Características mecánicas actuador - dependencia METRO Con =f(ω).
Activo Las fuerzas y momentos son fuerzas y momentos creados por fuentes de energía mecánica externas al motor, independientemente del movimiento del accionamiento eléctrico. Un ejemplo es el momento creado por el peso de una carga elevada o bajada (Figura 1). El momento de resistencia es igual a
y está dirigido hacia abajo, independientemente del sentido de rotación del eje del motor. El valor de M C no depende de la velocidad Figura 2.1 del movimiento de la carga.
Reactivo Las fuerzas y momentos son las fuerzas y momentos de resistencia al movimiento que surgen como reacción al par motor activo desarrollado por el motor. Las fuerzas y momentos de reacción dependen de la velocidad y se dividen en fuerzas y momentos de fricción seca, fricción viscosa y fuerzas y momentos de tipo ventilador.
Fuerzas y momentos fricción seca(Figura 2.2) no cambian en valor absoluto, pero cambian de signo abruptamente cuando cambia el signo de la velocidad: . Son típicos de accionamientos de alimentación de máquinas, válvulas, estranguladores, etc. La figura 2.3 muestra la carga. momento de fricción viscoso, caracterizado por una dependencia lineal (o cercana a ella) del valor de la velocidad -
La dependencia del par de carga de la velocidad angular de un ventilador, bomba centrífuga o centrífuga tiene la forma que se muestra en la Figura 2.4 y se llama ventilador y se describe mediante la fórmula, donde n = 1,5...2,5.
Características mecánicas motor eléctrico - dependencia M=f(ω). Del curso "Máquinas eléctricas" sabemos que las características mecánicas de los motores eléctricos (Figura 5) pueden ser absolutamente duras (1 motor eléctrico síncrono), duras (3 - motor CC de excitación independiente y 2 - motor asíncrono en el área de trabajo ) y suave (4 - motor CC excitado en serie). La rigidez absoluta de la característica es la relación entre el incremento de par y el incremento de velocidad.
5. Llevar momentos de carga estática al eje del motor.
Hay dos momentos en el sistema: el momento desarrollado por el motor M D y el momento de carga estática M C, que incluye el momento creado por el cuerpo de trabajo del mecanismo y los momentos de fricción. Estos momentos se caracterizan por la magnitud y dirección de la acción. Si M D y M S actúan en la dirección del movimiento, se llaman conduciendo, si sus signos son opuestos al signo de la velocidad, los momentos se llaman inhibir. De acuerdo con el principio de Delambert, la acción conjunta de M D y M S determinará la magnitud y signo del momento dinámico, que determina la aceleración del sistema. Por tanto, la ecuación de movimiento del sistema en el caso general tiene la forma
.
Realicemos el análisis más simple de la ecuación (1) para el modo de funcionamiento del motor del accionamiento eléctrico, cuando
.
En M D > M C dω/dt > 0 y se produce el modo de aceleración de conducción, en M D< М С dω/dt < 0 и имеет место режим замедления привода, а при М Д = М С динамический момент и ускорение равны нулю. Первые два режима называют transicional, y el último es establecido(estacionario).
6. Llevar momentos de inercia al eje del motor.
Al calcular los momentos de carga estática, partimos de la igualdad de potencia en los circuitos real y reducido:
, Dónde 
.
, Y 
Momento total de resistencia reducido al eje del motor.
Al calcular los momentos de inercia, partimos de la igualdad de las reservas de energía cinética en los esquemas real y reducido. Durante el movimiento rotacional
Con movimiento alternativo
; 
, Dónde;.
Momento de inercia total reducido al eje del motor.
7. Características electromecánicas y mecánicas naturales de los motores CC de excitación independiente.
8. Construcción de características electromecánicas y mecánicas naturales de motores CC de excitación independiente.
9. Características electromecánicas y mecánicas artificiales de los motores de CC de excitación independiente cuando cambia la resistencia del circuito del inducido.
10. Características electromecánicas y mecánicas artificiales de motores CC de excitación independiente cuando cambia el voltaje del inducido.
