medido sobre 3 convocatorias — nada por intuición
Preparar el examen del bloque 1, Estática
Los temas 1 a 6 tal como caen: veinte ejercicios contados en las tres convocatorias con enunciado en castellano. Cables y rozamiento van primero porque son los que más aparecen, no porque el temario los ponga ahí.
Los convenios, que no dan puntos y deciden todos los signos
no puntúa — sostiene los veinte ejerciciosNo cae solo — está dentro de las 3
Nada por sí mismos: son los tres criterios con los que hay que leer cualquier enunciado del bloque, y equivocarse en uno cambia el signo de todo lo que venga detrás.
No ocupa hueco propio en ninguna de las tres convocatorias, y por eso su recuento honesto es cero. Está dentro de los veinte ejercicios: el campo de momentos con su OP frente a PO, el convenio de la viga —y hacia abajo, M positivo cuando tracciona la fibra inferior— y la altura de la catenaria medida desde la directriz y no desde el punto más bajo.
El vector del campo va del punto nuevo al viejo
leerUn sistema de vectores: la resultante y el campo de momentosA trasladar un momento de un punto a otro sin equivocarte de sentido en el producto vectorial, que es el error que más veces cambia un signo en este bloque.
El apartado escribe la fórmula con el vector que va del punto nuevo al viejo, que es el orden que la asignatura usa en sus resoluciones.
- ejemploEl momento en otro punto, y el signo que se escapa
El ejemplo de entrada, con el signo equivocado puesto de distractor para que salte aquí y no en el examen.
El momento en otro punto, y el signo que se escapa
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un sistema de vectores deslizantes tiene resultante y momento resultante en el origen . Calcular el momento resultante en el punto .
El momento en P a partir del momento en O.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Conoces la resultante y el momento en . ¿Qué ecuación da el momento en ?
Casi, pero con el signo cambiado. es el opuesto de , así que ese término sale con el signo al revés y el resultado, equivocado.
Eso es: la ecuación del campo de momentos, con el vector de posición saliendo del punto nuevo, , hacia el punto donde ya conoces el momento, .
Lo invariante es la resultante y el producto escalar , no el momento. El momento cambia de un punto a otro, y cuánto cambia es justo lo que da el campo.
- 02
El producto del campo
COMP2Calcula . ¿Cuánto vale su componente ?
un número, la componente z — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has usado en lugar de . El vector va del punto nuevo al viejo.
Revisa la componente del producto vectorial: es , con los dos productos restados.
y . La componente es .
Desarrollo
- 03
El momento en P
COMP2¿Cuánto vale la componente de ? Las otras dos son nulas.
un número, la componente z — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has sumado en lugar de : es el signo de colándose en el campo de momentos.
Ese es el momento en . Al cambiar de punto el momento cambia, salvo que el nuevo punto esté en una recta paralela a que pase por , y no lo está.
Suma el momento en y el producto del paso anterior.
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El momento no es un invariante. Lo que no cambia es su proyección sobre la resultante: aquí y , los dos iguales, aunque los momentos sean distintos.
El razonamiento, en orden
.
.
.
Resolución completa
El campo de momentos. Conocidos y , el momento en otro punto es
con el vector de posición del punto nuevo al viejo: .
El producto.
El resultado. .
Una comprobación que sale gratis: el invariante escalar tiene que ser el mismo en los dos puntos. y . Cuadra, y además dice algo del sistema: con invariante nulo y resultante no nula, se reduce a una única fuerza.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Trasladas un momento a otro punto y sabes justificar el orden de los dos vectores del producto sin consultarlo.
El convenio de signos del curso, que no es el de todos los libros
leerEl convenio de signos del cursoA escribir dV/dx = −q_y y dM/dx = V con el criterio de la asignatura, y a reconocer cuándo un desarrollo de otro libro está usando el contrario.
Se leyó de la figura del propio curso, no del volcado de texto, que había perdido los signos menos.
- ejemploLa viga biapoyada, y dónde tiene el flector máximo
El caso limpio: la cortante baja de +6 a −6 y el flector es máximo justo donde cruza el cero.
La viga biapoyada, y dónde tiene el flector máximo
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una viga de 6 m, apoyada en sus dos extremos, soporta una carga uniforme de en toda su longitud. Calcular las reacciones, la cortante en la sección situada a 1 m del apoyo izquierdo y el momento flector máximo.
Las reacciones, la cortante a 1 m y el flector máximo.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Dónde está el momento flector máximo de esta viga?
Eso es: . Donde el flector tiene tangente horizontal, y aquí es un máximo. Por simetría, en el centro.
En los apoyos de una viga biapoyada el flector es nulo: no hay nada a un lado que dé momento. Las reacciones marcan donde la cortante es máxima.
La carga es la misma en todas partes. El flector depende de todo lo que hay a un lado de la sección, y crece hasta donde la cortante cambia de signo.
- 02
La cortante a 1 m del apoyo
COMP2¿Cuánto vale a 1 m del apoyo izquierdo, en kN?
un número, en kN — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has sumado la carga del primer metro a la reacción en lugar de restarla. La carga va hacia abajo: .
Esa es la cortante justo en el apoyo. En el primer metro hay 2 kN de carga hacia abajo, y la cortante baja con ella.
es la suma de las fuerzas hacia arriba a la izquierda: la reacción, 6 kN, menos la carga del primer metro.
Desarrollo
- 03
El flector máximo
COMP2¿Cuánto vale el momento flector máximo, en kN·m?
un número, en kN·m — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has hecho el momento de la reacción, , y te has olvidado de la carga del medio vano, que también da momento: que hay que restar.
Es , el flector de un voladizo. En una viga biapoyada con carga uniforme el máximo es .
En el centro, a la izquierda hay la reacción de 6 kN a 3 m y 6 kN de carga con su resultante a 1,5 m.
Desarrollo
Que es .
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
En los apoyos el flector es cero. Donde la cortante es mayor el flector crece más deprisa, pero su máximo está donde la cortante se anula.
El razonamiento, en orden
Por simetría, cada apoyo lleva la mitad de la carga total, 12 kN, así que 6 kN.
, que se anula en el centro, m.
Allí el flector es máximo, kN·m.
Resolución completa
Las reacciones. La carga total es y, por simetría, cada apoyo lleva 6 kN.
La cortante. A una distancia del apoyo izquierdo, la suma de las fuerzas hacia arriba a la izquierda es
El flector máximo. , así que el máximo está donde , en :
Que es el de siempre, y positivo: la viga se comba hacia abajo y tracciona la fibra inferior.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Dibujas los dos diagramas de una viga sencilla y sabes decir qué fibra tracciona un flector positivo.
La y de la catenaria se mide desde la directriz
leerSu propio peso: la catenariaA colocar el origen una distancia c por debajo del punto más bajo, y a usar T = w·y, que es lo que hace que casi todos los problemas de catenaria salgan en dos líneas.
El error típico que sigue al apartado es exactamente este: medir la altura desde el punto más bajo.
- ejemploLa longitud y la tensión de una catenaria en un punto
Con los números de la figura del tema: c = 2 m, y = 4,705 m y una tensión que es el peso de esos 4,705 m de cable.
La longitud y la tensión de una catenaria en un punto
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un cable de peso cuelga de dos amarres y su tensión en el punto más bajo es de 20 N. Calcular el parámetro de la catenaria, la longitud de cable entre y el punto situado a 3 m de en horizontal, y la tensión en .
El parámetro c, la longitud de arco de O a P y la tensión en P.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Desde dónde se mide la en las fórmulas de la catenaria?
Esa recta depende de cómo estén los amarres, y no aparece en ninguna de las fórmulas. El eje de la catenaria lo fija el propio cable: por debajo de su punto más bajo.
