domingo, 10 de marzo de 2013

Proyecto de Física Puente Ascensor


                                                        PROYECTO DE FÍSICA 
     PUENTE ASCENSOR

1. GENERALIDADES
1.1 METODOLOGÍA Y PLANIFICACIÓN DEL TRABAJO
Se realizara un manual de conceptos de física acompañado de una maqueta con la ayuda de las clases presenciales y con material bibliográfico, evitando al máximo fuentes de internet.
El fin de este manual es aprender y conocer la aplicación de la física mecánica sobre un puente ascensor creado a escala y así reflejarlo en la vida cotidiana.
Se hará el manual con apoyo de bibliografia recomendadas por el docente, exponiendo los conceptos de la física mecánica, y al mismo tiempo se ideara un modelo a escala del proyecto asignado, creando bocetos acotados, para lograr el objetivo general, bajo la supervisión del docente con tres entregas, cada corte de parciales, que el dispondrá a calificarlas y aprobarlas,
Se tendrá un lapso de tiempo de 4 meses para culminar el proyecto con todos los puntos a aplicar.
Se ejecutará en espacios de trabajo como bibliotecas para su referencia teórica y en espacios abiertos para la elaboración de la maqueta.
Se introducirá innovación en cuanto a los materiales escogidos para hacer el diseño del modelo a escala, evitando sobrecostos y destacando alta calidad.
Se tomara en cuenta modelos a escala realizados por diferentes personas y lograr bases solidas para su construcción.


1.2 ALCANCES DEL TRABAJO
Los alcances del trabajo son lo que se presentar a continuación:
- Generalidades del trabajo
- Objetivos
- Búsqueda de modelos para el desarrollo del proyecto
- Variedad de la información por fuentes bibliográficas.
- Toma de ideas principales
- Realización del manual para el proyecto.
- Elaboración de esquemas acotados.
- Plano a escala del proyecto.
- Maqueta como producto final
- Conclusiones.

1.3 ANTECEDENTES
A principios del siglo XX, se implemento la idea de construir los puentes de elevación vertical con el fin de operar con el tráfico de vehículos, el trasporte marítimo y el transporte férreo.
El puente de elevación Aéreo (anteriormente conocido como el puente aéreo o el Puente Transbordador Aéreo) es un hito importante en la ciudad puerto de Duluth, Minnesota, en Estados Unidos, pues  trata de un puente levadizo verticalmente, que fue bastante raro para la época en ese país, este puente comenzó su vida como un paradójico puente transportador, este invento fue el segundo tipo de puente jamás construido en los Estados Unidos.  Originalmente construido en 1905, el puente se ha actualizado en 1929-30 al diseño de elevación actual y este sigue funcionando hoy en día. El puente esta en el Registro Nacional de Lugares Históricos el 22 de mayo de 1973. 

Tomada de Fuente de Internet, http://www.wikipedia.com/

Otro de los puentes más antiguos es el puente original de Ryde que fue inaugurado el 7 de diciembre de 1935 por el Primer Ministro de Nueva Gales del Sur, en Australia, el puente original es un puente levadizo, que estaba obligado a permitir paso de botes, entonces situado en la orilla sur del río Parramatta, justo al oeste del puente. Sin embargo, el mecanismo de elevación se eliminó a fines del siglo 20 y que no ha sido abierto desde entonces.
Un puente adicional fue construido adyacente al lado este del puente para transportar el tráfico en dirección sur, dejando el original puente para el tráfico hacia el norte solamente. Fue inaugurado el 25 de noviembre de 1988.

Tomada de Fuente de Internet, http://www.bphod.com/

Entre puentes de elevación vertical más actuales, se encuentra el puente de Rouen para permitir el tráfico del flujo marítimo y vial hacia el norte-este, con el fin llegar a la zona portuaria, sin tener que pasar por el centro de la ciudad; la ubicación fue elegida estratégicamente y proporciona un descanso entre el puerto y la ciudad.


