Resistencia de materiales: Problemas de impacto y deformación

Resistencia de
materiales
U N I V E R S I D A D N A C I O N A L
D E L S A N T A
I N G E N I E R Í A C I V I L
V C I C L O
Campos Guerra Carlos
Fournier Pais Analí
Jimenez Gonzales Margarita
Terrones López Yessenia
Torres Lara María Victoria

PROBLEMAS DE RESISTENCIA DE MATERIALES I (1° UNIDAD-REMEDIAL) – 01
P1) Para el sistema mostrado, las barras achuradas son rígidas. Calcular el desplazamiento
vertical del punto C.
Analizando la Barra CD
Aplicando momentos en el centro de la barra Aplicando ∑
Analizando la Barra AC
Aplicando momentos en el centro de la barra Aplicando ∑
Calculando el desplazamiento vertical del
Por semejanza de triángulos tenemos hallando
= = =
=
A
2 a
x
a
aa
aa o
A
C
D
A
w
w
L=2a
E
A
2aw
𝐶 𝑦 𝐷 𝑦
C
L=2a
E
A
a a
aa o C
L=2a
aa o C
L=2a
a o C
L=2a
A C
C´
𝐿

P2) En el sistema mostrado en la Fig. ¿Cuánto desciende el peso W respecto a
la posición en la cual el tensor no estaba deformado? La barra es
indeformable y de peso Q, el tensor BC es de peso despreciable, área A y
módulo de elasticidad E.
Solución
- Diagrama de cuerpo libre:
- Hallando T
∑ ( ) ( ) ( )
- Hallando deformación de BC
( )
- Hallando desplazamiento de W
Por semejanzas:
( ) ⁄
B
l , A , EA
C
l l
W
B
C
T
T
T
A
A
Q W
l l
C W
X

d
D
P3) Un eje diámetro “d” pasa a través de un orificio circular hecho en una lámina, a
temperatura ambiente? Cuál debe ser el diámetro de este orificio para que el área de la
corona circular libre que rodea al eje sea Ctte. A todas las temperaturas: αe, Coeficiente de
dilatación lineal del eje y αm, Coeficiente de dilatación lineal de la lámina.
EXPANSIÓN TÉRMICA
ΔL = L x α x ΔT
 Aplic. Deformada
ΔD = D x αm x ΔT
Δd = d x αe x ΔT
 Área de la corona circular
Ac = π/4 (D
2
– d
2
) ………………………………………………… (1)
 Nuevo Diámetro
D´= ΔD + D = D x αm x ΔT = D (1 + αm ΔT)
d´= Δd + d = d x αe x ΔT = d (1 + αe ΔT)
 Nueva Área de la corona circular
Acc´ = π/4 (D´ 2
– d´ 2
) …………………………………………. (2)
 IGUALANDO (1) y (2)
Ac = Acc´
π/4(D2
– d2
) = π/4(D´ 2
– d´ 2
)
D2
– d2
= D2
(1 + αm ΔT)2
– d2
(1 + αe ΔT)2
D2
– d2
= D2
[1 + 2 αm ΔT + (αm ΔT)2
] - d2
[1 + 2 αe ΔT + (αe ΔT)2
]
D2
– d2
= D2
+ 2 D2
αm ΔT – d2
- 2 d2
αe ΔT
2 D2
αm ΔT = 2 d2
αe ΔT
D = d (αe/ αm)1/2

P4) Una barra supuestamente rígida esta sustentada por dos barras circulares articuladas con la
anterior, según la disposición de la figura. La barra A tiene una tensión admisible de
1000Kg/cm2
y sección 10cm2
mientras que la barra B tiene una tensión
admisiblede1200Kg/cm2
y sección8 cm2
. Ambas barras tienen idéntico módulo de elasticidad
E. Hallar los valores máximos de las cargas puntuales F y Q para que la barra permanezca
horizontal.
F L BA
1.0m 4m 2.0m
Q
A = 1000Kg/cm2
AA=10cm2
D.C.L
B = 1200Kg/cm2
AB=8 cm2
TA+TB= F + Q ……(1)
∑
TA +5TB=7(Q) …..(2)
ᵟA = ᵟB
PALA = PBLB
EAAA EBAB
Sabemos que :
LA=LB=L EA=EB TA=PA TB=PB
Entonces:
PA = PB ……….(3) P = A …..(4)
AA AB