Con el origen en el punto más bajo la curva sería , y dejaría de valer. Las fórmulas del curso ponen el eje por debajo.
Eso es. Con ese origen, en el punto más bajo , y las tres fórmulas quedan limpias: , y .
- 02
El parámetro de la catenaria
COMP2¿Cuánto vale ?
una longitud, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas dividido al revés, . El parámetro es la tensión en el punto más bajo entre el peso por metro: .
.
Desarrollo
- 03
La longitud de cable de O a P
COMP2¿Cuánto cable hay entre y ?
una longitud, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsa es la distancia en horizontal. El cable no va recto: sube en curva, y su longitud es mayor.
Esa es la altura de sobre el eje, . La longitud de arco lleva el seno hiperbólico: .
, con .
Desarrollo
- 04
La tensión en P
COMP2¿Cuánto vale la tensión en ?
una fuerza, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas calculado , que es solo la componente vertical de la tensión. La total es .
Esa es la tensión en el punto más bajo, y también la componente horizontal en cualquier punto. En el cable está inclinado y la tensión es mayor.
, con .
Desarrollo
Comprobación: .
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El peso del tramo es solo la componente vertical de la tensión en . A esa se le suma en cuadratura la horizontal, N, y queda N.
El razonamiento, en orden
m, y el eje está 2 m por debajo del punto más bajo.
m.
N, que es también .
Resolución completa
El parámetro. . Es también la distancia del punto más bajo al eje de las fórmulas.
La longitud de arco. Desde el punto más bajo,
La tensión. Es el peso de un trozo de cable tan largo como la altura de sobre el eje:
Las tres cuadran entre sí: y .
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Escribes y = c·cosh(x/c), s = c·senh(x/c) y T = w·y sin dudar de dónde está el cero de la y, y compruebas con y² = c² + s².
lo tienes cuando:Sabes decir, sin mirar, de qué punto a qué punto va el vector del campo de momentos, hacia dónde apunta la y de una viga y desde qué recta se mide la altura de una catenaria.
- ejemploEl momento en otro punto, y el signo que se escapa
Cables, que es lo que más cae
cae en las tres — 5 de los 20 ejerciciosCae 3 de 3 años
Tensiones y longitudes de cables con carga concentrada, con carga uniforme por unidad de abscisa y con su propio peso, casi siempre enganchados a un disco, una polea o un muelle.
Cinco de los veinte ejercicios contados, y aparece en las tres convocatorias: dos en enero de 2024, uno en la ordinaria y dos en la extraordinaria. Es el único tema que cae en las tres como ejercicio largo, no solo como cuestión.
Parábola o catenaria, y cómo se decide
leerTres maneras de cargar un cableA leer del enunciado si la carga va por unidad de abscisa o por unidad de cable, que es lo único que separa las dos curvas.
- ejemploEl cable de un puente colgante, y dónde tira más
- prácticaUna parábola con los amarres a distinta altura
La parábola con los amarres a distinta altura, que es donde más se rompe el automatismo de la simetría.
El cable de un puente colgante, y dónde tira más
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
El cable principal de un puente colgante tiene sus dos amarres a la misma altura, separados 40 m, y su punto más bajo, en el centro, está 5 m por debajo de ellos. Soporta una carga uniforme por unidad de abscisa y su peso propio se desprecia. Calcular la tensión en el punto más bajo y la tensión máxima.
La tensión mínima, en el centro, y la máxima, en los amarres.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Qué forma tiene el cable, y por qué?
Eso es. Con constante en horizontal, es constante y el cable sale desde el punto más bajo.
Los tramos rectos salen con cargas concentradas. Una carga repartida a lo largo de toda la luz curva el cable en cada punto.
La catenaria es la forma de un cable que cuelga con su propio peso, repartido a lo largo del cable. Aquí el peso propio se desprecia y la carga va repartida en horizontal: eso da una parábola.
- 02
La tensión en el punto más bajo
COMP2¿Cuánto vale ?
una fuerza, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudTe has dejado el 2 del denominador: la parábola es . Al despejar, .
Has usado la luz entera, 40 m, como . La se mide desde el punto más bajo, que está en el centro: el amarre está en .
En el amarre, e . Despeja de .
Desarrollo
- 03
La tensión máxima
COMP2¿Cuánto vale la tensión en los amarres?
una fuerza, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas sumado y la carga del medio cable como si fueran paralelas. Una es horizontal y la otra vertical: se combinan con Pitágoras.
Esa es la tensión mínima, en el centro. En el amarre el cable está inclinado, y a la componente horizontal se le suma en cuadratura la vertical, que es la carga de medio cable.
En el amarre, la componente vertical es la carga del medio cable, , y la horizontal sigue siendo .
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Lo que es igual en todo el cable es la componente horizontal de la tensión. La tensión total crece hacia los amarres, donde el cable se inclina y aparece una componente vertical.
El razonamiento, en orden
Carga uniforme en horizontal: el cable es la parábola , con el origen en el punto más bajo.
En el amarre, e , así que kN.
La componente vertical en el amarre es la carga de medio cable, 40 kN, y kN.
Resolución completa
La forma. Con la carga repartida uniforme en horizontal, el cable es una parábola. Con el origen en el punto más bajo:
La tensión mínima. En el amarre, e :
La tensión máxima. Es la del amarre. Su componente horizontal es y la vertical, la carga del medio cable, :
Solo un 12 % más que en el centro: un cable tan poco combado trabaja casi en horizontal.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Justificas con el enunciado, y no de memoria, cuál de las dos ecuaciones toca.
La catenaria tal como cae
leerCómo se atacan los problemas de catenariaA resolver una catenaria de la que te dan dos datos cualesquiera —longitud, altura, tensión o ángulo— usando y² = c² + s².
- ejemploLa longitud y la tensión de una catenaria en un punto
La rampa: la misma cuenta con los números de la figura del tema, antes de que el examen la pida deducida.
- examenLa longitud de arco y la tensión de la catenaria, deducidas
La cuestión de enero de 2024, que además pide deducir las fórmulas antes de usarlas.
- examenLa catenaria que cuelga de la polea, con el extremo libre en la directriz
- examenLa catenaria entre el disco y la polea
La longitud de arco y la tensión de la catenaria, deducidas
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Para un cable que pesa por unidad de longitud de cable, deducir la longitud respecto del punto más bajo y la tensión para un punto P cualquiera del cable, a partir de las siguientes relaciones:
La expresión de la longitud de arco desde el punto más bajo y la de la tensión en un punto cualquiera.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Para sacar de la curva , ¿de qué se parte?
Eso es justo lo que no hace una catenaria: el peso va por unidad de longitud de cable, no de abscisa. Si fuera por abscisa la curva sería una parábola, que es el otro caso del tema.
Eso es, y es donde entra la identidad del enunciado: con , la raíz es exactamente y la integral se hace sola.
Eso es la flecha del punto P, no la longitud del cable hasta él. Un tramo de cable casi horizontal es largo y apenas sube: las dos cosas no pueden coincidir.
- 02
Redactar la demostración
COMP4En papel, como lo entregarías: deduce y a partir de las dos relaciones del enunciado, y termina escribiendo en función de . Media cara.
Escríbela en papel antes de seguir. Aquí no hay hueco donde teclearla a propósito: lo que corrige el examen es tu folio, y compararlo es más útil que rellenar una casilla.
Lo que se puntúa
El elemento de arco y la derivada. Escribir y derivar la curva: .
Es el arranque obligado. Sin escribir no hay nada que integrar, y quien pone directamente está recitando el resultado, que es lo que la cuestión no pide.
Usar la identidad del enunciado para la raíz. , y de ahí .
El enunciado da la identidad precisamente para este paso. Si no aparece en tu desarrollo, el corrector entiende que no has visto dónde se usa. Y los límites importan: se integra desde el punto más bajo, que es el origen de .