Tomada de Fuente de Internet, http://www.brianmicklethwait.com/
Unos de los proyectos vigentes a realizar, es el puente de elevación Burdeos sobre el río Garona, en Burdeos, Francia. El nuevo Garonne River Bridge es un puente de elevación vertical con una longitud de tramo de aproximadamente 117 m y una anchura a cabo a cabo de aproximadamente 43 m con una altura de elevación de diseño de 50 m. El lapso de ascensor tendrá una sección transversal simétrica y llevar a cuatro carriles de circulación, dos pistas de monorraíl y dos aceras fuera de borda / ciclo vías, cuatro, torres pilón independientes - uno en cada esquina de la duración de ascensor - permitirá un contrapeso (cuarto del peso ascensor período total) para desplazarse verticalmente en el interior de cada torre.
El funcionamiento del palmo de la elevación se consigue a través de cuerdas de alta resistencia, que es alambre que pasa por las poleas que conectan el palmo de la elevación de los contrapesos. Un cable del cabrestante unidad del sistema operativo con el motor eléctrico y las unidades de vector de flujo regenerativas transportar en pago y los contrapesos, por lo tanto subir y bajar el palmo de la elevación.
La construcción está en curso y se espera que esté terminado en 2012.


Tomada de Fuente de Internet, http://www.hardesty-hanover.com/
La mayor desventaja del puente de elevación vertical (en comparación con muchos otros diseños) es la restricción de altura para los buques que pasan por debajo.
1.4 DEFICIENCIA DE INFORMACIÓN
Es un puente poco utilizado, y solo se emplean en costas o ciudades donde haya mares o ríos con zonas portuarias. En Suramérica casi no se implementan este tipo de puentes porque –pensamos- que la relación del costo-beneficio no es viable, para presupuestos de países sub-desarrollados.

2.  OBJETIVOS

            2.1 OBJETIVO GENERAL
F Realizar un modelo a escala del puente ascensor, demostrando los principios físicos aplicados en él.

            2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
F Conocer y analizar los fundamentos de la física mecánica.
F Utilizar los recursos disponibles para su fabricación.
F Identificar los principios físicos empleados en la maqueta.
F Crear esquemas como ideas principales del modelo a escala.
F Investigar y dar definiciones concretas de los conceptos básicos para su total entendimiento.
F Reflejar el impacto de rendimiento que tiene el puente ascensor, con todos sus elementos mecánicos, para solventar situaciones a nivel de ingeniería.
  
3. UNIDADES, CANTIDADES FÍSICAS Y VECTORES.

§  UNIDADES.
TIEMPO: el estándar actual para medir el tiempo optado en 1967, se basa en un reloj atómico que usa la diferencia de energía entre los dos estados energéticos más bajos del átomo de cesio. Cuando se bombardean con microondas de una determinada frecuencia, los átomos de cesio sufren una transición entre dichos estados. Se define un SEGUNDO con el tiempo requerido por 9.192´631.770 ciclos de esta radiación.
LONGITUD: en 1983 se estableció un nuevo estándar atómico para el metro, utilizando la longitud de onda de la luz en el vacío (sabiendo que la velocidad de la luz en el vacío es exactamente 299´792.458 m/s).entonces la nueva definición del METRO es la distancia que recorre la luz en el vacío en 1/299´792.458 s.
MASA: el estándar de masa es el KILOGRAMO se define como la masa de un determinado cilindro de aleación de platino-iridio que se guarda en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas en Seres cerca de Paris.
Ya entendidas estas unidades de medida, longitud y tiempo es más fácil introducir medidas más grandes como el kilómetro o unidades más pequeñas como el centímetro y el gramo. En el sistema métrico estas otras unidades siempre se relacionan con las unidades fundamentales (el metro, kilogramo y segundo) por múltiplos de 10 o submúltiplos de 1/10.  