(4) en (3)
A = B =1000Kg/cm2
TA=XAA=1000Kg/cm2
(10cm2
)= 10000Kg
TB=XAB =1000Kg/cm2
(8cm2
) =)= 8000Kg
En (2)
10000Kg + 8000Kg(5) = Q(7)
Q=7142.85 Kg
En (1)
10000Kg + 8000Kg = 7142.85 Kg +F
F=12857.14

P5) Una barra rígida e indeformable, tiene un peso W y longitud 2h. Esta suspendida en su punto
medio por un tirante de área 4A, longitud 2h y modulo de elasticidad Y. En uno de sus extremos
se encuentra un trono cónico de cases 4A Y A, altura h y módulo de elasticidad 2Y. En el otro
extremo se le aplica una fuerza F igual al doble del peso de la barra. Determinar cuánto
desciende este extremo.
- Trazamos nuestro diagrama de cuerpo libre:
Por equilibrio obtenemos:
∑
∑ ( ) ( )
T1=2w
 T2=5w
- Del diagrama podemos observar la siguiente relación:
………(**)
- Hallamos las deformaciones:
o Deformación 1:
F
a a
h
2h
F=2w
w
T2T1
𝛿
𝛿3
a a
w
𝛿

∫
( ⁄ ) ( )
∫
( ⁄
3
) ( )
∫
( ⁄
3
)
⌊
( ⁄
3
)
⌋
( ) [ ( ) ( )]
o Deformación 2:
( )( )
( )( )
o Remplazando en (**):
3
3 ( )
2A A/2
*
h
𝑥
𝐴

P6) Para el sistema mostrado en la fig. , determine la relación de la las áreas de las secciones
transversales del acero con E = 2.1 * ⁄ , y el aluminio, con E=7 * ⁄ ,
si las dos barras se deforman igualmente. Desprecie el peso de las barras.
Analizando la Barra rígida
Aplicando momentos en el apoyo
Por dato del problema se tiene que:
LL
A
L
U
M
I
N
I
O
A
C
E
R
O
3P
L
L
LL
3P
𝑅 𝑦
A
L
U
M
I
N
I
O
A
C
E
R
O
L
L
3P

P7) Determinar el máximo valor de P en la Fig. si los esfuerzos en la barra de
acero y madera no exceden de 25000psi. Y 1500psi respectivamente.
Eacero = 30x106 psi; Emadera = 1.5x106 psi.
Solución
∑
- Igualando deformaciones:
( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
- Calculando Fuerzas (Intervalo):
o Por esfuerzo
( ) ( )
madera
L/2
P
10’’
0.005’’
40’’
2’’x2’’x10’’
RIGIDA
L/2
0.005’’
T1
T2
T1
aa m
…(1)
…(2)

- Hallando P máximo:
o De (2)
Sabiendo que:
Nuevo Intervalo
o De (2) en (1)
Si es máximo es máximo
( )
O 6000
2212.1
736.4
P2
P1

10 cm. 10 cm.
TA
D
b ca
P
x
T TB C
0.04 mm.
35 cm.
10 cm. 10 cm.
A B C
D
b ca
P
x
P8) Cuando la estructura de la Fig. no está cargada hay una diferencia de 0.04 mm entre la losa
rígida D y la barra B. Determinar la magnitud y posición de la fuerza P que causará esfuerzos
normales iguales en las barras A, B, C en magnitud.
 Esfuerzos normales iguales → σA = σB = σC = σ
 Áreas iguales → AA = AB = AC = A
 σA = TA / AA
σ = TA / A
TA = σ A , TB = σ A , TC = σ A
TA = TB = TC = T
 Ʃ Mb = 0
-TA (10) + P (X) + TC (10) = 0
- σ A (10) + P (X) + σ A (10) = 0
P (X) = 0
X = 0
 Ʃ FY = 0
P = TA + TB + TC
P = σ A + σ A + σ A
P = 3 σ A
P / 3A = σ
P / 3A = T / A
P = 3T

