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PROBLEMAS DE MECANINA DE MATERIALES, Ejercicios de Materiales

Problemas resueltos de mecánica de materiales 2

Tipo: Ejercicios

2019/2020

Subido el 02/07/2020

wilder-e-souza
wilder-e-souza 🇵🇪

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PROBLEMAS DE MECÁNICA
CALCULO VECTORIAL
1. Dados los vectores a = 12 i – 5 j + 9 k y b = 3 i + 7 k, calcular:
a) Su producto escalar a . b . Sol: 99
b) Su producto vectorial a x b. Sol: -35 i - 67 j + 15 k
2. Dados los vectores a = 3 i - j + 2 k y b = i + 5 j k , calcular :
a) Producto escalar. Sol: - 4
b) Producto vectorial de a x b y b x a. Sol: ± ( 9 i – 5 j – 16 k )
c) Ángulo que forma a y b. Sol: 101,87º
3. Dado el vector deslizante a = i 5 j + 3 k, cuya línea de acción pasa por el punto de
coordenadas (3,2,1), hallar:
a) Su momento respecto al origen de coordenadas. Sol: 11 i - 8 j – 17 k
b) Su momento respecto al punto (2, -4, 1) .Sol: i + 6 j + 2 k
4. Dados los vectores a = 3 i + 15 j 8 k, cuya línea de acción pasa por el punto P de
coordenadas (-4,5,-6), hallar:
a) Su momento respecto al origen de coordenadas. Sol: 50 i - 50 j – 75 k
b) Su momento respecto al punto (3,-1,-1). Sol: 27 i – 71 j – 123 k
c) Su momento respecto a la recta X= Y = 0. Sol: - 75.
5. Dados los vectores a = 3 i – 6 j y b = 4 i + j , hallar:
a) Cosenos directores del vector a. Sol: 0’45, - 0’90
b) Producto escalar a. b y producto vectorial a x b. Sol: 6 y 27 k
c) Proyección de a sobre la dirección de b. Sol: 1’46
6. Dado el vector deslizante v = 12 i + 16 j cuya línea de acción pasa por el punto de
coordenadas (1,2,1), determinar:
a) Módulo y cosenos directores de v. Sol: 20, 3/5, 4/5.
b) Momento del vector v respecto al origen de coordenadas. Sol: - 16 i + 12 j – 8 k
c) Momento de v respecto al punto (2,1,0). Sol: - 16 i + 12 j – 28 k
ESTÁTICA
1. Un bloque de masa 4.000 kg, cuelga de dos cables AC y BC en la posición indicada en la
fig. Calcular la tensión de cada cable, expresada en newton. Sol: 27.722 N
A B
45º C 45º
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
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pfd
pfe
pff

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PROBLEMAS DE MECÁNICA

CALCULO VECTORIAL

  1. Dados los vectores a = 12 i – 5 j + 9 k y b = 3 i + 7 k, calcular: a) Su producto escalar a. b. Sol: 99 b) Su producto vectorial a x b. Sol: -35 i - 67 j + 15 k
  2. Dados los vectores a = 3 i - j + 2 k y b = i + 5 j – k , calcular : a) Producto escalar. Sol: - 4 b) Producto vectorial de a x b y b x a. Sol: ± ( 9 i – 5 j – 16 k ) c) Ángulo que forma a y b. Sol: 101,87º
  3. Dado el vector deslizante a = i – 5 j + 3 k, cuya línea de acción pasa por el punto de coordenadas (3,2,1), hallar: a) Su momento respecto al origen de coordenadas. Sol: 11 i - 8 j – 17 k b) Su momento respecto al punto (2, -4, 1) .Sol: i + 6 j + 2 k
  4. Dados los vectores a = 3 i + 15 j – 8 k, cuya línea de acción pasa por el punto P de coordenadas (-4,5,-6), hallar: a) Su momento respecto al origen de coordenadas. Sol: 50 i - 50 j – 75 k b) Su momento respecto al punto (3,-1,-1). Sol: 27 i – 71 j – 123 k c) Su momento respecto a la recta X= Y = 0. Sol: - 75.
  5. Dados los vectores a = 3 i – 6 j y b = 4 i + j , hallar: a) Cosenos directores del vector a. Sol: 0’45, - 0’ b) Producto escalar a. b y producto vectorial a x b. Sol: 6 y 27 k c) Proyección de a sobre la dirección de b. Sol: 1’
  6. Dado el vector deslizante v = 12 i + 16 j cuya línea de acción pasa por el punto de coordenadas (1,2,1), determinar: a) Módulo y cosenos directores de v. Sol: 20, 3/5, 4/5. b) Momento del vector v respecto al origen de coordenadas. Sol: - 16 i + 12 j – 8 k c) Momento de v respecto al punto (2,1,0). Sol: - 16 i + 12 j – 28 k