11. Características electromecánicas y mecánicas artificiales de motores CC de excitación independiente cuando cambia el flujo magnético.
12. Modos de frenado de motores CC de excitación independiente. Frenado electrodinámico.
13. Modos de frenado de motores CC de excitación independiente. Frenado antiinhibición.
14. Modos de frenado de motores CC de excitación independiente. Frenado regenerativo.
Los procesos electromecánicos y electromagnéticos en NV DC (Figura 1) se describen mediante las ecuaciones de equilibrio eléctrico (Kirchhoff) de los circuitos de inducido y devanado de campo, así como la ecuación de par electromagnético:
De la solución conjunta del sistema de ecuaciones obtenemos la ecuación de la característica electromecánica ω = f(yo)
y la ecuación característica mecánica ω = f(M)
En funcionamiento de accionamiento en estado estable
, y las ecuaciones toman la forma 
Las características construidas a valores nominales de tensión y flujo y R ext = 0 se denominan natural, con U I ≠U Н, Ф≠Ф Н o R text ≠0 – artificial características electromecánicas o mecánicas. Los puntos característicos de las características electromecánicas (Figura 2) son los puntos de ralentí ideal (I=0, ω=ω 0 =U N /kФ Н), cortocircuito (I=I К =U Н /R ЯΣ, ω=0 ) y modo nominal (I I =I N, ω=ω N). Usando cualquier par de estas coordenadas, puedes construir una característica.
Usando los valores de rigidez ingresados
;
Se pueden escribir las siguientes expresiones para características electromecánicas y mecánicas:
; 
;
Los modos de funcionamiento del variador que se muestran en la Figura 2 se explican a continuación.
|
|
|
|
EN motor Modo de funcionamiento (Figura 2.9) el motor eléctrico consume energía de la red eléctrica y transmite energía mecánica al eje. en modo oposición(Figura 2.10) ED consume la energía acumulada por el mecanismo y la disipa en los elementos del motor y resistencias adicionales. en modo frenado regenerativo (generativo)(Figura 2.5) El motor eléctrico consume la energía acumulada por el mecanismo y la transmite a la red eléctrica.
Cuando R text ≠0 obtenemos artificial reóstato características electromecánicas. Un aumento en (2.4, 2.5) R IΣ conduce a una disminución en el valor de la corriente de cortocircuito (I K =U N /R IΣ) a una velocidad constante sin carga ω 0 =U N /kF N (Figura 3.1). Con un flujo magnético constante Ф=Ф Н, las características mecánicas serán similares a las eléctricas.
El flujo magnético de la máquina sólo se puede cambiar hacia una disminución. En este caso, la velocidad sin carga ω 0 =U N /kФ Н aumenta a un valor constante de la corriente de cortocircuito I K =U N /R YaΣ (Figura 3.2 - característica electromecánica en Ф - var). El momento de cortocircuito M K = kФI K en Ф - var disminuye. Las características mecánicas se muestran en la Figura 3.3.
La tensión suministrada al inducido de la máquina sólo se puede cambiar hacia abajo respecto al valor nominal. Al mismo tiempo, el régimen de ralentí se reduce en proporción a la tensión. ω 0 =U norte /kФ norte, y el valor de la corriente de cortocircuito. I A =U norte /R YoΣ(Figura 3.4 – característica electromecánica en U-var). par de la máquina M=kФI en Ф-constante es proporcional a la corriente de armadura y la característica mecánica tiene una forma similar.