§  CANTIDADES FÍSICAS.
Son cualquier numero empleado para describir cuantitativamente un fenómeno físico. Por ejemplo dos cantidades físicas son las que describen a una persona son su peso y su altura.
El sistema de unidades empleado por los científicos e ingenieros se denomina comúnmente “sistema métrico”, pero desde 1960 su nombre oficial es SISTEMA INTERNACIONAL o SI.

§  VECTORES
Es una representación gráfica dando una cantidad y una magnitud para relacionar o combinar unidades.
Es decir es un desplazamiento, que es un cambio en la posición de un punto A a otro B, así podemos determinar una dirección e introducir medidas de tiempo, posición y situarlas en un espacio.

4. MOVIMIENTO EN UNA LÍNEA RECTA
Es el movimiento de un cuerpo cualquiera en una línea recta o en caída libre.
Un ejemplo podría ser una persona conduce su vehículo por una pista recta, para estudiar este movimiento necesitamos un sistema de coordenadas para describir la posición del coche. Elegimos el eje x que este a lo largo de la trayectoria de la recta del vehículo con un origen 0 en la línea de salida. En este punto nos darán variables como la distancia y el tiempo, donde tendremos que determinar la velocidad media a la cual se desplaza el vehículo, para esta incógnita se presenta la siguiente ecuación:

                                             velocidad media=(x2-x1)/(t2-t1 )=  Δx/Δt

Donde x es la distancia y t el tiempo.


5. MOVIMIENTO EN DOS O EN TRES DIMENSIONES
Este movimiento se da en las coordenadas  x, y, z, donde podremos describir trayectorias en de objetos en cualquier dirección, es decir podremos trazar la trayectoria de una pelota donde tendremos  tres trayectorias con determinadas distancias, tiempo y velocidades.
Estas distancias serán determinadas por vectores para su fácil comprensión y dibujadas en el plano cartesiano en tres direcciones  x, Y y Z con un origen cero 0.
En los puntos de trayectoria es más fácil calcular el vector velocidad instantánea usando los respectivos componentes durante cualquier desplazamiento en cada uno de los vectores, que esta dado por:  

              vx=  dx/dt,       vy=  dy/dt,       vz=  dz/dt      (componentes dela velocidad instantánea)

Entonces podemos deducir la trayectoria de un objeto de la siguiente forma:

                                        v ⃗= (dr/dt) ⃗  =  dx/dt i +   dy/dt j +   dz/dt k 
                                                   
Siendo  i , j y k vectores los respectivos valares, entonces la velocidad o rapidez de determinado objeto estará determinada por:

                                                          [v ⃗ ]=v= √(v_x^2  + v_y^2  + v_z^2 )  


6. LEYES DEL MOVIMIENTO DE NEWTON

§  PRIMERA LEY DE NEWTON
Esta ley dice que si la fuerza neta sobre un cuerpo es cero 0, su movimiento no cambia.
Por ejemplo supongamos que deslizamos un disco de hockey sobre una mesa horizontal, aplicándole una fuerza horizontal con la mano. Cuando se deja de empujar, el disco no sigue moviéndose indefinidamente; se frena y se para. Para que siga moviéndose, hay que seguir empujándolo (aplicarle una fuerza). Podríamos llegar a la conclusión por “sentido común” de que los cuerpos en movimiento naturalmente se detienen y que se necesita una fuerza para mantener el movimiento.
Imaginemos ahora que empujamos el disco sobre la superficie lisa de un piso recién encerado, al dejar de empujar el disco se desliza mucho más lejos antes de pararse.
Ahora coloquemos el disco en una mesa de hockey de aire, donde flota en un “cojín” de aire y llegara aún más lejos. Lo que frena el disco es la fricción, una interacción entre la superficie del disco y la superficie sobre la cual se desliza, cada superficie ejerce una fuerza de fricción sobre el piso que se opone a su movimiento; la diferencia entre los tres casos es la magnitud de la fuerza de fricción.
El piso encerado ejerce menos fricción que la mesa y el disco viaja más lejos. Las moléculas de gas de la mesa de hockey de aire son las que menos fricción ejerce. Si pudiéramos eliminar la fricción por completo, el disco nunca se frenaría y no necesitaríamos fuerza alguna para mantener el disco en movimiento, así que la idea de que se requiere una fuerza para mantener en movimiento es incorrecta.
Experimento como el que describimos demuestran que si ninguna fuerza neta actúa sobre un cuerpo, este permanece en reposo, o bien se mueve con velocidad constante en línea recta. Una vez que un cuerpo se coloca en movimiento, no se necesita fuerza neta para mantenerlo así; en otras palabras: Un cuerpo sobre el que no actúa una fuerza neta se mueve con velocidad constante (que puede ser cero) y cero aceleración.

