Principios_fundamentales_de_fuerza_y_stress
Páginas: 10 (2467 palabras)
Publicado: 27 de septiembre de 2015
Principios fundamentales de fuerza y stress
Fuerza y stress
Los movimientos dentro del manto y la corteza, activados termal y gravitacionalmente, son las causas principales de las fuerzas y campos de stress que resultan en el desarrollo de pliegues, fallas y estructuras menores de diferentes tipos.
Para entender los procesos mecánicos que originan estas estructuras, se debe introducir losconceptos de fuerza y stress.
Fuerza
La fuerza es usualmente definida como cualquier acción que altera o tiende a alterar el estado de reposo de un cuerpo o su movimiento a velocidad constante.
Cuando una fuerza actúa en un cuerpo, ésta puede ser especificada completamente si uno conoce:
su dirección de acción en el espacio
su magnitud
La fuerza es, por consiguiente, un vector.
La magnitud deuna fuerza es medida por su efecto. Así, uno puede medir una fuerza por en peso que soportará. En dinámica, que es la rama de la mecánica que estudia el movimiento, la magnitud de una fuerza es medida por el movimiento que inducirá en un tiempo dado. Esto queda muy bien expresado por la Segunda Ley de Newton que sostiene:
F = ma.
Si se considera la aceleración de gravedad ( g = 9, 81 m/s2), lafuerza ejercida por una masa de 1 kg que reposa en superficie de la tierra es de 9, 81Newton.
Algunas unidades de fuerza son:
Newton = 1
Dyna = 1
Si dos fuerzas actúan en un punto, entonces al ser vectores, ellas pueden ser combinadas gráficamente por el paralelógramo de fuerzas:
De manera análoga, una fuerza puede ser descompuesta en dos o más componentes. Esto último puede ser realizadode infinitas formas, pero en la mayoría de los análisis es necesario (o conveniente) resolver las fuerzas en dos direcciones perpendiculares entre sí.
Por ejemplo, la figura siguiente muestra una partícula rectangular, de masa M, descansando sobre un plano inclinado grados con respecto a la horizontal.
La fuerza generada por esta masa M en el campo gravitacional actúa verticalmente. Lamagnitud de la componente de fuerza que actúa tangencialmente a la superficie inclinada y que tiende a desestabilizar el cuerpo (Ft ), está dada por:
Ft = F sin
(6.1)
La magnitud de la componente normal al plano inclinado es:
Fn = F cos
(6.2)
Si el ángulo es pequeño, la componente desestabilizadora es también pequeña y la partícula de masa M no deslizará debido a la resistencia almovimiento generada por una fuerza friccional.
Si el ángulo es gradualmente aumentado, Ft también aumenta y Fn disminuye. Cuando el ángulo alcanza un valor crítico la resistencia al movimiento es sobrepasada y la partícula comienza a deslizarse. Este ángulo crítico es característico de los materiales que constituyen el plano inclinado y la partícula.
Experimentalmente se ha demostrado que cuando doscuerpos están en contacto a lo largo de una superficie plana, la fuerza friccional que tiende a impedir el movimiento es proporcional a la reacción normal, o fuerza normal, que actúa en la superficie. Esta razón constante es denominada coeficiente de fricción interna :
(6.3)
Como veremos más adelante, el concepto de fricción juega un importante papel en la mecánica de movimientos en fallas yfracturas.
Stress
Si un cubo de granito de lado = 25 cm se sometiera a una fuerza compresiva de 10000 kg (10 toneladas), igualmente distribuida en toda la cara, sólo se observaría una deformación infinitesimal (strain). Sin embargo, si se aplicara la misma carga a un cubo del mismo material, pero de lado = 1/20 del largo anterior, es decir de lado = 1.25 cm, el cubo menor sería pulverizado por laacción de esta fuerza. La magnitud de la fuerza aplicada es la misma en ambos casos y la diferencia de comportamiento en los dos cubos es el resultado de la diferencia de stress inducido por la fuerza en cada caso.
Stress se define como fuerza por unidad de área:
(6.4)
Unidades de stress Prefijos
En el ejemplo anterior el stress en el cubo grande fue:
(S=F/A; F=m*a)
En el cubo...