De acuerdo con los modos de funcionamiento del accionamiento eléctrico considerados, cabe destacar lo siguiente: métodos de frenado DPT NV:
a) frenado regenerativo (con energía liberada a la red)
La dirección de acción del par electromagnético de una máquina eléctrica está determinada por la dirección de la corriente del inducido y el flujo magnético del DPT (1.1 en la conferencia No. 1). De acuerdo con 1.1, corriente de armadura
,
y su signo depende de la relación entre la FEM del inducido y la tensión de alimentación. En
el par es positivo y la máquina funciona en modo motor. Cuando está inactivo y la máquina prima funciona en modo generador (modo de recuperación de energía a la red). Para garantizar el frenado regenerativo, es necesario que la velocidad de rotación del eje ω sea mayor que la velocidad de ralentí para un circuito de conmutación y parámetros de potencia del motor determinados. La Figura 3.5 muestra las características mecánicas del mecanismo de elevación DPT NV funcionando en modo de frenado regenerativo;
b) Frenado electrodinámico
La Figura 3.6 muestra un diagrama del frenado electrodinámico del NV DPT. La armadura del motor se desconecta de la red y se pone en cortocircuito con una resistencia de frenado adicional R T, el devanado de campo se conecta a la fuente de alimentación. En este caso, la corriente de armadura cambia de signo al contrario 
.
Al interactuar con el flujo de excitación, la corriente del inducido forma un par dirigido contra la velocidad de rotación del inducido del motor. Las ecuaciones de características electromecánicas y mecánicas toman la forma
; 
.
La característica mecánica en modo de frenado dinámico (Figura 3.7) pasa por el origen de coordenadas. A medida que disminuye la velocidad, el par de frenado disminuye, y en los casos en que es necesario aumentar su valor a velocidades reducidas, se recurre a un frenado de dos o incluso tres etapas, reduciendo la resistencia de la cadena del inducido del motor en pasos a medida que aumenta la velocidad. disminuye;
C) contrafrenado
En el modo de contraconmutación, el signo del régimen del motor cambia manteniendo el signo del par, o el signo del par motor manteniendo el signo del régimen. El primer caso ocurre cuando se expone a un par activo de una carga estática que excede el momento de cortocircuito en una característica determinada (Figuras 3.7, 3.8).
Como resultado de cambiar el signo de la velocidad, la FEM del motor coincidirá con el voltaje aplicado y la corriente en el inducido se determinará como
Este modo se utiliza en instalaciones de elevación para bajar cargas a bajas velocidades (“descenso de potencia”).
El modo de retroceso se usa con mayor frecuencia para detener o cambiar la dirección de rotación del motor cambiando la polaridad del voltaje suministrado a la armadura (Figuras 3.9, 3.10). En este caso, la corriente del inducido cambiará de dirección al sentido contrario, y en consecuencia cambiará el signo del par del motor, que se dirigirá, hasta que el motor se detenga, en el sentido opuesto a la velocidad:
Potencial de descanso y acción.
Teoría del ion de membrana del origen del potencial de acción y de reposo.
Excitación local y difusa.
Leyes de la irritación.
Métodos para evaluar la excitabilidad tisular: umbral de irritación, tiempo útil, cronaxia, labilidad.
Fisiología general de los tejidos excitables.
Las neuronas, las células musculares y glandulares pertenecen a tejidos excitables y tienen las siguientes propiedades generales: irritabilidad, excitabilidad, conductividad y labilidad.
Irritabilidad y excitabilidad.
Las neuronas, las células musculares y glandulares pertenecen a tejidos excitables y tienen las siguientes propiedades generales:
Irritabilidad.
El cuerpo humano tiene una capacidad pronunciada para adaptarse a las condiciones ambientales en constante cambio. La base de las reacciones adaptativas del cuerpo es la propiedad universal del tejido vivo: la irritabilidad, la capacidad de responder a la acción de factores irritantes cambiando sus propiedades estructurales y funcionales. Todos los tejidos de los organismos animales y vegetales son irritables.
Los irritantes son factores físicos, químicos o energéticos del ambiente interno del cuerpo o que actúan sobre el cuerpo desde el ambiente externo. Después de la acción del estímulo, cambian las propiedades de la membrana (potencial eléctrico, permeabilidad, actividad del transportador, propiedades de los canales iónicos), el metabolismo y otros procesos intracelulares. La irritación de las células del tejido conectivo puede ir acompañada de transformación, proliferación, reproducción, quimiotaxis y fagocitosis.