Las dos componentes de la tensión. La horizontal es constante e igual a la del punto más bajo, ; la vertical equilibra el peso del tramo OP, .
Es el único paso de estática del ejercicio, y se razona aislando el tramo OP. Decir de dónde sale —de la definición del parámetro, — es lo que separa una deducción de una lista de fórmulas.
Componer y simplificar. .
La identidad se usa una segunda vez, ahora al revés: . Y el final es el resultado que se usa en los problemas, así que no hay que dejarlo a medias en función de .
Una frase de lectura. La tensión crece con la altura: es mínima en el punto más bajo () y máxima en el amarre más alto.
Es la consecuencia que cae en los ejercicios —el cable BD del ejercicio 1 de este mismo examen se resuelve con ella— y demuestra que se entiende lo deducido.
- 03
La longitud a una distancia c del vértice
COMP2Comprobación con números: en el punto de abscisa , ¿cuánto vale ?
un número con cuatro decimales — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Eso es , la ordenada del punto, no la longitud del arco. La longitud va con el seno hiperbólico, que es la primitiva del coseno.
Eso es , lo que sube el cable desde el vértice. La longitud del arco es siempre mayor que lo que sube, porque el cable también avanza en horizontal.
, así que en queda .
Desarrollo
Integrando numéricamente entre 0 y sale lo mismo, 1,1752.
- 04
La tensión en ese mismo punto
COMP2Y en , ¿cuánto vale en unidades de ?
un número con cuatro decimales — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Eso es , solo la componente vertical: el peso del tramo OP. Falta la horizontal, , que es la misma en todo el cable.
Eso es , la tensión del punto más bajo. En P la componente horizontal es la misma, pero se le suma la vertical, y la tensión crece.
, con y .
Desarrollo
Y coincide con en ese punto, que es la forma .
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena la deducción. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
es solo la componente vertical de la tensión en P. La horizontal, , está en todo el cable —en el punto más bajo es la tensión entera—, y hay que componer las dos.
El razonamiento, en orden
El elemento de arco es , y derivando la curva, .
Con la identidad, , e integrando desde el punto más bajo, .
Aislando el tramo OP, la componente horizontal de la tensión es y la vertical es el peso del tramo, .
Así que .
Resolución completa
La longitud. El elemento de arco de una curva es . De la curva del enunciado:
donde se ha usado la identidad . Integrando desde el punto más bajo, que está en :
La tensión. Aislando el tramo OP, la componente horizontal de la tensión es la misma que en el punto más bajo, , y por la definición del parámetro de la catenaria, , vale . La componente vertical equilibra el peso del tramo, . Componiendo:
y como :
Lectura. La tensión es proporcional a la ordenada medida desde la directriz, así que es mínima en el punto más bajo —— y máxima en el amarre más alto. Entre dos puntos cualesquiera, : es la forma que resuelve el apartado b) del ejercicio 1 de este mismo examen.
Comprobación con números. En : y , y una integración numérica del elemento de arco da la misma longitud.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Resuelves la transcendente con la calculadora del examen y sabes comprobar el resultado con la identidad, no repitiendo la cuenta.
El cable que tira de un disco, una barra o un muelle
A cerrar el problema uniendo la tensión del cable con el equilibrio de lo que hay al otro extremo, que es como caen casi todos.
- prácticaUn disco a punto de deslizar que tira de un bloque
La rampa: un solo cable entre un disco y un bloque, con una sola condición de rozamiento.
- prácticaUna catenaria entre un muelle y un disco a punto de deslizar
Catenaria, muelle y disco a punto de deslizar en el mismo problema: el formato exacto de la ordinaria.
- prácticaDos cables, una polea y un tramo apoyado en el suelo
- examenLa fuerza del cable en su amarre D
Lo tienes cuando
Planteas el sólido libre del extremo y sabes qué componente de la tensión entra en cada ecuación.
lo tienes cuando:Distingues de un vistazo si un cable es una parábola o una catenaria, sabes cuál de los dos datos te falta y resuelves la transcendente sin perder el parámetro por el camino.
Rozamiento, y saber cuándo vale μN
cae en las tres — 4 de los 20Cae 3 de 3 años
Fuerzas mínimas y máximas para que algo no deslice ni vuelque, discos a punto de rodar y resistencia a la rodadura.
Cuatro de los veinte, y en las tres convocatorias: dos en enero de 2024, uno en la ordinaria y uno en la extraordinaria. Es además el tema donde más se pierde por escribir μN cuando el cuerpo no está a punto de moverse.
μN es un techo, no un valor
leerEl rozamiento estático y el cinéticoA escribir el rozamiento como incógnita mientras el cuerpo esté quieto, y a usar μN solo en el instante en que está a punto de moverse.
- ejemploUn bloque alto, ¿desliza o vuelca?
- prácticaDos bloques apilados, con el de arriba atado y suelto
Un bloque alto, ¿desliza o vuelca?
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un bloque de 500 N de peso, con una base de 0,4 m y 1 m de altura, descansa sobre un suelo horizontal con coeficiente de rozamiento . Se le empuja con una fuerza horizontal aplicada a 0,8 m del suelo, en el plano que pasa por su centro de gravedad. Determinar el menor valor de que rompe el equilibrio, y si el bloque desliza o vuelca.
La fuerza que lo hace deslizar, la que lo hace volcar y cuál es menor.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿De qué maneras puede perder el equilibrio el bloque?
La fuerza horizontal aplicada en alto también da momento respecto de la arista delantera. Si ese momento supera al del peso, el bloque vuelca aunque el rozamiento aguante.
El rozamiento tiene un techo, . Si la fuerza lo supera antes de que el momento tumbe el bloque, desliza.
Eso es. Son dos equilibrios límite distintos, cada uno con su fuerza, y el que ocurre es el que pide menos fuerza.
- 02
La fuerza que lo hace deslizar
COMP2¿Qué fuerza hace deslizar el bloque?
una fuerza, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas dividido el peso entre el coeficiente en lugar de multiplicarlo. El rozamiento máximo es .
Con la fuerza horizontal, . Desliza cuando .
Desarrollo
- 03
La fuerza que lo hace volcar
COMP2Tomando momentos en la arista delantera, ¿qué fuerza lo hace volcar?
una fuerza, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas usado la base entera, 0,4 m, como brazo del peso. El peso está aplicado en el centro de gravedad, a media base de la arista: 0,2 m.
Has usado la altura del bloque, 1 m, como brazo de . La fuerza está aplicada a 0,8 m del suelo, y ese es su brazo respecto de la arista.
En el vuelco, la normal y el rozamiento se van a la arista y no dan momento en ella: .
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Depende de la geometría. Aquí el bloque es alto y estrecho y se empuja arriba: el momento tumba antes de que el rozamiento llegue a su techo.
El razonamiento, en orden
Para deslizar hace falta vencer el rozamiento máximo, N.
Para volcar, con la normal y el rozamiento en la arista, y N.
La menor de las dos es 125 N: el bloque vuelca antes de deslizar.
Resolución completa
Deslizar. Con la fuerza horizontal la normal es el peso, y el rozamiento llega a su techo cuando
Volcar. A punto de volcar, todo el contacto está en la arista delantera, y la normal y el rozamiento no dan momento en ella:
Cuál gana. La menor: con 125 N el bloque vuelca, y el rozamiento todavía está en N, por debajo de su techo. Si se empujara más abajo, por debajo de m, desliza antes.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Ante un apoyo cualquiera decides si su rozamiento es dato, incógnita o techo, y lo justificas con el enunciado.
Deslizar o volcar, y cuál pasa antes
leerDeslizar o volcarA calcular las dos fuerzas críticas y quedarte con la menor, en vez de suponer cuál manda.