P9. Un bloque rígido pesa 12000Kgs. Y pende de tres varillas simétricamente colocadas como se
indica en la figura. Antes de colocar el bloque, los extremos inferiores de las varillas estaban
colocados al mismo nivel. Determinar el es fuerzo en cada varilla después de suspender el bloque y
de una elevación de temperatura de 55°C .(Para el Br. L=90cm, A= 10cm2
E=8.6x105
Kg/cm2
,α=1.8x10-5
/°C, para el acero : L=600cm, A= 5cm2
E=2.1x106
Kg/cm2
,α=1.17x10-
5
/°C, para el acero.
12,000Kg
Acero AceroBronce
D.C.L
2 TA+TB =12000Kg ………(1) Sabemos que: TA = PA TB=PB
Las deformaciones son iguales:
PALA + αALA ∆T = PBLB + αBLB∆T
EAAA EBAB
PA 600cm + 1.17x10-5
/°Cx55°Cx 600cm = PB 90cm + 1.8x10-5
/°Cx55°Cx 90cm
5cm2
x2.1x106
Kg/cm2
10cm2
x8.6x105
Kg/cm2
5.71x10-5
xPA cm/ Kg + 0.3861cm = 1.05x10-5
xPB cm/ Kg+ 0.0891cm
5.71x10-5
xPA cm/ Kg + 0.297cm = 1.05x10-5
xPB cm/ Kg

5.71x10-5
xPA cm/ Kg + 0.297cm = 1.05x10-5
x(12000Kg -2PA) cm/ Kg
5.71x10-5
xPA cm/ Kg + 0.297cm = 0.126cm-2.1x10-5
x PAcm/ Kg
7.81x10-5
xPA cm/ Kg = -0.171cm
PA = -2189.500 Kg
Hallando PB en(1):
2( -2189.500 Kg)+ PB = 12000Kg
PB =16379Kg
Hallamos el esfuerzo :
A = PA = PA = -2189.500 Kg = 437.9 Kg/cm2
AA 5cm2
5cm2
B = PB = PB = 16379Kg = 1637.9 Kg/cm2
AB 10cm2
10cm2

P10) Para el sistema mostrado en la figura, calcular los esfuerzos térmicos de las barras
elásticas, si , E=2x106
kg/cm2
, =125x10-7
/ºC.
- Dividimos la armadura en dos secciones:
- Por las ecuaciones del equilibrio, tenemos:
o De la Fig. 1: 3 3⁄ ( )
o De la Fig. 2: 3 ( )
- Tenemos como dato , entonces:
( ⁄ )( ⁄ )
- Despejando:
( ⁄ )( )
- En (1) y (2):
 3
3⁄ ⁄ 3
3
 ⁄ ⁄
-
3
III
II
IIII
A
a
a
aa
T1 T1T3
Fig.1
Fig.2
T3
T2 T245

PROBLEMAS SOBRE CARGAS DE IMPACTO
P1) Un peso de 500 . Masa se desliza hacia abajo sin fricción por una barra de acero de
10mm de diámetro y de 1m de longitud. En su caída se detiene mediante un cabezal fijo a la
barra. Determinar la altura máxima del cual puede caer el peso, si el esfuerzo máximo no debe
exceder de 284MPa. Considere E = 200 * Pa.
Datos
D=10mm
L=1m
=?
E = 200 * Pa.
Se tiene que
( √ )
Hallando la
=6.366 kg/
Reemplazando los datos en la formula
284* Pa=6.366* *(1+ √ 3
)
Despejando se tiene que
h
L=1m