2.Excitabilidad– la capacidad del tejido excitable para llevar a cabo una respuesta específica a un estímulo. Consiste en un cambio en el nivel del potencial de membrana (con mayor frecuencia despolarización y generación de un potencial de acción) y en manifestaciones funcionales específicas características de un tejido determinado: contracción muscular, conducción de excitación a lo largo de un nervio, secreción de una secreción por un glandular. celúla. La excitabilidad se evalúa mediante un umbral: el estímulo de fuerza mínima que provoca una respuesta visible. Los estímulos que son más fuertes en magnitud están por encima del umbral y los más débiles, por debajo del umbral.
3. Conductividad- la capacidad de un cambio local en las propiedades de la membrana que ocurre en el área de acción del estímulo para extenderse a lo largo de la membrana, hasta la excitación que cubre toda la membrana de la célula.
4. Labilidad- la capacidad de un tejido para responder a un determinado número de estímulos por unidad de tiempo. Es una medida del rango funcional del tejido, una medida de la movilidad funcional, permite medir y comparar cuantitativamente la funcionalidad de los tejidos y sus cambios bajo ciertas influencias. Por ejemplo, la labilidad de una neurona es mayor que la labilidad de un músculo, la labilidad de un músculo cansado es menor que su labilidad antes de realizar el trabajo.
Fenómenos bioeléctricos en los tejidos.
La investigación de los fenómenos eléctricos en los sistemas biológicos fue iniciada por el físico italiano Galvani en el siglo XVIII, quien demostró la existencia de electricidad "animal" utilizando una muestra neuromuscular de una anca de rana. Los datos fundamentales los obtuvieron Hodgkin, Huxley y Katz en los años 40 y 50 del siglo actual mediante el uso de un microelectrodo intracelular.
Comprensión general de la estructura y función de los canales iónicos.
Dependiente e independiente del voltaje (químicamente
Canales gestionados
Los canales iónicos son formaciones especiales en la membrana celular, que son proteínas oligoméricas (que constan de varias subunidades). La formación central del canal es una molécula de proteína que penetra en la membrana de tal manera que en su centro hidrofílico se forma un canal-poro, a través del cual pueden penetrar compuestos cuyo diámetro no exceda el diámetro del poro (generalmente iones). la célula. Hay varias secciones en el canal iónico:
1) puertas de activación e inactivación: secciones especiales de la proteína que, al cambiar su configuración, transfieren el canal de un estado abierto a uno cerrado;
2) filtro de iones: el lugar de unión con iones por el que pasa un canal determinado, y el canal se caracteriza por su selectividad (la capacidad de pasar solo un tipo de ion);
3) receptores: secciones de proteína con las que el canal se une a diversas moléculas reguladoras;
4) sitio de modificación: una parte especial de la proteína que con mayor frecuencia sufre una reacción de fosforilación-desfosforilación, que cambia la capacidad del canal.
Alrededor de la subunidad principal del canal hay un sistema de varias subunidades que forman sitios de interacción con proteínas reguladoras de membrana, diversos mediadores y sustancias farmacológicamente activas.
Clasificación de canales iónicos según sus funciones:
1) Según la cantidad de iones a los que el canal es permeable, los canales se dividen en selectivos (permeables a un solo tipo de ion) y no selectivos (permeables a varios tipos de iones);
2) por la naturaleza de los iones que pasan por los canales Na +, Ca ++, Cl -, K +;
3) según el método de regulación, se dividen en dependientes del voltaje e independientes del voltaje. Los canales dependientes de voltaje responden a cambios en el potencial de la membrana celular y, cuando el potencial alcanza un cierto valor, el canal entra en un estado activo y comienza a pasar iones a lo largo de su gradiente de concentración. Por lo tanto, los canales rápidos de sodio y calcio dependen del voltaje, su activación se produce cuando el potencial de membrana disminuye a 50-60 mV, mientras que la corriente de iones Na + y Ca ++ en la célula provoca una caída del potencial y la generación de AP. Los canales de potasio dependientes de voltaje se activan durante el desarrollo de AP y, al proporcionar un flujo de iones K + desde la célula, provocan la repolarización de la membrana.