- prácticaEl bloque que puede deslizar o volcar
- prácticaEl bloque que sostiene una barra, entre deslizar y volcar
Lo tienes cuando
Sacas las dos y dices cuál ocurre antes con un número, no con una impresión.
El disco a punto de rodar, tal como cae
leerRodar sin deslizarA plantear a la vez el equilibrio de fuerzas y el de momentos de un disco, que es lo que decide si desliza o rueda.
- ejemploLa fuerza que arranca a rodar una rueda
La rampa: la fuerza que arranca a rodar una rueda, con un solo contacto y sin plano inclinado.
- examenLa fuerza mínima para que un disco no ruede cuesta abajo
- examenLa rueda con par motor, y el rozamiento que empuja hacia delante
La rueda con par motor: aquí el rozamiento empuja hacia delante, que es lo contrario de lo que dice la intuición.
- examenEl bloque que sujeta el disco y el rozamiento mínimo
La fuerza que arranca a rodar una rueda
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una rueda de radio soporta una carga vertical total de 200 N sobre un suelo con coeficiente de resistencia a la rodadura . Se le aplica en el eje una fuerza horizontal . Calcular la fuerza que la hace empezar a rodar y el coeficiente de rozamiento mínimo para que ruede sin deslizar.
La fuerza que arranca la rodadura y el rozamiento mínimo.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Por qué hace falta una fuerza finita para que la rueda empiece a rodar?
Eso pasaría con una rueda y un suelo perfectamente rígidos, que tocaran en un solo punto. En la realidad se deforman un poco, y la experiencia dice que hace falta una fuerza finita.
El rozamiento está aplicado en el contacto, así que respecto de ese punto no da momento. Lo que frena la rodadura es que la normal no pasa bajo el centro.
Eso es. El contacto es una pequeña superficie, y la resultante de la reacción se adelanta hasta . Tomando momentos en ese punto, la carga vertical tiene brazo y frena el giro.
- 02
La fuerza que arranca la rodadura
COMP2¿Cuánto vale cuando la rueda empieza a rodar?
una fuerza, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas puesto en milímetros y el radio en metros. Las dos longitudes tienen que ir en la misma unidad: .
Has invertido el cociente, . La fuerza que arranca es pequeña: el brazo de la carga, , es mucho menor que el de la fuerza, .
Momentos en el punto adelantado: .
Desarrollo
- 03
El rozamiento mínimo
COMP2Para que ruede sin deslizar, ¿qué coeficiente de rozamiento estático mínimo hace falta?
un número, sin unidad — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has tomado en metros como si fuera el coeficiente de rozamiento. Son cosas distintas: es una longitud, y el rozamiento mínimo sale del equilibrio horizontal.
En horizontal, el rozamiento equilibra a : . Tiene que ser .
Desarrollo
Que coincide con : el coeficiente equivalente del que habla la teoría.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
es una longitud, el brazo de la normal, y no un coeficiente de rozamiento. El rozamiento mínimo sale de comparar con , y aquí coincide con .
El razonamiento, en orden
La reacción del suelo se adelanta m respecto de la vertical del eje.
Momentos en ese punto: , así que N.
En horizontal, N, y rodar sin deslizar exige .
Resolución completa
Por qué hace falta fuerza. La reacción del suelo se adelanta una distancia . Tomando momentos en ese punto, la normal y el rozamiento no dan momento, y queda
Rodar sin deslizar. En horizontal, el rozamiento equilibra a la fuerza, , y tiene que estar por debajo de su techo:
Coincide con , que es justo el coeficiente de rozamiento equivalente de la teoría.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Resuelves un disco con dos contactos y sabes en cuál de los dos se agota antes el rozamiento.
lo tienes cuando:Sabes decir en cada apoyo si el rozamiento vale μN o vale lo que pida el equilibrio, y compruebas el vuelco además del deslizamiento.
Resistencia de materiales, el ejercicio largo
el ejercicio largo de dos de las tresCae 2 de 3 años
Diagramas de cortante y flector de una viga, y después las tensiones de su sección, casi siempre una T.
Cuatro de los veinte, dos en enero de 2024 y dos en la ordinaria de 2025, y en las dos convocatorias es el ejercicio que más puntúa de la hoja. La extraordinaria no lo trae, pero su ejercicio 2 —el que falta del cuadernillo— era el que le tocaba.
Los dos diagramas, y dónde está el que manda
leerCómo se dibujan los diagramasA sacar reacciones, dibujar V y M por tramos y localizar el extremo, que no siempre está donde la cortante se anula.
El simulador del tema deja mover los apoyos y ver cómo el peor flector salta del vano al apoyo.
- prácticaUna viga con dos voladizos, y por qué el peor flector está en el apoyo
Dos voladizos: el flector del vano vale +1290 kg·m y el del apoyo −6000, y es el segundo el que dimensiona.
- prácticaUna viga Gerber con rótula, y el apoyo que tira hacia abajo
- examenEl equilibrio de la rebanada, entre la carga, el cortante y el flector
La cuestión de teoría de la ordinaria: el equilibrio de la rebanada, de donde salen las dos relaciones diferenciales.
Una viga con dos voladizos, y por qué el peor flector está en el apoyo
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Calcular los diagramas de esfuerzos cortantes y momentos flectores en las siguientes vigas y pórticos (6.1-6.10):
La viga del ejercicio 6.5, redibujada a escala. La carga repartida de 2000 kg/m llega desde el extremo izquierdo hasta el apoyo B, y la carga puntual de 2000 kg cuelga del extremo derecho.
Las reacciones en A y en B y los diagramas de cortante y de flector.
- 01
Reconocer el camino
COMP1En una viga con voladizos, ¿en qué secciones hay que mirar el flector?
Eso es. Los voladizos meten flector negativo sobre los apoyos y el vano da uno positivo donde ; el que manda para dimensionar es el mayor de los dos en valor absoluto.
En una viga con voladizos el centro del vano casi nunca es la sección peor. Aquí el flector del vano vale 1290 kg·m y el del apoyo B, 6000: casi cinco veces más.
En un extremo libre el flector es siempre cero: no hay nada más allá que dé momento. Lo que hace la carga del extremo es cargar el apoyo de al lado.
- 02
La reacción del apoyo A
COMP2¿Cuánto vale la reacción en A, en kg?
un número, en kg — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Te has olvidado de los 2000 kg del extremo derecho. Esa carga tira del voladizo, carga el apoyo B y descarga el apoyo A, así que con ella baja.
Has extendido la carga repartida hasta el extremo derecho. Solo llega hasta el apoyo B: son 7 m de carga, 14000 kg, no 10 m.
Momentos en B: la resultante de la repartida, 14000 kg, está en el centro de sus 7 m, o sea a 3,5 m del extremo izquierdo.
Desarrollo
- 03
La sección de flector máximo positivo
COMP2¿A qué distancia del extremo izquierdo se anula la cortante dentro del vano, en metros?
un número, en m — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es el centro de la carga repartida, que no tiene por qué ser donde la cortante se anula. Hay que partir de la cortante justo a la derecha de A, 4600 kg, e ir restando 2000 kg por metro.
Ese es el centro del vano AB. Solo sería el punto de cortante nula si la viga fuese simétrica, y aquí no lo es: hay 2 m de voladizo a un lado y 3 m con una carga puntual al otro.
Justo a la derecha de A la cortante vale kg, y baja 2000 kg por cada metro.
Desarrollo
- 04
El flector sobre el apoyo B
COMP2¿Cuánto vale el momento flector en la sección del apoyo B, en kg·m?
un número con su signo, en kg·m — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…El módulo está bien y el signo no. El voladizo de la derecha levanta la viga sobre el apoyo: tracciona la fibra superior, y eso en el convenio del curso es flector negativo.
Ese es el flector sobre el apoyo A, el del voladizo izquierdo: . El de B lo da la carga del extremo derecho.