ESTÁTICA

  1. Un bloque de masa 4.000 kg, cuelga de dos cables AC y BC en la posición indicada en la fig. Calcular la tensión de cada cable, expresada en newton. Sol: 27.722 N

A B

45º C 45º

  1. Determinar la tensión T en cada uno de los cables de las cuerdas de las figuras, cuando se suspende un cuerpo de 200 N en a) y b) y uno de 100 N en c) y d)

a) b) 45º 30º 44º

c) d) 58º 32º 48º

Sol:a) 146,4 N, 179,3 N; b) 287,9 N, 207,1 N c) 84,8 N, 52,98 N d) 280,25 N, 216,5 N

  1. Determinar las fuerzas que la viga OA y la cuerda AB ejercen en O ; a) suponiendo que la viga y la cuerda tienen pesos despreciables y solamente dependen del peso que cuelga M = 500 N, b) Si la viga pesa 250 N, encontrar la reacción en O.
  1. B 2) B 3) B

46º 58º 32º O A O A 32º 58º A M O M M

Sol: 1 a) 719,7 N, 517,76N, α =0º 2)a)264, 424,03 N, α=58º 3)a)962,27N, 604,35 N,α=328º b)899,7N, 659,1 N , α =10,93º b)331,2 N, 639,5 N, α=63,95º b) 1209.1N, 697,3N,α=337º

  1. De un cable de acero pende un peso P de 3.000 N como se muestra en la figura. a) Hallar la tensión T del cable, sabiendo que dicho peso se mantiene en la T posición indicada mediante una fuerza horizontal de 1.500 N. b) Si la longitud del cable es de 65 cm, determinar la fuerza F horizontal que es necesaria aplicar para que el peso se mantenga a una distancia de 25 cm de la vertical que pasa por el punto de suspensión Sol:a)3354 N,(α=116,56º con OX+), b)1250 N

P

ESTRUCTURAS ARTICULADAS ISOSTÁTICAS

  1. Para la estructura articulada isostática representada en la figura, en que las fuerzas aplicadas vienen dadas en kg. Fuerza se pide: a) Determinar las reacciones en el apoyo y la articulación b) Calcular, por el método de los nudos, el esfuerzo de tracción o compresión a que se ve sometida cada barra. (Dar resultados en kg .fuerza) Sol: RD= 4.000 kg, RE(-12.000, 8.000) 8.000kg Barra AB: 12.000 kg C Barra BC: 11.314 kg T 12.000 kg A B Barra BD: 4.000 kg C 4.000kg Barra BE: 5.657 kg C Barra DE: 8.000 kg C 4m Barra DC: 8.000 kg C Barra AC : 8.000Kg C C 4m D 4m E

2 Para la estructura articulada isostática representada en la figura en que las fuerzas aplicadas vienen dadas en kg. fuerza, y sabiendo que todas las barras son de igual longitud, se pide: a) Determinar las reacciones en el apoyo y en la articulación b) Determinar por el método de los nudos el esfuerzo de tracción o compresión a que se ve sometida cada barra, expresando los resultados en kg.fuerza Sol: RC= 150 kp, RE = 1050 kp. 600 kg 600 kg Barra AB: 867 kg C 1039 kg A B Barra AC: 174 kg C Barra AD: 516 kg C Barra CD:1.125kg T Barra BD: 520 kg T Barra BE: 1.214kg C C E Barra DE: 607 kg T D