Los canales independientes del voltaje (quimioactivados) no responden a cambios en el potencial de membrana, sino a la interacción de los receptores con los que están interconectados y sus ligandos. Por lo tanto, los canales de Cl - están asociados con los receptores GABA y cuando estos receptores interactúan con el ácido g-aminobutírico, se activan y proporcionan un flujo de iones de cloro hacia la célula, provocando su hiperpolarización y disminución de la excitabilidad.
4. Descanso y potencial de acción. 5. Teoría del ion membrana del origen del potencial de reposo y de acción. 6. Excitación local y difusa.
Se ha establecido que la membrana de cualquier célula viva está polarizada, la superficie interior es electronegativa con respecto a la exterior. El potencial de membrana es - (menos) 70 - (90) mV. Cuando se excita, el valor del potencial de reposo inicial disminuye con la recarga de la membrana. La formación y mantenimiento del potencial de reposo se debe al movimiento continuo de iones a través de los canales iónicos de la membrana, a la diferencia constantemente existente en las concentraciones de cationes en ambos lados de la membrana y al funcionamiento continuo de la bomba de sodio-potasio. . Debido a la constante eliminación de iones de sodio de la célula y la transferencia activa de iones de potasio al interior de la célula, se mantienen la diferencia en las concentraciones de iones y la polarización de la membrana. La concentración de ion potasio en la célula excede la concentración extracelular entre 30 y 40 veces, la concentración extracelular de sodio es aproximadamente un orden de magnitud mayor que la intracelular. La electronegatividad de la superficie interna de la membrana se debe a la presencia en la célula de un exceso de aniones de compuestos orgánicos. el valor absoluto del potencial de reposo (potencial de membrana, potencial transmembrana, potencial de potasio de equilibrio) está determinado principalmente por la relación; de concentraciones intra y extracelulares de iones potasio y se describe satisfactoriamente mediante la ecuación Nernsta:
La teoría moderna también tiene en cuenta:
1) la diferencia en las concentraciones de iones de sodio, cloro y calcio;
2) permeabilidad (P) de la membrana para cada ion en el momento actual.
La presencia de un potencial de reposo permite que una célula pase de un estado de reposo funcional a un estado de excitación casi instantáneamente después de la acción de un estímulo.
La aparición de un potencial de acción (despolarización)
El potencial de acción (PA) se desarrolla en presencia de polarización inicial de la membrana (potencial de reposo) debido a cambios en la permeabilidad de los canales iónicos (sodio y potasio). Después de la acción de un estímulo, el potencial de reposo disminuye, la activación de los canales aumenta su permeabilidad a los iones. sodio, que ingresa a la célula y asegura el proceso de despolarización. La entrada de iones de sodio a la célula reduce la electronegatividad de la superficie interna de la membrana, lo que promueve la activación de nuevos canales de iones de sodio y una mayor entrada de iones de sodio a la célula. Fuerzas en acción:
a) atracción electrostática de grupos aniónicos intracelulares;
b) gradiente de concentración de iones de sodio dirigidos al interior de la célula.
El pico del potencial de acción se debe al equilibrio entre la entrada de iones de sodio en la célula y su eliminación igual bajo la influencia de fuerzas repulsivas de iones con carga similar.
Repolarización
Después de la inactivación (cierre) de los canales de sodio, la entrada de iones de sodio a la célula se vuelve mínima. Liberación de iones de la célula. potasio Restaura la electronegatividad de la superficie interna de la membrana. Posteriormente, la bomba de sodio/potasio de la membrana elimina el sodio que entró en la célula durante la despolarización y restablece la concentración inicial de potasio que salió de la célula durante la repolarización.
Cambios de potencial pasivos y activos.
Los cambios en el potencial de membrana de las membranas de las células nerviosas y musculares que se producen cuando una corriente eléctrica pasa a través de la membrana se dividen convencionalmente en pasivos (electrotónicos) y activos. Los cambios de potencial electrotónico dependen de la capacitancia eléctrica y la resistencia eléctrica de la propia membrana. Las respuestas activas de la membrana (respuestas locales y potenciales de acción) son causadas por reordenamientos moleculares de la membrana, que se desarrollan después de la acción de un estímulo eléctrico y conducen a cambios en la permeabilidad de los canales para los iones de sodio.