Es más corto mirando por la derecha: solo hay la carga de 2000 kg a 3 m de distancia.
Desarrollo
Por la izquierda sale lo mismo: .
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Ahí está el máximo positivo, 1290 kg·m, pero no el mayor en valor absoluto: sobre el apoyo B el flector vale kg·m, y esa es la sección que hay que dimensionar.
El razonamiento, en orden
Momentos en B y suma de fuerzas: kg y kg.
La cortante baja hasta kg en A, salta a , vuelve a bajar hasta en B y salta a en el último tramo.
El flector vale kg·m en A, en la sección de cortante nula y en B, que es el máximo en valor absoluto.
Resolución completa
Las reacciones. La carga repartida son kg con su resultante a 3,5 m del extremo izquierdo. Tomando momentos en B:
La cortante. En el voladizo izquierdo baja de 0 a kg; en A salta a y baja con pendiente hasta justo antes de B; allí salta a , que es lo que pide la carga del extremo. Se anula en
El flector.
Los dos diagramas, a escala. El flector cambia de signo dos veces, en 3,16 m y en 5,44 m, y su mayor valor absoluto está sobre el apoyo B.
Lo que hay que llevarse. En una viga con voladizos el flector es negativo sobre los apoyos y positivo en el vano, y el que dimensiona es el mayor en valor absoluto: aquí los kg·m de B, no los del vano. Y si la sección no es simétrica —una T, como en los exámenes— hay que mirar las dos secciones, porque el signo del flector cambia qué fibra trabaja a tracción.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Ante una viga con voladizo dices, antes de calcular, dónde vas a buscar el flector que manda.
Las tensiones de una sección en T
leerFlexiónA componer el centro de gravedad y la inercia de una T y a decidir qué fibra da la tracción máxima, que no es la de siempre.
- prácticaLa carga máxima de una viga con sección en T
La rampa: la misma sección en T, pero con el flector dado y sin tener que dibujar antes los diagramas.
- examenLa viga con dos voladizos y el espesor de su sección en T
- examenLos diagramas de la viga y las tensiones de su sección en T
La viga con dos voladizos y el espesor de su sección en T
paso 1 de 91.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Para la viga de la figura, determinar:
a) (1p) Diagramas de esfuerzos cortantes y momentos flectores en función de y .
b) (1p) Si es el peso propio por unidad de longitud de la viga y siendo el peso específico del material y m:
b1) (0,5p) Tensión normal máxima (decir si es de tracción o compresión y la sección donde tiene lugar).
b2) (0,5p) Dimensión de la figura (en mm), siendo la tensión admisible por el material MPa.
Redibujada a escala: la viga con L = 105 px y la sección con e = 14 px. La sección es una T invertida, con el ala abajo: el centro de gravedad queda cerca del ala y lejos de la punta del alma.
Los diagramas de cortantes y flectores, la tensión normal máxima con su signo y su sección, y la dimensión e que agota los 200 MPa.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Antes de calcular: ¿dónde está el momento flector de mayor valor absoluto en esta viga?
Un extremo libre sin carga puntual tiene flector nulo: no hay nada a su lado que haga momento. El flector de un voladizo es máximo en el empotramiento, que aquí es el apoyo.
Eso es. Cada voladizo da en su apoyo , y en el vano la carga sube el flector exactamente eso: en el centro queda cero. Es la gracia de esta proporción, L-2L-L.
Esa fórmula es de la biapoyada sin voladizos. Aquí los dos voladizos meten un flector negativo en los apoyos que se superpone: en el centro.
- 02
La reacción en B
COMP2¿Cuánto vale la reacción en B, en unidades de ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has repartido solo la carga del vano entre apoyos, . Los voladizos también cargan: la viga entera pesa y, por simetría, cada apoyo lleva la mitad.
Esa es la carga total. Hay dos apoyos y la viga es simétrica respecto del centro, así que cada uno lleva la mitad.
Carga total , centrada; los dos apoyos son simétricos.
Desarrollo
- 03
El flector en el apoyo
COMP2Con el convenio del tema 6 —flector positivo el que comprime la fibra superior—, ¿cuánto vale el flector en B, en unidades de ?
un número, con su signo — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…El valor es ese, pero el signo no. Un voladizo cargado cuelga: tracciona la fibra de arriba, y con el convenio del tema eso es flector negativo. El signo decide luego qué fibra manda.
Te falta el medio. La carga del voladizo, , actúa en su centro, a de B: su momento es .
Solo el voladizo AB está a la izquierda de B: .
Desarrollo
Y lo mismo en C, por simetría.
- 04
El flector en el centro del vano
COMP2¿Y en el centro del vano, a de A, en unidades de ?
un número, con su signo — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Es , la viga biapoyada de luz sin voladizos. Los voladizos restan en todo el vano, y lo que queda en el centro es cero.
Sale así con una reacción de : es el error de repartir solo la carga del vano. Con : .
A la izquierda del centro hay una carga con brazo y la reacción con brazo .
Desarrollo
- 05
El centro de gravedad de la T
COMP2Medido desde la base del ala, ¿a qué altura está el centro de gravedad de la sección, en unidades de ?
un número, vale la forma exacta — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Es la mitad del canto, , que solo vale para una sección simétrica. Aquí el ala ancha, de los , tira del centro de gravedad hacia abajo.
Es la distancia desde la punta del alma, . La pregunta mide desde la base del ala; las dos distancias hacen falta, pero no son la misma.
Ala: con centro a . Alma: con centro a .
Desarrollo
La punta del alma queda a del eje neutro.
- 06
El momento de inercia
COMP2¿Cuánto vale el momento de inercia de la sección respecto de su eje neutro, en unidades de ?
un número con tres decimales — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has sumado los momentos propios de los dos rectángulos, , sin Steiner. Cada rectángulo tiene su centro lejos del eje neutro y hay que sumar su área por esa distancia al cuadrado: es la mayor parte de la inercia.
Ese es el momento de inercia respecto de la base del ala. La flexión se calcula respecto del eje neutro, que pasa por el centro de gravedad: .
Steiner en cada rectángulo:
Desarrollo
Integrando numéricamente en el canto sale lo mismo.
- 07
La tensión máxima para un e concreto
COMP2Con y m, la tensión máxima va como . Como comprobación: ¿cuánto valdría si mm?
una tensión, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEs la tensión de la fibra inferior, a del eje neutro. Con flector negativo esa fibra está comprimida, pero la punta del alma, arriba, está más lejos —— y tracciona más.
Es lo que sale con la inercia sin Steiner, . Esa inercia es casi cuatro veces menor que la buena, y la tensión sale casi cuatro veces mayor.
con , e , todo en metros.
Desarrollo
Con m: MPa, de tracción.
- 08
La dimensión e
COMP2¿Qué valor de agota la tensión admisible, MPa?
una longitud, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas dimensionado con la fibra inferior. La que manda es la de mayor distancia al eje neutro, la punta del alma, a : ahí la tensión es 2,17 veces mayor.
Es el error de la inercia sin Steiner: con una inercia casi cuatro veces menor, la sección parece necesitar ser más gruesa de lo que es.
El doble: has tomado , sin el medio. El peso del voladizo, , actúa a del apoyo.
(Pa, con en metros). Iguálalo a Pa.
Desarrollo
Con ese , la tensión en la fibra inferior es de 92,1 MPa de compresión, lejos del límite.
- 09
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Los voladizos cambian la viga. Superponiendo, el vano recibe de su propia carga y de los voladizos, y en el centro queda cero. El máximo en valor absoluto está en los apoyos, y es negativo.
El razonamiento, en orden
Por simetría, .
Cada voladizo da en su apoyo , y en el centro del vano el flector vuelve a cero: el máximo en valor absoluto está en B y en C.