  1. Para la estructura articulada isostática representada en la figura, en que las fuerzas aplicadas vienen dadas en kg. Fuerza se pide: c) Determinar las reacciones en el apoyo y la articulación d) Calcular, por el método de los nudos, el esfuerzo de tracción o compresión a que se ve sometida cada barra. (Dar resultados en kg .fuerza) Sol: RE= 5.000 kg, Rc=(-2.000,-3.000) 2.000kg Barra AB: 1.000 kg C Barra AD: 1.414 kg C 2.000 kg A B Barra BD: 1.000 kg T 4.000kg Barra BE: 1.414 kg C Barra DE: 1.000 kg T 2 m Barra DC: 2.000 kg T Barra AC : 3.000Kg T C 2m D 2 m E
  1. Para la estructura articulada isostática representada en la figura en que las fuerzas aplicadas vienen dadas en kg. fuerza, y sabiendo que todas las barras son de igual longitud(4,5 m) , se pide: a) Determinar las reacciones en el apoyo y en la articulación b) Determinar por el método de los nudos el esfuerzo de tracción o compresión a que se ve sometida cada barra, expresando los resultados en kg.fuerza Sol: RC= 1.000 kp, RE = 3.000 kp. 4.000 kg Barra AB: 1.155 kg C A B Barra AC: 1.155 kg C Barra AD: 1.155 kg T Barra CD: 577 kg T Barra BD: 1.155 kg C Barra BE: 1.155kg C C E Barra DE: 577 kg T D
  2. Para la estructura articulada isostática representada en la figura en que las fuerzas aplicadas vienen dadas en kg. fuerza, se pide: a) Determinar las reacciones en el apoyo y en la articulación b) Determinar por el método de los nudos el esfuerzo de tracción o compresión a que se ve sometida cada barra, expresando los resultados en kg.fuerza. Sol: RA (200, 115,5) kg. RC= 115,5 kg 5 m D Barra AB: 133,5 kg C E 200 kg Barra BC: 0 Barra CD: 115,5 kg T Barra DE: 133,3 kg C 5 m 5m 5m

Barra AE: 133,3 kg C 5 m Barra BE : 133,3 kg T A C Barra BD: 133,3 Kg C B

  1. Para la estructura articulada isostática representada en la figura en que las fuerzas aplicadas vienen dadas en kg. fuerza, se pide: a) Determinar las reacciones en el apoyo y en la articulación b) Determinar por el método de los nudos el esfuerzo de tracción o compresión a que se ve sometida cada barra, expresando los resultados en kg.fuerza Sol: RA = 650 kg, RB (- 650,600) kg B C D Barra AB: 600 kg T Barra BC: 650 kg T 1 m 2 m Barra AE: 350 kg C Barra AC: 671 kg C 2 m 100 kg Barra EC: 671 kg T Barra CD: 50 kg T Barra ED: 112 kg C A 2 m E

500 kg

CENTROS DE MASA

  1. Determinar la posición del Centro de Masas de las superficies plana de las figuras, con respecto a los ejes cartesianos X-Y , sabiendo que las longitudes vienen expresadas en metros. Sol: a) (4’5, 3’75) m, b) (2,2’5) m

a) b) Y Y 3m

6m

9m 9 m 9m X 9 m X

  1. Determinar la posición del Centro de Masas de las superficies planas representadas, con respecto al sistema cartesiano X-Y de referencia, sabiendo que las longitudes vienen expresadas en metros. Sol: a) (5’15, 3’15) m , b) (0, 1’5) m

a) b) Y Y 6m

7 m 3m 7 6m X 6m X

  1. Determinar la posición del Centro de Masas de las figuras planas y homogéneas de los dibujos, con relación a los ejes cartesianos X e Y , sabiendo que las medidas vienen en metros. Sol: a) (8’96,3’41) m, b) (7,2’67) m, c) (3’94,2’85) m, d) (- R/6, 0)

a) b) Y Y

6m 8m

9m 6m X 6 m 9 m X

c) Y d) Y

6m X 4 m

4 m 4m

9 m

7 m

R

VIGAS ISOSTÁTICAS

  1. La viga de la figura, está apoyada en un punto y simplemente articulada en otro y sometida a dos cargas puntuales de los valores (expresados en kg. f ) especificados en la figura. a) Calcular las reacciones en el apoyo simple y la articulación. b) Dibujar los diagramas de Fuerzas Cortantes y Momentos Flectores. Sol: a) RA= 800 kg, RB = 800 Kg.