Electrotón (cambio de potencial electrotónico, cambios de potencial pasivo) conectado Con efectos sobre las membranas de irritantes que cambian el potencial de reposo, pero no afectan la permeabilidad iónica de los canales. Los potenciales electrotónicos son capaces de cambiar el valor del potencial umbral y, en consecuencia, aumentar o disminuir la excitabilidad de la membrana. Tras el cese del estímulo, el potencial de membrana vuelve a su estado original. Los cambios en el potencial de reposo bajo la influencia de la corriente continua se denominan electrotones [ anelectrotón en la zona del ánodo; catelectrotón- en la zona del cátodo]. Los cambios electrotónicos pasivos en el potencial de membrana causados por una corriente despolarizante, cuando su fuerza se acerca al umbral, generan una reacción eléctrica activa por debajo del umbral: una respuesta local. La respuesta local activa se resume en el potencial electrotónico y se detecta claramente cuando la fibra nerviosa es estimulada por una serie de pulsos de corriente cortos. La respuesta local tiene una amplitud mayor en comparación con el potencial electrotónico. Las propiedades de la respuesta local difieren del potencial electrotónico. Mientras que la amplitud del potencial electrotónico es directamente proporcional a la fuerza de la corriente, la respuesta local depende de forma no lineal de la fuerza del estímulo y aumenta a lo largo de una curva en forma de S, y continúa aumentando durante algún tiempo después del final del estímulo que lo causó. La excitabilidad de la fibra aumenta con una respuesta local. En varias propiedades, la respuesta local se aproxima a un potencial de acción. Capaz de desarrollarse de forma independiente: primero aumentar y luego disminuir una vez finalizado el estímulo que lo provocó. Sin embargo, la respuesta local difiere del potencial de acción en que:
1) no tiene un umbral claro de ocurrencia,
2) no se acompaña de refractariedad absoluta, la excitabilidad durante la respuesta local suele aumentar,
3) capaz de sumarse cuando se aplica un segundo estímulo subumbral en el contexto de la respuesta del estímulo anterior,
4) no obedece la regla del “todo o nada”.
En comparación con el potencial electrotónico, los cambios de potencial activo (respuesta local y potencial de acción) se caracterizan por un aumento de la permeabilidad de los canales iónicos de la membrana y tienen una mayor amplitud. Con una respuesta local (local), la amplitud es proporcional a la fuerza del estímulo, el valor absoluto de su desviación del potencial de reposo es de 10 a 15 mV. La diferencia entre el potencial de membrana en reposo y el nivel crítico de despolarización (CLD) se llama potencial umbral (umbral de despolarización). Un cambio en el potencial umbral (la diferencia entre el potencial de reposo - 70 mV y el nivel crítico de despolarización, igual a aproximadamente - 50 mV) en más del 50 - 75% de su valor se acompaña de la aparición de un potencial de acción. El nivel crítico de despolarización es la cantidad de despolarización de la membrana en la que se desarrolla un potencial de acción como resultado de la activación de los canales iónicos de sodio. Medido cuantitativamente por la magnitud absoluta de la despolarización (en mV) en la que la respuesta local se convierte en un potencial de acción (por ejemplo, -50 mV a un potencial de reposo de -70 mV). Ésta es la cantidad en la que debe cambiar el potencial de reposo para que se produzca un potencial de acción. El valor del potencial umbral puede caracterizar la excitabilidad de la célula. Con una exposición prolongada a corriente continua despolarizante, los canales de sodio se inactivan y los canales de potasio se activan y aumenta el nivel crítico de despolarización. La diferencia entre el potencial de reposo y KUD aumenta, el umbral aumenta y, por tanto, la excitabilidad disminuye. Los estudios con microelectrodos muestran que con una exposición prolongada a una corriente irritante, junto con un aumento de CUD, la intensidad del aumento y la amplitud del potencial de acción disminuyen. Esta disminución en la excitabilidad de la fibra nerviosa durante una despolarización fuerte y prolongada se llama depresión catódica (Verigo- por el nombre del investigador que describió este fenómeno).
