘𝑁
1.2m
1.3m
1.6m
1.2m
0.8m
0.8m
0.9m
A
D
F
E
C
B
65°
3. Un cilindro se apoya sobre un plano inclinado en E y sobre un soporte AD en B, como se indica en la
figura. Sabiendo que el cilindro pesa 75kN y que todas las superficies de contacto son lisas, determine
las reacciones en el apoyo articulado móvil A y en el apoyo articulado fijo D de la estructura mostrada.
Dos fuerzas y un momento actúan sobre un elemento rectangular como se indica en la
figura.Determinar un sistema equivalente fuerza par aplicada en el punto F. Mediante un croquis
adecuadamente referenciado ilustre los resultados obtenidos.
La estructura mostrada esta cargada y apoyada como se indica en la figura.Determine las reacciones en el
apoyo articulado fijo A y en el apoyo articulado movil C de la estructura mostrada.
1m
1m
0.3m0.45m
C D
A
B
E
1
1
𝑭 𝑩
𝑭 𝑫 𝒙
𝑭 𝑫 𝒚
𝑭 𝑨
𝜽
𝜶
𝑭 𝑩𝑭 𝑬
𝑾 𝑬
𝜶 𝜽
𝐹𝑥 = 𝐹𝐸 sin 𝛼 − 𝐹𝐵 sin 𝜃 = 0 , 𝐹𝐸 = 60.61𝑘𝑁
𝐹𝑦 = 𝐹𝐸 cos 𝛼 + 𝐹𝐵 cos 𝜃 = 𝑊𝐸 , 𝐹𝐵 = 53.57𝑘𝑁
𝜃 = tan−1
1
0.75
= 53.130° 𝛼 = tan−1
1
1
= 45°
tan 𝜃 =
ℎ
0.45
⇒ ℎ = 0.45 tan 𝜃 = 0.6𝑚 , 𝑥 = 1 − 0.6𝑚 = 0.4𝑚
𝐹𝑥 = 𝐹𝐷 𝑋
+ 𝐹𝐵 sin 𝜃 = 0 , 𝐹𝐷 𝑋
= −𝐹𝐵 sin 𝜃 , 𝐹𝑦 = −𝐹𝐴 − 𝐹𝐵 cos 𝜃 − 𝐹𝐷 𝑌
= 0