w
h
4 pies
P3) Un peso w = 100Lbs. Se desliza hacia abajo sin fricción por una barra de acero que tiene
como área de sección transversal 0.2 pulg2
, como se indica en la fig. Determinar el esfuerzo
Max. , la Deformación Unitaria, y el Factor de Impacto cuando; a) h = 0 pies. b) h = 1 pie. c) h
= 2 pies. E= 80 GPa
 ESFUERZO MÁXIMO:
σD = W/A + [(W/A)2
+ 2h(WE/AL)]
1/2
 DEFORMACIÓN UNITARIA MÁXIMA:
δD = WL/AE + [(WL/AE)2
+ 2h(WL/AE)]
1/2
 FACTOR DE IMPACTO:
F.I = σD / σest , σest = P/A
a) h = 0 pies.
W = 100 lbs. , A = 0.2 pulg2
, L = 4 pies = 48 pulg. , E= 80 GPa = 80x109
Pa
ESFUERZO MÁXIMO:
σD = W/A + [(W/A)2
+ 2h(WE/AL)]
1/2
σD = 100 / 0.2 + [(100 / 0.2)2
+0]
1/2
σD = 1000 lb / pulg2
.
DEFORMACIÓN UNITARIA MÁXIMA:
+ 2h(WL/AE)]1/2
δD = 100lb x 48pulg. / 0.2pulg2
x 80 x 109
Pa + [(100lb x 48pulg. / 0.2pulg.2
x 80 x 109
Pa)2
+ 0)]
1/2
δD = (2 x 100 x 48) / (0.2 x 80 x 109
x 1.48 x 10-4
)
δD = 4.05 x 10-3
pulg.
FACTOR DE IMPACTO:
σest = 100/0.2 = 500 lb/pulg2

F.I = σD / σest = 1000 lb/pulg2
/ 500 lb/pulg2
= 2
b) h = 1 pies. = 12 pulg.
W = 100 lbs. , A = 0.2 pulg2
, L = 4 pies = 48 pulg. , E= 80 GPa = 80x109
Pa
ESFUERZO MÁXIMO:
σD = W/A + [(W/A)2
+ 2h(WE/AL)]
1/2
σD = 100lb/0.2pulg.2
+ [(100lb / 0.2pulg2
)2
+ 2 x 12pulg.(100lb x 80 x 109
Pa/0.2pulg.2
x 48pulg)]]
1/2
σD = 100/0.2 + [(100 / 0.2)2
+ 2 x 12(100 x 80 x 109
x1.48x10-4
/0.2 x 48)]]
1/2
σD = 54908.18 lb/pulg2
.
+ 2h(WL/AE)]1/2
δD = 100lb x 48pulg / 0.2pulg.2
x 80 x 109
Pa + [(100lb x 48pulg / 0.2pulg2
. x 80 x 109
Pa)2
+ 2 x
12pulg. (100lb x 48pulg. / 0.2pulg.2
x 80 x 109
Pa)]1/2
δD = 100 x 48 / 0.2 x 80 x 109
x 1.48 x 10-4
+ [(100 x 48 / 0.2 x 80 x 109
x 1.48 x 10-4
)2
+ 2 x 12 (100
x 48 / 0.2 x 80 x 109
x 1.48 x 10-4
)]1/2
δD = 0.223 pulg.
FACTOR DE IMPACTO:
σest = 100/0.2 = 500 lb/pulg2
F.I = σD / σest = 54908.18 lb/pulg2
/ 500 lb/pulg2
= 109.82
c) h = 2 pies. = 24 pulg.
W = 100 lbs. , A = 0.2 pulg2
, L = 4 pies = 48 pulg. . , E= 80 GPa = 80x109
Pa

ESFUERZO MÁXIMO:
σD = W/A + [(W/A)2
+ 2h(WE/AL)]
1/2
σD = 100lb. / 0.2pulg.2
+ [(100lb. / 0.2pulg.2
)2
+ 2 x 24pulg. (100lb. x 80 x 109
Pa/0.2pulg2
. x
48pulg.)]]
1/2
σD =100 / 0.2 + [(100 / 0.2)2
+ 2 x 24 (100 x 80 x 109
x 1.48 x 10-4
/0.2 x 48)]]
1/2
σD = 77443.16 lb/pulg2
.
+ 2h(WL/AE)]1/2
δD = 100lb. x 48pulg. / 0.2pulg2
x 80 x 109
Pa + [(100lb. x 48pulg. / 0.2pulg.2
x 80 x 109
Pa)2
+ 2 x
24pulg. (100lb. x 48pulg. / 0.2pulg.2
x 80 x 109
Pa)]1/2
δD = 100 x 48 / 0.2 x 80 x 109
x 1.48 x 10-4
+ [(100 x 48 / 0.2 x 80 x 109
x 1.48 x 10-4
)2
+ 2 x 24
(100 x 48 / 0.2 x 80 x 109
x 1.48 x 10-4
)]1/2
δD = 0.314 pulg.
FACTOR DE IMPACTO:
σest = 100/0.2 = 500 lb/pulg2
F.I = σD / σest = 77443.16 lb/pulg2
/ 500 lb/pulg2
= 154.89