La excitabilidad de la membrana varía según la fase del potencial de acción. La excitabilidad se mide por la capacidad de responder a estímulos de prueba de diferente intensidad. Con una respuesta local, la excitabilidad aumenta (la membrana se despolariza, el potencial umbral disminuye, acercándose al nivel crítico de despolarización (CLD)). Por lo tanto, se requiere menos fuerza del estímulo para producir un potencial de acción. Durante el pico del potencial de acción, la membrana pierde completamente la excitabilidad. período refractario absoluto. La razón de esto es la completa inactivación de los canales de sodio y un aumento de la conductividad del potasio. La repolarización de la membrana conduce a la reactivación de los canales de sodio y una disminución de la conductancia del potasio. este es el periodo refractariedad relativa, durante esta fase aumenta la excitabilidad. En presencia de trazas de despolarización (potencial de trazas negativo), la excitabilidad aumenta (período supernormal). La hiperpolarización de trazas (potencial de trazas positivo) se acompaña de una disminución de la excitabilidad, un período anormal.
©2015-2019 sitio
Todos los derechos pertenecen a sus autores. Este sitio no reclama autoría, pero proporciona uso gratuito.
Fecha de creación de la página: 2016-08-20
Acordemos llamar libre a un cuerpo si sus movimientos no están limitados por nada. Un cuerpo cuyos movimientos están limitados por otros cuerpos se llama no libre, y los cuerpos que limitan los movimientos de un cuerpo determinado se llaman conexiones. Como ya se mencionó, en los puntos de contacto surgen fuerzas de interacción entre el cuerpo dado y las conexiones. Las fuerzas con las que actúan los enlaces sobre un cuerpo determinado se denominan reacciones de enlaces.
Las fuerzas que no dependen de las conexiones se denominan fuerzas activas (dadas) y las reacciones de las conexiones se denominan fuerzas pasivas.
En mecánica, se acepta la siguiente posición, a veces llamada principio de liberación: cualquier cuerpo no libre puede considerarse libre si las acciones de los enlaces son reemplazadas por reacciones aplicadas al cuerpo dado.
En estática, las reacciones de los enlaces se pueden determinar completamente utilizando las condiciones o ecuaciones de equilibrio del cuerpo, que se establecerán más adelante, pero sus direcciones en muchos casos se pueden determinar considerando las propiedades de los enlaces:
Principales tipos de conexiones:
1. Si un cuerpo sólido descansa sobre una superficie idealmente lisa (sin espinas), entonces el punto de contacto del cuerpo con la superficie puede deslizarse libremente a lo largo de la superficie, pero no puede moverse en la dirección normal a la superficie. La reacción de una superficie idealmente lisa se dirige a lo largo de la normal común a las superficies de contacto.
Si el cuerpo tiene una superficie lisa y descansa sobre una punta, entonces la reacción se dirige normal a la superficie del cuerpo mismo.
2. Junta esférica.
3. 
Una bisagra cilíndrica es un soporte fijo. La reacción de dicho soporte pasa a través de su eje y la dirección de la reacción puede ser cualquiera (en un plano paralelo al eje del soporte).
4. Soporte cilíndrico articulado y móvil.
PRINCIPALES TAREAS DE LA ESTÁTICA.
1. El problema de crear un sistema de fuerzas: ¿cómo se puede sustituir este sistema por otro equivalente, en particular el más simple?
2. Problema de equilibrio: ¿qué condiciones debe cumplir un sistema de fuerzas aplicadas a un cuerpo determinado para que sea un sistema en equilibrio?
La primera tarea principal es importante no sólo en estática sino también en dinámica. El segundo problema se plantea a menudo en los casos en que se sabe que existe equilibrio. En este caso, las condiciones de equilibrio establecen una relación entre todas las fuerzas aplicadas al cuerpo. En muchos casos, utilizando estas condiciones, es posible determinar las reacciones en los soportes. Aunque el ámbito de interés de la estática de cuerpos sólidos no se limita a esto, hay que tener en cuenta que la determinación de las reacciones de enlace (externas e internas) es necesaria para el posterior cálculo de la resistencia de las estructuras.