Con flector negativo la fibra superior tracciona; la punta del alma está a del eje neutro, más lejos que la base del ala, así que la tensión máxima es de tracción, arriba, en B y C.
Como , la tensión máxima vale MPa con en mm, y agotar 200 MPa da mm.
Resolución completa
Reacciones. La carga total es y la viga es simétrica: .
a) Diagramas. Con desde A, y el convenio del tema 6 (flector positivo el que tracciona la fibra inferior):
tramo cortante flector AB, BC, CD, El cortante salta de a en cada apoyo y se anula en el centro del vano. El flector vale en B y en C y cero en el centro del vano y en los extremos: toda la viga trabaja con flector negativo o nulo.
A escala, con los negativos hacia abajo. El flector es negativo en toda la viga salvo en tres puntos donde vale cero: los dos extremos y el centro del vano.
La sección. Ala abajo y alma encima:
La punta del alma está a del eje neutro, y la base del ala a .
b1) Tensión normal máxima. El flector de mayor valor absoluto es , en B y en C. Al ser negativo tracciona la fibra superior, que además es la más alejada del eje neutro. Con N/m y m:
con en metros: es de tracción, en la fibra superior —la punta del alma— de las secciones de los apoyos B y C. La fibra inferior de esas mismas secciones está comprimida, con Pa.
b2) La dimensión e. Igualando a la admisible:
Comprobación. Con mm, N/m, N·m e m⁴, y la fibra superior da exactamente 200 MPa. El resultado es pequeño porque la viga solo soporta su propio peso: la tensión va como , así que una viga más gruesa trabaja menos, no más.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Sacas σ máxima y mínima de una sección asimétrica y sabes decir cuál de las dos fibras las da, con el signo del flector delante.
Torsión en sección circular
leerTorsiónA usar τ = M_t·r/I_p en la sección llena y en la hueca, sin confundir I_p con I.
- ejemploLa tensión de torsión en un eje, macizo y hueco
La rampa: el eje macizo y el hueco, con el momento torsor dado.
- examenLa tensión cortante y el momento torsor en una sección circular
La tensión de torsión en un eje, macizo y hueco
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un eje macizo de sección circular, de diámetro , transmite un momento torsor . Calcular la tensión tangencial máxima. Calcular también la de un eje hueco con el mismo diámetro exterior y un diámetro interior .
La tensión tangencial máxima en el eje macizo y en el hueco.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Dónde es máxima la tensión tangencial en una sección circular a torsión?
Eso es: . Es nula en el centro y máxima en el radio exterior.
Solo sería casi uniforme en un tubo de pared muy fina. En una sección maciza crece con el radio, de cero a su máximo.
En el centro es nula. La torsión es un giro de cada sección respecto de la vecina, y cuanto más lejos del eje, más se distorsiona el material.
- 02
El eje macizo
COMP2¿Cuánto vale la tensión tangencial máxima del eje macizo?
una tensión, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas usado el momento de inercia respecto de un diámetro, , en lugar del polar, . En torsión el que manda es el polar, el doble.
Has puesto el radio, 25 mm, donde la fórmula lleva el diámetro: con .
, con todo en metros y newtons.
Desarrollo
- 03
El eje hueco
COMP2¿Y la del eje hueco, con ?
una tensión, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEs la del eje macizo. Al quitar el núcleo, el momento de inercia polar baja y la misma torsión reparte más tensión en el borde.
, y . Con , es la del macizo dividida entre .
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Su tensión es mayor, pero ha perdido el 64 % del material, justo el del centro, que apenas trabajaba. Por kilo de acero, el eje hueco aguanta más torsión: por eso los ejes de transmisión son tubos.
El razonamiento, en orden
La tensión de torsión crece con el radio, , y es máxima en el borde.
Eje macizo: MPa.
Eje hueco: baja en el factor y la tensión sube a 69 MPa.
Resolución completa
El macizo. La tensión es máxima en el borde:
El hueco. Con , el momento polar pasa a , y la tensión en el borde
Un 69 % más de tensión con un 36 % del material: el hueco ha perdido del área, la del centro, que era la que menos trabajaba.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Calculas la tensión de torsión de un eje macizo y de uno hueco y sabes qué parte de la sección trabaja de verdad.
lo tienes cuando:Dibujas los dos diagramas con el convenio del curso, encuentras el flector que manda —que con voladizo está en el apoyo— y sacas la tensión máxima de una sección asimétrica.
- prácticaUna viga con dos voladizos, y por qué el peor flector está en el apoyo
Estática del sólido rígido y el diagrama del sólido libre
4 de los 20, y el andamio de los demásCae 2 de 3 años
Reacciones de vigas, entramados y piezas articuladas, y sustituir cargas repartidas por su resultante.
Cuatro de los veinte —uno en enero de 2024 y tres en la ordinaria de 2025—, y además es el andamio de casi todo lo demás: los ejercicios de cables, rozamiento y vigas empiezan siempre por un sólido libre.
Cada enlace, su reacción
leerLos enlaces y sus reaccionesA sustituir apoyos simples, articulados y empotramientos por lo que de verdad transmiten, ni una componente más ni una menos.
- ejemploUna viga con un apoyo articulado y otro simple
- prácticaUna ménsula sujeta por dos rodillos y un cable
Una viga con un apoyo articulado y otro simple
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una viga horizontal de 4 m, de peso despreciable, tiene un apoyo articulado en y un apoyo simple en . Soporta una carga vertical de 600 N, hacia abajo, a 1 m de . Calcular las reacciones en los apoyos.
Las reacciones en A y en B.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Qué incógnitas mete cada apoyo en el diagrama del sólido libre?
El momento es de un empotramiento, que impide girar. Una articulación deja girar, así que no da momento.
Eso es: tres incógnitas y tres ecuaciones en el plano. La viga es isostática y se resuelve solo con la estática.
El articulado impide moverse en cualquier dirección del plano, así que lleva también una componente horizontal. Aquí saldrá nula, pero hay que ponerla para saberlo.
- 02
La reacción en B
COMP2Tomando momentos en , ¿cuánto vale la reacción en ?
una fuerza, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas intercambiado las reacciones: 450 N es la de . La carga está cerca de , así que es la que carga con la mayor parte.
Has repartido la carga a medias. Solo sería así con la carga en el centro; está a 1 m de y a 3 m de .
: .
Desarrollo
Tomar momentos en elimina y de un golpe: queda una sola incógnita.
- 03
La reacción vertical en A
COMP2¿Cuánto vale ?
una fuerza, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEse es el valor de . De sale .
Has sumado a la carga en lugar de restarlo. Las dos reacciones van hacia arriba y entre las dos sostienen los 600 N.
: .
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Al revés. La viga es una palanca: el apoyo a 1 m de la carga se lleva tres cuartos de ella, y el que está a 3 m, un cuarto.
El razonamiento, en orden
El diagrama del sólido libre lleva y en el articulado, vertical en el simple y la carga de 600 N.
da , así que N.
da N, y da .
Resolución completa
El diagrama del sólido libre. La viga, con la carga de 600 N a 1 m de ; en , un apoyo articulado con dos componentes y ; en , un apoyo simple con una reacción vertical . Tres incógnitas y tres ecuaciones: isostática.
Momentos en A. Eliminan las dos incógnitas de :
Fuerzas. y , porque no hay ninguna carga horizontal.
Comprobación con momentos en : , que da los mismos 450 N.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Dibujas el sólido libre de una pieza cualquiera del enunciado sin consultar la tabla de enlaces.
Dos piezas unidas, y el signo de la articulación
leerLa articulación entre dos piezasA escribir la reacción del pasador con el mismo módulo y sentido contrario en cada pieza, que es el fallo que más reacciones descuadra.