§  SEGUNDA LEY DE NEWTON
A diferencia  de la primera ley de newton, la segunda ley relaciona la fuerza con la aceleración cuando la fuerza neta no es cero 0, es decir si se aplica a un cuerpo una combinación de fuerza el cuerpo tendrá la misma aceleración (magnitud y dirección) que si se aplicara una sola fuerza igual a la suma vectorial, por lo tanto el principio de superposición de las fuerzas también se cumple cuando la fuerza neta no es 0 y el cuerpo se está acelerando.

                                         ∑▒□(→┬F )=m□(→┬a )
  
Esta ecuación dice que si una fuerza externa neta actúa sobre un cuerpo, este se acelera. La dirección de la aceleración es la misma que la de la fuerza neta, el vector fuerza neta, es igual a la masa del cuerpo multiplicado por su aceleración.

§  TERCERA LEY DE NEWTON
Esta ley es una relación entre las fuerzas que ejercen entre si los cuerpos que interaccionan. Una fuerza que actúa sobre un cuerpo siempre es el resultado de su interacción con otro cuerpo, así que las  fuerzas vienen en pares, para esta ley se tiene una fórmula:

                                        F ⃗a sobre b =-F ⃗  b sobre a

Si el cuerpo a ejerce una fuerza sobre el cuerpo b (una “acción”), entonces b ejerce una fuerza sobre a (una “reacción”). Esta fuerza tiene la misma magnitud pero dirección opuesta, y actúa sobre diferentes cuerpos.

7. APLICACIÓN DE LAS LEYES DE NEWTON.
§  Aplicación de la primera ley de Newton: Partículas en equilibrio
Un cuerpo esta en equilibrio  si esta en reposo o se mueve con velocidad constante en un marco de referencia inercial. En situaciones de la vida cotidiana podemos encontrar este equilibrio en una lámpara colgando, una polea, una cuerda para cargar cosas pesadas o un puente colgante.
Por ejemplo una gimnasta cuelga de una cuerda con un aro en un extremo de esta, la gimnasta se cuelga del aro, la gimnasta ejerce una fuerza hacia abajo y la cuerda una fuerza opuesta igual, por la tanto la fuerza ejercida por el aro se anula o es cero.
§  Aplicación de la segunda ley de Newton: Dinámica de cuerpos.
Esta ley la podemos aplicar cuando un cuerpo esta en movimiento sobre cualquier superficie, es decir cual es la fuerza necesaria para mover un cuerpo. En situaciones de la vida cotidiana nos enfrentamos a esta, por ejemplo cuando estamos en una embarcación para hielo y nos desplazamos por una superficie de hielo, lo que necesitamos saber es que fuerza se necesita para mover dicha embarcación.

§  Aplicación de la tercera ley de Newton: inercia
Esta ley la podemos llamar “acción y reacción”.
Al patear un balón la fuerza hacia adelante que el pie ejerce sobre él lo lanza en su trayectoria, pero sentimos la fuerza que el balón ejerce sobre nuestro pie.

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