800 kg 800 kg

A B

4 m 4m 4 m

V (kg)

800

4 X (m) 8 12

M (kg.m)

X (m) 4 8 12

  1. La viga de la figura, está apoyada en un punto y simplemente articulada en otro y sometida a dos cargas puntuales de los valores (expresados en kg. f ) especificados en la figura. a) Calcular las reacciones en el apoyo simple y la articulación. b) Dibujar los diagramas de Fuerzas Cortantes y Momentos Flectores. Sol: RA = 1.000 kp, RB = 1.000 Kp

1000 kg 1.000 kg

A B

3m 4 m 3 m

( −)

( +)

  1. Para la viga empotrada de la figura, sometida a dos cargas puntuales iguales de 2.500 kg de fuerza en su extremo y su punto medio, se pide: a) Determinar las reacciones en el empotramiento b) Dibujar los diagramas de esfuerzos cortantes y momentos flectores. Sol: ME = 30.000 kg.m, R(0,5.000) kg

2.500 kg 2.500 kg

4m 4 m

V (kg) 4 8 X (m) (-)

    ( - )

M (kg.m)

X (m) 4 8

  1. La viga isostática representada, apoyada en el punto A y articulada en el B, soporta dos cargas verticales de 800 y 1.600 kg fuerza en los puntos que se observa en la figura: a) Determinar las reacciones en la articulación y el apoyo b) Dibujar los diagramas de Fuerzas Cortantes y Momentos Flectores. Sol: RA = 1.040 kg, RB = 1.360 kg.

800 kg 1.600 kg

A B

3 m 4 m 3 m

V (kg)

240 (+) 7 10 ( +) X(m ) 3 (-)

3 7 10 X (m)

M (kg.m)

  1. La viga isostática representada, apoyada en el punto A y articulada en B, soporta dos cargas verticales de 800 y 1.600 kg. fuerza en los puntos que se observa en la figura: a) Determinar las reacciones en la articulación y el apoyo b) Dibujar los diagramas de Fuerzas Cortantes y Momentos Flectores. Sol: RA= 1.000 kg ↓, RB = 1.000 kg. ↑

300 kg 300 kg

B A

3m 3 m 4 m

10 X (m) (-) 3 6 (-)

X (m) 3 6 10

M (kg.m)

  1. En el sistema representado en la fig, la barra AB tiene una longitud de 10 cm, se pide: a) Posición del CIR, tomando el punto A como origen b) La velocidad de A c) La velocidad angular de la barra AB Sol: a) (0’05, 0) m, b) √ 3 m/s , c) 20 rad/s
  2. Una barra rígida AB de a2 m de longitud, se mueve de forma que su extremo A desliza por una pared vertical, mientras el B se mueve a lo largo de un suelo horizontal con velocidad angular constante ω= 8 rad/ seg. En el instante representado, en que la barra forma un ángulo de 30º con el suelo, se pide: a) Determinar las coordenadas del CIR, referidas a los ejes X_Y coincidentes con la pared y el suelo. b) Velocidad en ese instante del punto A. c) Velocidad del punto B. Sol: a) (10,39, 6)m ,b) 83,14 m/s, c) 48 m/s.
  1. Y B 7) vB=1 m/s Y

30º A

A X

30º B X

  1. El sistema biela-manivela de la figura está formado por dos barras AB de 8 m y BC de 12 m de longitud, articuladas entre sí en el punto B, mientras el punto A permanece fijo y el C se desplaza horizontalmente. La barra AB gira alrededor de A en el sentido indicado (el de las agujas del reloj), con velocidad angular constante ω = rad/s. En el instante representado en que la barra AB forma un ángulo de 30º con la horizontal , se pide: a) velocidad del punto B. b) Posición del CIR de la barra BC. c) Velocidad del punto C. Sol: a) 80 m/s ; b) (18’24, 10’53) m, c) 64,7 m/s