- prácticaUn entramado con una pieza de dos fuerzas
- examenEl bloque articulado en D, y dónde tiene que estar la articulación
La ordinaria pide además dónde tiene que estar la articulación para que el bloque no vuelque.
Lo tienes cuando
Resuelves un entramado de dos piezas y compruebas que las dos reacciones del pasador son opuestas.
La carga repartida y dónde se pone su resultante
leerLas fuerzas externasA cambiar una carga repartida por una fuerza en el centro de gravedad de su diagrama, también cuando es triangular.
- prácticaDos piezas, una carga repartida y una fuerza en el extremo
La rampa: una repartida sobre dos piezas articuladas, con la resultante puesta a mano antes de que el examen la pregunte.
- examenLa resultante de una carga distribuida y dónde se coloca
- examenLa barra sujeta por un resorte y un cable, en sólido libre
La resultante de una carga distribuida y dónde se coloca
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
(1p) Para una fuerza distribuida en la longitud , deducir la resultante y la localización de la misma.
La expresión de la resultante y la de su posición, deducidas.
- 01
Reconocer el camino
COMP1La resultante ya es la integral de . ¿Qué condición la coloca en su sitio?
Eso es. Sustituir la carga por una sola fuerza exige un sistema equivalente: misma resultante y mismo momento. La primera condición da el valor; la segunda, la posición.
es la resultante de una carga uniforme. Con variable la resultante es la integral, y su posición necesita una segunda ecuación, la de momentos.
Tampoco. Toda la carga cuenta, pesada por su brazo. En una triangular el máximo está en el extremo y la resultante a un tercio de él.
Solo si es constante. Con una carga triangular el punto medio da la mitad de la longitud y la respuesta buena son dos tercios: la resultante se va hacia donde hay más carga.
- 02
Redactar la demostración
COMP4La cuestión en papel, entera: la resultante de sobre un tramo y la abscisa donde se coloca, deducidas y no solo escritas. Media página basta.
Escríbela en papel antes de seguir. Aquí no hay hueco donde teclearla a propósito: lo que corrige el examen es tu folio, y compararlo es más útil que rellenar una casilla.
Lo que se puntúa
El elemento diferencial: un trozo soporta la fuerza , y todas esas fuerzas son paralelas.
Es lo que convierte una carga continua en una suma, y lo que permite tratarla como un sistema de vectores paralelos. Quien escribe la integral sin este paso la está recordando, no deduciendo, que es lo que la cuestión puntúa.
La resultante como suma de las elementales, , y su lectura: el área bajo la curva de carga.
La lectura geométrica es la que se usa luego en cada problema —un rectángulo, un triángulo— y es la que detecta un error de cuenta a simple vista.
La equivalencia de momentos respecto de un punto, escrita: .
Es la mitad de la cuestión y la que más se salta. Sin decir que el sistema de una sola fuerza tiene que dar el mismo momento, la fórmula de aparece sin justificar.
La posición, , y que es la abscisa del centroide del área de carga.
Enlaza con la geometría de masas del tema 2 y da la regla que se aplica sin integrar: la resultante pasa por el centro de gravedad del diagrama de carga.
El caso límite: si con cargas de los dos signos, no hay una fuerza equivalente sino un par.
Es lo que distingue a quien entiende la reducción de un sistema de vectores de quien aplica la fórmula: con el cociente no existe, y el sistema se reduce a su momento.
- 03
La resultante de una carga triangular
COMP2Comprueba la fórmula con en . ¿Cuánto vale la resultante, en unidades de ?
un número, en unidades de q0·L — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has multiplicado el valor máximo por la longitud, como si la carga fuera uniforme e igual a . El área del triángulo es la mitad de la del rectángulo.
Has integrado : eso es el momento respecto del origen, , no la resultante. Te hará falta en el paso siguiente, pero dividido.
. O, sin integrar, el área de un triángulo de base y altura .
Desarrollo
- 04
Dónde se coloca
COMP2Con la misma carga triangular, ¿a qué distancia del origen queda la resultante, en unidades de ?
un número, en unidades de L; vale la forma exacta, como 2/3 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Es el punto medio del tramo, que es el sitio de la resultante solo si la carga es uniforme. Aquí crece hacia y la resultante se desplaza hacia allí.
Es un tercio medido desde el origen, donde la carga vale cero. El centroide del triángulo está a un tercio del lado cargado, o sea a dos tercios del vértice.
.
Desarrollo
Es el centroide del triángulo de carga, a un tercio de su lado alto.
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena la deducción. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
«Repartida» no quiere decir «repartida por igual». El centro del tramo solo es el sitio si es constante; en general hay que igualar momentos, y con la carga triangular sale dos tercios.
El razonamiento, en orden
Un trozo soporta la fuerza elemental , y todas son paralelas entre sí.
La resultante es la suma de todas, : el área bajo la curva de carga.
Se coloca en tal que , para que dé el mismo momento que la carga.
es la abscisa del centroide del área de carga.
Resolución completa
El elemento. Se corta un trozo de longitud en la abscisa . Sobre él actúa la fuerza elemental , y todas las fuerzas elementales son paralelas: la carga es un sistema de vectores paralelos.
La resultante. Es la suma de todas:
que es el área bajo la curva de carga.
La localización. Para que una única fuerza sea equivalente a la carga tiene que dar el mismo momento respecto de cualquier punto; se toma el origen:
Es la abscisa del centroide del área de carga, así que la resultante pasa por el centro de gravedad del diagrama de carga. Si la integral de fuera nula —cargas de los dos signos que se compensan— no habría fuerza equivalente sino un par.
Comprobación con una carga triangular, en : , el área del triángulo, y , a un tercio del lado alto, que es donde está su centroide.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Colocas la resultante de una repartida cualquiera sin dudar del punto, y sabes cuándo no puedes sustituirla.
lo tienes cuando:Aíslas la pieza que te conviene, pones la reacción que cada enlace exige y respetas la acción y reacción entre dos piezas.
Cálculo vectorial, que abre las dos hojas
siempre la cuestión 1 — 2 de los 20Cae 2 de 3 años
Reducir un sistema de vectores: resultante, momento en un punto, invariante, momento mínimo y eje central.
Dos de los veinte, y las dos veces es la cuestión número 1 de la hoja: enero de 2024 y ordinaria de 2025. Poco peso y posición fija, así que se estudia entero y se despacha rápido.
El eje central y el momento mínimo
leerLos dos invariantes, el momento mínimo y el eje centralA calcular el invariante, el momento mínimo y el punto del eje central más cercano al origen, que es lo que piden las dos veces.
- ejemploEl momento mínimo, a partir de un momento cualquiera
- examenEl momento en el origen sabiendo por dónde pasa el eje central
Al revés de lo habitual: te dan por dónde pasa el eje central y piden el momento en el origen.
- examenEl eje central que pasa por E, con la resultante igual al momento mínimo
El momento mínimo, a partir de un momento cualquiera
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un sistema de vectores deslizantes tiene resultante y, en el origen, momento resultante . Calcular el invariante escalar y el módulo del momento mínimo.
El invariante escalar y el módulo del momento mínimo.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Qué tienen en común el momento en el origen y el momento en cualquier otro punto del espacio?
No: el módulo crece al alejarte del eje central, porque aparece una componente perpendicular a proporcional a la distancia. Solo la componente sobre se conserva.
El campo de momentos los liga a todos: conocido uno y la resultante, se conocen los demás. Y de esa ecuación sale que la proyección sobre no cambia.
Eso es. es el invariante escalar, y dividido por es la proyección del momento sobre la resultante: el momento mínimo.
- 02
El invariante escalar
COMP2¿Cuánto vale ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has emparejado mal las componentes. El producto escalar multiplica con , con y con : .
y .