P4) Un peso de 10Kgs. Se suelta sobre el extremo de una viga en voladizo, como se
indica en la figura. La sección transversales rectangular, con b =100mm, h=60mm y E=
80GPa , Determinar el esfuerzo Max .la deflexión Max. y el factor de impacto, cuando a)
h=0m b)10mm
h
1m
A
V
V
X
10Kg
Mo=0
M=10X

10Kg.m=WL
L/3
L/3
W.L=10Kgxm
ᵟdim = ᵟest + (( ᵟest )2
+2.L. ᵟest )1/2
……..(1)
ᵟest = L(WxL)L = L3
W
ExIx2x3 6xIxE
I = bxh3
/12
I = (100x10-3m
)(60x10-3
m)/12 = 1.8x10-6
m
ᵟest = 1m3
x10x9.81N = 1.14X10-4
m
6(80x109
N/m2
x(1.8x10-6
m4
)
Remplazando en (1)
ᵟdim = 0.015m

Hallando el esfuerzo maximo
max = (WLxh/2)/I
max = 10Kg(30x10-3
m)/1.8x10-6
m4
max = 166666.67Kg/m2
Hallando la carga de impacto
a) h=10mm
F.I = σmax
σest
σmax = W/A + ( (W/A)2
+( 2HWE)/AL)1/2
σmax = 10Kg + 10Kg 2
+ (2x10x10-3
mx98N x80x109
N/m2
) 1/2
6x10-3
m2
6x10-3
m2
6x10-3
m
σmax = 98N + 16333.33N/m2
6x10-3
m2
σmax = 32666.67 N/m2
σest = = 10Kg = 1666.67 Kg/m2
6x10-3
m2
F.I = σmax = 16333.33N/m2
= 0.999
σest 1666.67 (9.8)N/m2
σmax = 2.σest
F.I = σmax = 2.σest = 2
σest σest

P5) Determinar la altura máxima desde la cual puede soltarse el peso de 10kg, si el esfuerzo
máximo en la viga de la figura no debe exceder 120 MPa. b=100mm, h=60mm, E=80 GPa.
 Trazamos el DCL:
 Por las ecuaciones de equilibrio:
o ∑
o ∑
-Trazamos los gráficos del momento máx. y el momento como carga unitaria, y hallamos el
esfuerzo y la deflexión:
( ) ( ) (3
)
( )
*Pero: y =h/2:
y =60mm /2
y= 30mm
(3 )
( )
L
w
h
1m
R1 W
M1
h/2
WL
L
L

-El momento de inercia de la sección:
( )( )
-Remplazando datos en (1) y (2):
 En 1 :
( )( )( )
( )( )( )
 En 2 :
( )( )(3 )( )
( )
3
- Hallamos la atura mediante la fórmula:
( √
3
( √
(
3
)

P6) Determinar la altura Max. H, desde la cual puede soltarse el peso de 25lb. Si el esfuerzo
Max. en la viga d la fig. No debe exceder de 36 ⁄ . La sección transversal de la viga es
rectangular, con b = 4 pulg. y b = 2 pulg. Y E = 30 * ⁄ .
L=6pies
=?
⁄
E = 30 * ⁄ .
b
d=2
Se tiene que
( √ )
Hallando la
De La Grafica Tenemos remplazando en
3 ⁄
Hallando I ⁄
= Reemplazando los datos en la formula
V=1pulgada ( √ )
⁄ = ⁄ ( √
⁄
⁄
)
Despejando se tiene que
6pies
6w
h
w
w
3pies 3pies