B

8 m 12 m A C

Q 30º X

DINÁMICA DEL SÓLIDO RÍGIDO

  1. El bloque de la figura de 1.000 kg de masa, se apoya sobre el suelo, con coeficiente de rozamiento dinámico μ = 0,4 y se mueve, partiendo del reposo, por la acción de una fuerza de 8.000 N que forma 30º con la horizontal. a) Calcular la aceleración de dicho bloque. b) Su velocidad al cabo de 8 seg. F c) Espacio recorrido en ese tiempo. 30º

Sol: a) 1,36 m/s, b) 10,88 m/s, c) 43,52 m.

  1. Un bloque de 16 kg de masa se apoya, con coeficiente de rozamiento estático μ= 0,25 sobre un plano inclinado 30º y de 12 m de longitud, encontrándose inicialmente en reposo en el punto más alto del plano (punto A). a) Determinar la aceleración con que cae el bloque b) Tiempo que tarda en llegar a la base del plano (punto B) c) Velocidad con la que llega a dicho punto.

A

mm B

Sol: a) 2’8 m/s^2 b) 2,93 seg, c) 8,2 m/s

  1. Un bloque B de 5 kg de masa se apoya, con coeficiente de rozamiento estático μ= 0,3 sobre un plano inclinado 30º con la horizontal y de él tira, según se observa en la figura otro bloque de peso P (expresados en Newtons). A través de un hilo que pasa por una polea sin rozamiento en A. a) Determinar el valor mínimo de P para que el bloque P esté en equilibrio b) Valor máximo de P para conseguir igualmente que el bloque B permanezca en equilibrio

A B= 5 kg

P

Sol: a) P>11,95 N, b) P<38,05 N

MECÁNICA DE FLUIDOS

  1. El depósito de la figura , de 4 m de alto, que está lleno totalmente, contiene un aceite de densidad relativa ρ = 0,85. Se pide determinar la presión en los puntos A ( situado a 1,5 m de la superficie) y B (en el fondo del recipiente).

Sol: 12.495 Pa y 33.320 Pa.

  1. Una esfera maciza, flota en un depósito que contiene agua y aceite (de densidad relativa 0,8) de forma que las tres cuartas partes de su volumen están en el aceite mientras que una cuarta parte queda sumergida en el agua. Hallar el valor de la densidad relativa del material del que está compuesta la esfera.

Sol: 0,85.

1,5 m

  • A 4 m aceite
  • B agua ρ = 0,
  1. Un cubo de madera de 1 m de lado, de densidad relativa 0,6, flota en un deposito con agua. Determinar el peso P, expresado en newtons, que habrá que colocar sobre el cubo de madera , de forma que este quede flotando a ras del agua, tal como se indica en la figura.

Sol: 4.000 N.

  1. Un depósito de agua de 1,8 m de altura que se mantiene prácticamente constante, descarga por el fondo, a través de un grifo de sección circular de 4 cm de diámetro. a) Determinar la velocidad con que sale el agua por dicho grifo. b) Caudal de salida, expresado en litros/seg.

Sol: a) 5,94 m/s, b) 7,4 l/s.

P

1’8 m

  1. Por la tubería de la figura , que comienza con una sección circular de 0,5 m de diámetro (sección A) y sufre un estrechamiento hasta pasar a 0,25 m de diámetro (sección B), circula un caudal de agua de 300 litros/seg, de manera que la presión en la entrada es de 1, atmósferas. Se pide: a) Velocidad media del líquido en la sección A. b) Velocidad media del líquido en la sección B. c) Si la presión de entrada (en A) es de 1,2 atm, aplicando la ecuación de Bernouilli, determinar la presión en B, expresada en pascales.

Sol: a) 1,53 m/s, b) 6,11 m/s c) 84.088 N/m^2

Q

0,25 m B

Q

0,5 m A