Desarrollo
- 03
El módulo del momento mínimo
COMP2¿Cuánto mide el momento mínimo?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es el invariante escalar. El momento mínimo es la proyección del momento sobre la resultante, así que falta dividir entre el módulo de .
es el factor que multiplica a para dar el vector momento mínimo, no su módulo. Multiplica por , o divide entre directamente.
Ese es el módulo de , . El origen es un punto cualquiera, no del eje central: su momento tiene, además de la proyección sobre , una parte perpendicular.
, con .
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El momento mínimo solo se alcanza en el eje central, y nada dice que el origen esté en él. De solo sirve su proyección sobre ; el resto es la parte perpendicular que se va al moverte hasta el eje.
El razonamiento, en orden
.
, y el momento mínimo es la proyección de cualquier momento sobre la resultante: .
Su dirección es la de la resultante, .
Resolución completa
El invariante escalar. Es el producto escalar del momento en cualquier punto por la resultante:
El momento mínimo. Es la proyección del momento sobre la resultante, que es la misma en todos los puntos, y lleva la dirección de :
Dónde se alcanza. En el eje central. Un punto suyo es , y se puede comprobar que el campo de momentos da ahí exactamente .
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Sacas el eje central de un sistema y sabes reconocer cuándo el sistema es un par, una fuerza sola o un torsor.
lo tienes cuando:Reduces un sistema a resultante y momento en cualquier punto, y sacas el eje central desde un momento conocido en un solo paso.
Geometría de masas, la que menos cae
1 de los 20 — pero entra en el de vigasCae 1 de 3 años
Centros de gravedad de figuras compuestas y de revolución, y momentos de inercia con Steiner.
Uno de los veinte, la cuestión 1 de la extraordinaria de 2025. Va el último por eso, pero no se salta: sin el centro de gravedad y la inercia de una sección no se cierra el ejercicio de vigas, que sí es largo.
Figuras compuestas, con los huecos restando
leerFiguras compuestasA tratar un agujero como área negativa y a componer el centro de gravedad de varias piezas sin promediar a ojo.
- ejemploEl centro de gravedad de una L, pieza a pieza
- examenEl hueco cuadrado que fija el volumen de revolución
La cuestión de la extraordinaria: un hueco cuadrado que fija el volumen de revolución, con Pappus-Guldin detrás.
El centro de gravedad de una L, pieza a pieza
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una placa homogénea en forma de L está formada por dos rectángulos: uno vertical que ocupa , y otro horizontal que ocupa , , con las medidas en centímetros. Calcular la posición de su centro de gravedad.
Las coordenadas del centro de gravedad de la L.
- 01
Reconocer el camino
COMP1La L no tiene una fórmula propia. ¿Cómo se saca su centro de gravedad?
Solo valdría si las dos piezas tuvieran la misma área. Aquí una mide 16 cm² y la otra 12, y la grande tira más del centro de gravedad hacia su lado.
Ese cuadrado tiene un hueco enorme que la L no tiene. El centro de gravedad de la L está mucho más cerca de la esquina donde se juntan las dos piezas.
Eso es: figuras compuestas. Cada rectángulo tiene su centro en el medio, y las áreas dicen cuánto pesa cada uno en la media.
- 02
La coordenada x
COMP2¿Cuánto vale , en centímetros?
un número, en cm — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Es la media de y sin pesar por las áreas. Los dos rectángulos no son iguales: el vertical tiene 16 cm² y el horizontal 12.
Es el centro del cuadrado de 8 por 8 que envuelve la L, no el de la L. A la L le falta todo el cuadrado de arriba a la derecha.
El rectángulo vertical tiene área 16 y centro en ; el horizontal, área 12 y centro en .
Desarrollo
- 03
La coordenada y
COMP2¿Cuánto vale , en centímetros?
un número, en cm — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Es la media de y sin pesar por las áreas. El rectángulo vertical, más grande, sube el centro de gravedad por encima de ese punto medio.
Los centros de los dos rectángulos están en y en .
Desarrollo
Que salga lo mismo que no es casualidad: la L es simétrica respecto de la diagonal , y su centro de gravedad tiene que estar sobre ella.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El punto medio solo vale si las dos piezas pesan lo mismo. Con 16 y 12 cm², la media tiene que ir pesada por las áreas.
El razonamiento, en orden
Se parte la L en dos rectángulos: con centro en y con centro en .
cm.
cm, y sale igual porque la L es simétrica respecto de la recta .
Resolución completa
Las piezas. La L es la unión de un rectángulo vertical de 2 por 8, área y centro en , y uno horizontal de 6 por 2, área y centro en .
La media pesada.
La simetría respecto de la recta lo confirma: el centro de gravedad cae sobre ella. Y está dentro de la esquina donde se juntan las dos piezas, que es donde tiene que estar.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Compones una figura con hueco y compruebas que el centro de gravedad cae donde la simetría exige.
Steiner, siempre desde el centro de gravedad
leerLos teoremas de SteinerA trasladar una inercia entre dos ejes cualesquiera pasando por el del centro de gravedad, que es el único camino válido.
- ejemploSteiner, pasando siempre por el centro de gravedad
- prácticaUna placa con un agujero circular, hasta el producto de inercia
Con los productos de inercia y el giro de ejes, que es lo que queda del tema sin practicar en ninguna convocatoria.
Steiner, pasando siempre por el centro de gravedad
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
De un rectángulo de base y altura se sabe que su momento de inercia respecto de la base es . Calcular su momento de inercia respecto de una recta paralela a la base, situada 1 cm por encima de ella.
El momento de inercia respecto de una recta paralela a la base, a 1 cm.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Conoces el momento respecto de la base y quieres el de otra recta paralela. ¿Cómo se usa Steiner?
Eso sería aplicar Steiner entre la base y la recta pedida, y ninguna de las dos pasa por . El resultado sale más grande que el de la base, cuando la recta está más cerca de .
Eso es. Steiner relaciona el eje de con un eje paralelo, así que todo camino entre dos ejes cualesquiera pasa por .
Tampoco. El signo menos no arregla el problema: la fórmula no relaciona dos ejes cualesquiera, sino uno de ellos con el de .
- 02
El momento de inercia por G
COMP2¿Cuánto vale el momento de inercia respecto del eje paralelo a la base que pasa por , en cm⁴?
un número, en cm⁴ — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has restado el área por , no por . La distancia de la base a es la mitad de la altura, 3 cm.
está a de la base, y el área es .
Desarrollo
Es , como tenía que ser.
- 03
El momento de inercia a 1 cm de la base
COMP2¿Cuánto vale el momento de inercia respecto de la recta pedida, en cm⁴?
un número, en cm⁴ — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has sumado al momento de la base: Steiner entre dos ejes que no pasan por . La recta pedida está más cerca de que la base, así que su momento tiene que ser menor que 288, no mayor.
Has restado al momento de la base. El signo cambia, pero el fallo es el mismo: Steiner no une dos ejes cualesquiera. Hay que pasar por .
La recta está a de .
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la resolución. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Steiner relaciona el eje por con un paralelo, no dos ejes cualesquiera. Sumar desde la base da 312 cm⁴, más que en la propia base, para una recta que está más cerca de .
El razonamiento, en orden
El área es y el centro de gravedad está a 3 cm de la base.
.
La recta pedida está a 2 cm de , así que .
Resolución completa
Bajar a G. Steiner dice , así que
que es el de siempre.
Subir a la recta pedida. Está a 1 cm de la base, es decir, a de :
Sale menor que el de la base, y tiene sentido: la recta está más cerca de , y el momento mínimo de todos los paralelos es justo el de .
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Aplicas Steiner entre dos ejes que no pasan por G en dos pasos, y sabes por qué no se puede en uno.
lo tienes cuando:Compones centros de gravedad e inercias de figuras con huecos y aplicas Steiner siempre desde el centro de gravedad.