PROBLEMAS SOBRE ESFUERZO Y DEFOMACIÓN POR TEMPERATURA
P1) Una barra de aluminio de 1.5 cm. por 3.5 cm. Es calentado de tal modo que
sus extremos se mantienen inmóviles desde 20ºC hasta 130ºC sabiendo que el
coeficiente de dilatación lineal del aluminio es de 0.0000257, E = 7x105 kg/cm2.
Determinar el valor y la calidad del esfuerzo que se desarrolla en la barra.
Solución
- Deformaciones:
o Por temperatura
( )
( )( )
3
o Por compresión
⁄
( ) cm
- Igualando deformaciones:
3
( )
3
- Esfuerzo:
⁄
𝛿 𝑎𝑙
𝑡
P
3.5 cm
1.5 cm
𝛿 𝑎𝑙

50 m. T
50.075 m.
L
T
50.075 m.
P2) Una Wincha metálica mide 50.075 m. a una temperatura de 70 °C, a que temperatura será
exactamente 50 m. de longitud y cuál será su longitud a -40 °C.
a). Datos
L= 50.075 m. αACERO = 2.7 x 10-8
/°F
Tinicial = 70 °C = 158 °F
Tfinal = ?
δT = - α x ΔT x L
0.075 = -2.7 x 10-8
/°F x (Tfinal - 158 °F) x 50.075 m.
T = - 55314.35 °F
b). Datos
Li = 50.075 m. αACERO = 2.7 x 10-8
/°F
Tinicial = 70 °C = 158 °F
Tfinal = - 40 °F
δT = - α x ΔT x L
(L - 50.075) = -2.7 x 10-8
/°F x (-40 °F - 158 °F) x 50.075 m.
L - 50.075 = -2.7 x 10-8
/°F x (- 198 °F) x 50.075 m.
L= 50.074 m.

P3)Se tiene una barra de acero que debe soportar una fuerza de tracción de 3500 Kg.
Cuando la temperatura es de 29°C ¿Cuál debe ser su diámetro considerando que la
temperatura varia hasta -2°C y que los extremos están perfectamente empotrados.
Coeficiente de dilatación del acero es 0.0000125/°C. Esfuerzo de trabajo s la tracción
1250 Kg/cm
Datos del problema:
P = 3500Kg
∆T =( -2-29)°C=-31°C
α = 0.0000125/°C
T = 1250 Kg/cm
Hallando el modulo de elasticidad:
T = E. α. ∆T
1250 Kg/cm = E (1.25x10-5
/°C) x31°C
E = 32250806.4529 Kg/cm2
Hallando el diámetro:
P.L = α . ∆T. L
E.A
3500Kg = 1.25x10-5
/°C x31°C
32250806.4529 Kg/cm2
( D2
/4)
D = 1.89 cm

P4) una cinta de acero para trabajos de topografía mide 100 pies de longitud a 70 Determinar
su longitud cuando la temperatura desciende a 20
Hallando La Variación De La Longitud De La Barra
Reemplazando datos
𝐿

P5) Una barra rígida de aluminio de 4m de longitud se sujeta a una elevación de temperatura
de 100ºC. Determinar la variación de longitud de la barra.
4m
- Por medio de las tablas obtenemos: =23.1 x 10-6
/ºC
- Entonces por medio de la fórmula:
( )( )( )
3
m
- Por tanto la barra se ampliará .
𝐿 𝑇𝛼𝐿

P6) Un tubo de latón de pared delgada y sección circular tiene un diámetro
interior de 75mm. Determinar el diámetro interior cuando el tubo se calienta
una temperatura de 150ºC.
Solución
- Condiciones:
Temperatura ambiente : 25ºC
Coeficiente de dilatación: 1.85x10-5ºC-1
Entonces:
- Deformación:
( )
( ) ( ) ( )
- Diámetro final:
𝛿 𝑎𝑙
𝑡
3.5 cm
75 mm

P7) Un tubo de bronce de pared delgada y de 3.98 pulg de diámetro interior se va a colocar
sobre un cilindro de acero de 4.00 pulg de diámetro. El cilindro de acero se va a conservar a
70 °F. Determinar la temperatura a la cual el tubo de bronce deberá calentarse para que se
deslice sobre el cilindro de acero.
Datos
ϕi- bronce = 3.98 pulg. L
70 °F ϕi- bronce
Φcilindro = 4 pulg.
Tinicial = 70 °F
Tfinal = ?
El diámetro interior del bronce deberá seguir siendo menor para que el tubo del bronce se deslice sobre el
cilindro de acero.
La deformación del cilindro es cero ya que está sometida a temperatura constante.
δtubo bronce= 4 pulg. – 3. 98 pulg = 0.02 pulg.
δTubo bronce = αbronce x L x ΔT
0.02 pulg. = o.oooo122 /°F x 3.98 x (Tfinal – 70 °F)
0.02 = 4.8556 /°F x 10-5
(Tfinal – 70 °F)
411.896 °F = Tfinal – 70°F
Tfinal = 481.896 °F

