aplicaciones de la segunda ley de newton en la ingenieria

Aplicaciones de la Segunda Ley de Newton en la Ingeniería
Fuerzas Inerciales y aceleración
 
Figura 1 _ Visualización de la fuerza inercia.
 
Las fuerzas de inercia son una propiedad intrínseca de los objetos, y se generan cuando al objeto le es aplicado una fuerza externa que altera su equilibrio, en otras palabras, es la resistencia al efecto de una fuerza que se ejerce sobre el objeto.Las fuerzas sísmicas que debe resistir la estructura son las fuerzas inerciales de la propia edificación, que se generan por la reacción de esta ante las fuerzas que le induce el sistema de fundación, ya que las fundaciones se mueven en función de las vibraciones del suelo. Al moverse las fundaciones, los niveles superiores de la estructura se irán desplazando, buscando recuperar su posiciónoriginal en relación con la base del edificio. Pero como estos movimientos son aleatorios y varían en función del tiempo, cada uno de los niveles de la estructura reaccionará de distinta forma. De esta manera es que se generan las solicitaciones sísmicas que debe resistir la estructura.
Recordando la segunda Ley de Newton, la fuerza de inercia es directamente proporcional a la masa (edificio) y a laaceleración (del sismo).

Figura 2 _ Segunda Ley de Newton
La masa puede ser asumida como el equivalente del peso del edificio al nivel del terreno, y gracias a la 2da ley de Newton se explica cómo los edificios livianos tienden a desempeñarse mejor en los terremotos que los edificios pesados, ya que las fuerzas aplicadas al edificio son menores.
La aceleración, o la tasa de cambio en lavelocidad en que las ondas sísmicas mueven el edificio, determina el porcentaje del peso del edificio que se verá aplicado como una fuerza horizontal. En ingeniería sísmica, este porcentaje se le llama coeficiente de cortante basal, y es función de la zonificación sísmica, tipo de suelo, la importancia del edificio y el tipo de sistema estructural empleado.
               

Figura 3 _ Distintasmagnitudes de aceleración

La segunda ley de Newton se usa con bastante frecuencia para analizar el daño sísmico no estructural.
El daño sísmico no estructural es el que sufren los elementos no estructurales (paredes livianas, vidrios, muebles, lámparas, etc.) por el efecto de un sismo. Es el deterioro físico de los componentes que no forman parte integral del sistema resistente o estructura dela edificación y que pueden ser arquitectónicos y electromecánicos, que cumplen funciones importantes dentro de las instalaciones, pero que igualmente se pueden ver afectados.
 Los componentes no estructurales pueden incidir o propiciar la ocurrencia de fallas estructurales o pueden modificar la respuesta de movimiento esperada según el diseño. Por ejemplo, si se adicionan  escaleras, bloques orevestimientos pesados, se pueden introducir excentricidades y otros efectos de movimientos no deseados en el edificio.
 Existen tres grandes efectos primarios de los elementos no estructurales en edificios:
1. Efectos inerciales.
 Cuando un edificio es movido durante un sismo, la base del mismo se desplaza de la misma forma que el terreno, pero el resto del edificio y su contenido sobre la baseexperimentarán fuerzas inerciales, de oposición al movimiento. Es decir, mientras que la estructura se mueve hacia un lado, todo lo que son muebles, lámparas, estantes, etc., van a oponerse a ese movimiento.
 El principio básico de las fuerzas inerciales sísmicas es la segunda Ley de Newton donde la fuerza es igual a la masa por la aceleración. Estas son mayores si la masa es mayor o si laaceleración o la severidad del movimiento es mayor.  
 Consecuentemente, los elementos no estructurales que pueden ser dañados o causar daño por las fuerzas inerciales son, entre otros: archivadores, equipo generador de energía, estantes de libros sin adosar o muebles.  Por ejemplo, en la siguiente figura se pude ver la caída de objetos dentro de una casa que se encontraba sobre la falla que originó...