Fuerza y stress
Los movimientos dentro del manto y la corteza, activados termal y gravitacionalmente, son las causas principales de las fuerzas y campos de stress que resultan en el desarrollo de pliegues, fallas y estructuras menores de diferentes tipos.
Para entender los procesos mecánicos que originan estas estructuras, se debe introducir losconceptos de fuerza y stress.
Fuerza
La fuerza es usualmente definida como cualquier acción que altera o tiende a alterar el estado de reposo de un cuerpo o su movimiento a velocidad constante.
Cuando una fuerza actúa en un cuerpo, ésta puede ser especificada completamente si uno conoce:
su dirección de acción en el espacio
su magnitud
La fuerza es, por consiguiente, un vector.
La magnitud deuna fuerza es medida por su efecto. Así, uno puede medir una fuerza por en peso que soportará. En dinámica, que es la rama de la mecánica que estudia el movimiento, la magnitud de una fuerza es medida por el movimiento que inducirá en un tiempo dado. Esto queda muy bien expresado por la Segunda Ley de Newton que sostiene:
F = ma.
Si se considera la aceleración de gravedad ( g = 9, 81 m/s2), lafuerza ejercida por una masa de 1 kg que reposa en superficie de la tierra es de 9, 81Newton.
Algunas unidades de fuerza son:
Newton = 1
Dyna = 1
Si dos fuerzas actúan en un punto, entonces al ser vectores, ellas pueden ser combinadas gráficamente por el paralelógramo de fuerzas:
De manera análoga, una fuerza puede ser descompuesta en dos o más componentes. Esto último puede ser realizadode infinitas formas, pero en la mayoría de los análisis es necesario (o conveniente) resolver las fuerzas en dos direcciones perpendiculares entre sí.
Por ejemplo, la figura siguiente muestra una partícula rectangular, de masa M, descansando sobre un plano inclinado grados con respecto a la horizontal.
La fuerza generada por esta masa M en el campo gravitacional actúa verticalmente. Lamagnitud de la componente de fuerza que actúa tangencialmente a la superficie inclinada y que tiende a desestabilizar el cuerpo (Ft ), está dada por:
Ft = F sin
(6.1)
La magnitud de la componente normal al plano inclinado es:
Fn = F cos
(6.2)
Si el ángulo es pequeño, la componente desestabilizadora es también pequeña y la partícula de masa M no deslizará debido a la resistencia almovimiento generada por una fuerza friccional.
Si el ángulo es gradualmente aumentado, Ft también aumenta y Fn disminuye. Cuando el ángulo alcanza un valor crítico la resistencia al movimiento es sobrepasada y la partícula comienza a deslizarse. Este ángulo crítico es característico de los materiales que constituyen el plano inclinado y la partícula.
Experimentalmente se ha demostrado que cuando doscuerpos están en contacto a lo largo de una superficie plana, la fuerza friccional que tiende a impedir el movimiento es proporcional a la reacción normal, o fuerza normal, que actúa en la superficie. Esta razón constante es denominada coeficiente de fricción interna :
(6.3)
Como veremos más adelante, el concepto de fricción juega un importante papel en la mecánica de movimientos en fallas yfracturas.
Stress
Si un cubo de granito de lado = 25 cm se sometiera a una fuerza compresiva de 10000 kg (10 toneladas), igualmente distribuida en toda la cara, sólo se observaría una deformación infinitesimal (strain). Sin embargo, si se aplicara la misma carga a un cubo del mismo material, pero de lado = 1/20 del largo anterior, es decir de lado = 1.25 cm, el cubo menor sería pulverizado por laacción de esta fuerza. La magnitud de la fuerza aplicada es la misma en ambos casos y la diferencia de comportamiento en los dos cubos es el resultado de la diferencia de stress inducido por la fuerza en cada caso.
Stress se define como fuerza por unidad de área:
(6.4)
Unidades de stress Prefijos
En el ejemplo anterior el stress en el cubo grande fue:
(S=F/A; F=m*a)
En el cubo...
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