P8. Un cilindro de acero inoxidable de 20 pulg de diámetro exterior y 19.5 pulg. de
diámetro interior a 20°C. Otro cilindro de latón de de 20.8 pulg de diámetro exterior y
19.985 pulg. de diámetro interior está en la misma temperatura. Si ambos cilindros son
calentados, a que temperatura se debe llegar para que el cilindro de latón quepe
justamente sobre el cilindro de acero. Calcular el esfuerzo unitario en cada material
cuando la temperatura baja a 20°C. α(acero inoxidable)= 857x10-7
α(latón)=105 x10-
7
coeficiente de temperatura por grado Farenheit.
Datos del problema:
Para el laton: Para el acero:
De = 20.8 pulg De = 20 pulg
DI = 19.985 pulg DI = 19.5 pulg
T = 20°C T = 20°C
α = 105x10-7
/ °F α = 857x10-7
/ °F
LATON
ACERO
20°C/5 =X-32/9
X=68°F
(De)A + αALA ∆T = (Di)l+ αlLl ∆T
20pulg + 857x10-7
/°Fx20pulg ∆T = 19.985 pulg +105x10-7
/°Fx19.985 pulg∆T
0.015= -15041.575x10-7
/°F. ∆T
∆T = -9.97°F
∆T = TF - TI
-9.97°F = TF - 68°F
TF = 58.03°F

Hallando los esfuerzos unitarios:
ET =α. ∆T
Para el acero:
ET = 857x10-7
/ °Fx894.86°F
ET =0.077
Para el latón:
ET = 105x10-7
/ °Fx894.86°F
ET =9.39x10-3

P9) Dado el sistema de la figura, formado por cables y barras, con los siguientes datos: Sección
del cable S=0.78cm2
, carga puntual P aplicada en el extremo A de la barra AC= 3000kg. Módulo
de elasticidad E=2x106
.
- Por medio de la estática tenemos:
*De la figura 1: TEB= TFG+ TDH
∑
( )
∑
*De la figura 2: TEB= TFG+ TDH
∑
( )
∑
( )
∑
- Remplazando en 1, 2 y 3:
o
o
o
- Hallando los esfuerzos:
o
o
kg/
Figura 1 Figura 2

o
( )
kg/
o
- Para la posición tenemos que trabajar en base a las deformaciones como se muestran a
continuación:
1
2
- Para la parte 1:
( )
- Para la parte 2:
( )
- Calculamos los desplazamientos:
o
3 ( )
( )( )
F
F’
D
D’
A
A’
C
1.5 m
1.5 m 0.5 m
0.5 m

3
o
( )
( )( )
o
( )
( )( )
o 3
- Remplazamos en (*):
o ( 3 ) ( 3
)
3
- Remplazamos en (**):
o
3
- Al producirse el descenso térmico tenemos:
( ) ( ) ( )
m
- Observando el gráfico:
( )
- Remplazando tenemos:
3
1.5 m 0.5 m

0
ESCALAmm
ACERO
ALUMINIO
ACERO
500mm
100 mm 25 mm
PASADORES CON
ROZAMIENTO
X
100 mm 25 mm
acero
aluminio
500 mm.
P13) Para el mecanismo que se muestra en la Fig., determinar el movimiento del indicador con
respecto al cero de la escala, si todo el sistema se calienta 50 °C. Si αAcero = 12x10-6
por @ °C,
αAluminio = 23x10-6
por @ °C
Por semejanza de triángulos : x = 5 (Δaluminio – Δacero) ……………………………….(1)
Donde:
Δaluminio = (23 x 10-6
)(500)(50) = 0.575 mm
Δacero = (12 x 10-6
)(500)(50) = 0.300 mm
Reemplazando (2) en (1):
X = 1.375 mm