𝑀 𝐷 = 𝐹𝐴ሺ1.75𝑚ሻ + 𝐹𝐵 𝑠𝑖𝑛 𝜃 ሺ0.4ሻ + 𝐹𝐵 cos 𝜃 ሺ1.3𝑚ሻ = 0
𝐹𝐴 = −
𝐹 𝐵൫𝑠𝑖𝑛 𝜃 ሺ0.4𝑚ሻ + cos 𝜃 ሺ1.3𝑚ሻ൯
1.75𝑚
= −33.673𝑘𝑁 , 𝐹 𝐷 𝑌
= −𝐹𝐴 − 𝐹 𝐵 cos 𝜃 = 1.53𝑘𝑁
𝐷 = ሺ2.5,0.5,2ሻ , 𝐺 = ሺ0,0,2ሻ; 𝐷𝐺തതതത = ሺ−2.5, −0.5,0ሻ
𝐵 = ሺ2.5,0.5,0ሻ , 𝐶 = ሺ0,0.5,2ሻ; 𝐵𝐶തതതത = ሺ−2.5,0,2ሻ
𝐹 = ሺ2.5,0,0ሻ , 𝐻 = ሺ2.5,0,2ሻ; 𝐹𝐻തതതത = ሺ0,0,2ሻ ; 𝐹𝐷തതതതത = ሺ0,0.5,2ሻ
𝑭 𝑫𝑮ሬሬሬሬሬሬԦ = 𝟒𝟎𝒌𝑵
ሺ−2.5,−0.5,0ሻ
ξ2.52 + 0.52
= −𝟑𝟗. 𝟐𝟐𝟑𝒊, −𝟕. 𝟖𝟒𝟓𝒋, 𝟎𝒌
𝑭 𝑭𝑯ሬሬሬሬሬሬԦ = 𝟐𝟎𝒌𝑵
ሺ0,0,2ሻ
ξ22
= 𝟐𝟎𝒌
𝑴 𝑩𝑪ሬሬሬሬሬሬԦ = 𝟑𝟎𝒌𝑵
ሺ−2.5,0,2ሻ
ξ2.52 + 22
= −𝟐𝟑. 𝟒𝟐𝟔𝒊, 𝟎𝒋, 𝟏𝟖. 𝟕𝟒𝟏𝒌
𝑭 = 𝑭 𝑫𝑮ሬሬሬሬሬሬԦ + 𝑭 𝑭𝑯´ሬሬሬሬሬሬሬԦ = −𝟑𝟗. 𝟐𝟐𝟑𝒊, −𝟕. 𝟖𝟒𝟓𝒋, 𝟐𝟎𝒌
A
B
C
D
F
H
G
y
x
z
0.5m
𝑀 =
𝑖 𝑗 𝑘
2.5 0 0
0 0 𝟐
൩ +
𝑖 𝑗 𝑘
0 0.5 2
−𝟑𝟗. 𝟐𝟐𝟑 𝟕. 𝟖𝟒𝟓 0
൩ + −𝟐𝟑. 𝟒𝟐𝟔𝒊, 𝟎𝒋 + 𝟏𝟖. 𝟕𝟒𝟏𝒌 = −𝟕. 𝟕𝟒𝒊, −𝟏𝟐𝟖. 𝟒𝟓𝒋, 𝟑𝟖. 𝟑𝟓𝒌
𝐹⊡ =
2𝑘𝑁
𝑚
5𝑚 = 10𝑘𝑁; 𝐶⊡ =
5
2
𝑚 ⟺ 𝐹△ =
3 𝑘𝑁 𝑚Τ ∗ 5𝑚
2
= 7.5𝑘𝑁; 𝐶△ =
10
3
𝑚
𝑭 𝒙 = 𝐹𝐴 𝑥
+ 10𝑘𝑁 ൬
4
5
൰ + 7.5𝑘𝑁 ൬
4
5
൰ = 0 ⇒ 𝐹𝐴 𝑥
= −14𝑘𝑁
𝑭 𝒚 = −𝐹𝐴 𝑦
− 10𝑘𝑁 ൬
3
5
൰ − 7.5𝑘𝑁൬
3
5
൰ − 10𝑘𝑁 − 𝐹𝐶 = 0
𝐹𝐴 𝑦
= −𝐹𝐶 − 10𝑘𝑁 ൬
3
5
൰ − 7.5𝑘𝑁 ൬
3
5
൰ − 10𝑘𝑁 ⇒ 𝐹𝐴 𝑦
= −0.5𝑘𝑁
4m
2m 2m3m
C
A
B
𝑭 𝑨 𝒙
𝑭 𝑨 𝒚
𝑭 𝑪
𝜽
40 𝑘𝑁𝑚
10 𝑘𝑁
2 𝑘𝑁/𝑚
5 𝑘𝑁/𝑚
𝑴 𝑨 = −𝐹𝐶ሺ7𝑚ሻ − 10𝑘𝑁ሺ2.5𝑚ሻ − 7.5𝑘𝑁 ൬
10
3
𝑚൰ − 10𝑘𝑁ሺ5𝑚ሻ − 40𝑘𝑁𝑚 = 0
𝐹𝐶 =
−10𝑘𝑁ሺ2.5𝑚ሻ − 7.5𝑘𝑁 ቀ
10
3
𝑚ቁ − 10𝑘𝑁ሺ5𝑚ሻ − 40𝑘𝑁𝑚
7𝑚
= −20𝑘𝑁