P14) Una barra de 80cm de largo tiene una sección transversal de 6cmxtcm, la barra se alarga
3x10-2
. Cuando se somete a un esfuerzo axial. La deformación lateral para la cara de 6cm.
Es de 7.6x10-4
cm. ¿Determine la dimensión t?
µ = -εy/εx = -εz/εx
Y
X
t
80cm
-εy = 4.76x10-4
εx = 3x10-2
t 80
4.76x10-4
µ = -εy/εx = t
3x10-2
80

z
y
6cm
t
-εz/εx
-εz = 7.6x10-4
εy = 4.76x10-4
6 t
7.6x10-4
µ = -εy/εx = 6
4.76x10-4
t
Igualando µ:
4.76x10-4
7.6x10-4
t = 6
3x10-2
4.76x10-4
80 t
T = 2.184x10-8
cm

P16) Un tanque cilíndrico de eje vertical de 10 pies de diámetro y 70 pies de altura
contiene un líquido cuyo peso específico es de 847 lbs/pie3. El tanque es de
acero estructural cuya resistencia máx. a la tracción es de 35000 lbs/pulg2 y
el coeficiente de seguridad es n=2. Determinar el espesor de las paredes del
tanque si la eficiencia a la acción corrosiva del líquido es de 85%.
Solución
- Esfuerzo máximo en el cilindro ( h=70’ ):
Igualamos los esfuerzos máximos en
el cilindro:
- Utilizando el factor de seguridad (n=2):
⁄
- Espesor inicial ( antes de la acción
corrosiva al 85% ):
𝛾 𝑙𝑏
𝑝𝑖𝑒3⁄
10 ‘
70 ‘
e1
70 ‘
10‘
e1
𝜎𝑡
𝜎𝑡
𝑃 𝛾𝑙𝑖𝑞
𝑃 𝑙𝑏 𝑝𝑖𝑒⁄
𝑃 𝑙𝑏 𝑝𝑢𝑙𝑔⁄
Donde:

P17) Se tiene un tanque de aire comprimido de forma cilíndrica y terminada en dos
semiesferas. El diámetro del cilindro y las semiesferas es de am y contiene en su interior un
gas que está a la presión de 200 kg/cm2
. Qué espesor deberá tener como mínimo si es de acero
y cuyo yiel point es de 2600 kg/cm2
para ser usado con coeficiente de seguridad 2.
- Podemos deducir que debido a que el cuerpo está formado por un cilindro y una esfera,
entonces:
o
3( )( )
= ……(*)
o
( )( )
= ……(**)
- Pero para remplazar debemos hallar primero el esfuerzo permisible:
1+2
3

- Entonces remplazamos el esfuerzo permisible en (*)y (**):
o =
t = 11.54 cm
o
t = 7.69 cm
- Para que el recipiente aguante las presiones debe tener el mayor espesor:
o t = 11.54 cm
- Evaluamos si cumple la condición de: r/10 ≥ t
o 11.54 cm ≤ 50/10cm
o 7.69 cm ≤ 50/10cm
- Nos damos cuenta que ningún espesor cumple con la regla, por tanto se deduce que el
recipiente debe de ser de pared gruesa y merece otro tipo de análisis.

P18 un cilindro de diámetro igual a 16 cm y de espesor de 0.3 cm tiene enrollado en toda su
área lateral alambre de 0.1 cm de diámetro. El alambre ha sido enrollado con una tensión inicial
de ⁄ . Luego se aplica una presión interna radial uniforme de ⁄ .
Determinar los esfuerzos desarrollados en el cilindro y en el alambre.
=
⁄
3
2666.67 ⁄
=6000+2666.67
=8666.67 ⁄
16cm

Resistencia de materiales: Problemas de impacto y deformación

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Andere mochten auch

Andere mochten auch (17)

Ähnlich wie Resistencia de materiales: Problemas de impacto y deformación

Ähnlich wie Resistencia de materiales: Problemas de impacto y deformación (20)

Kürzlich hochgeladen

Kürzlich hochgeladen (20)

Resistencia de materiales: Problemas de impacto y deformación