Por la fuerza se llama medida de la interacción mecánica de los cuerpos materiales.
Fuerza F- Se determina la cantidad vectorial y su efecto en el organismo:
- módulo o valor numérico fuerzas (F);
- dirección fuerza (ortom mi);
- punto de aplicación fuerzas (punto A).
La línea recta AB a lo largo de la cual se dirige la fuerza se llama línea de acción de la fuerza.
La fuerza se puede establecer:
- geométricamente, es decir, como un vector con un módulo F conocido y una dirección conocida determinada por el vector unitario mi ;
- analíticamente, es decir, sus proyecciones F x, F y, F z sobre los ejes del sistema de coordenadas seleccionado Oxyz.
El punto de aplicación de fuerza A debe especificarse mediante sus coordenadas x, y, z.
Las proyecciones de fuerza están relacionadas con su módulo y cosenos de dirección(cosenos de los ángulos , , , que forma la fuerza con los ejes coordenados Ox, Oy, Oz) con las siguientes relaciones:
F=(F x 2 +F y 2 +F x 2) ; e x =cos =F x /F; e y =cos =F y /F; e z =cos =F z /F;
Fortaleza F, que actúa sobre un cuerpo absolutamente rígido, se puede considerar aplicado a cualquier punto de la línea de acción de la fuerza (dicho vector se llama corredizo). Si una fuerza actúa sobre un cuerpo sólido deformable, entonces su punto de aplicación no se puede transferir, ya que con tal transferencia las fuerzas internas en el cuerpo cambian (este vector se llama adjunto).
La unidad de fuerza del SI es newton (norte); También se utiliza una unidad mayor de 1kN=1000N.
Los cuerpos materiales pueden actuar entre sí mediante contacto directo o a distancia. Dependiendo de esto, las fuerzas se pueden dividir en dos categorías:
- superficial fuerzas aplicadas a la superficie del cuerpo (por ejemplo, fuerzas de presión sobre el cuerpo provenientes del medio ambiente);
- volumétrico (masa) Fuerzas aplicadas a una parte determinada del volumen del cuerpo (por ejemplo, fuerzas gravitacionales).
Las fuerzas superficiales y volumétricas se llaman repartido efectivo. En algunos casos, las fuerzas pueden considerarse distribuidas a lo largo de una curva determinada (por ejemplo, las fuerzas del peso de una varilla delgada). Las fuerzas distribuidas se caracterizan por su intensidad (densidad), es decir, la cantidad total de fuerza por unidad de longitud, área o volumen. La intensidad puede ser constante ( Distribuidos equitativamente fuerza) o valor variable.
Si se pueden descuidar las pequeñas dimensiones del área de acción de las fuerzas distribuidas, entonces consideramos concentrado fuerza aplicada a un cuerpo en un punto (un concepto condicional, ya que es prácticamente imposible aplicar fuerza a un punto del cuerpo).
Las fuerzas aplicadas al cuerpo considerado se pueden dividir en externo e interno. Las externas son las fuerzas que actúan sobre este cuerpo desde otros cuerpos, y las internas son las fuerzas con las que las partes de este cuerpo interactúan entre sí.
Si el movimiento de un cuerpo determinado en el espacio está limitado por otros cuerpos, entonces se llama no libre. Los cuerpos que limitan el movimiento de un cuerpo determinado se llaman conexiones.
Axioma de conexiones: Las conexiones pueden descartarse mentalmente y el cuerpo considerarse libre si la acción de las conexiones sobre el cuerpo se reemplaza por las fuerzas correspondientes, que se denominan reacciones de conexiones.
Las reacciones de enlace son de naturaleza diferente de todas las demás fuerzas aplicadas al cuerpo que no son reacciones, que generalmente se denominan activo efectivo. Esta diferencia es que la reacción del enlace no está completamente determinada por el enlace mismo. Su magnitud, y a veces su dirección, dependen de las fuerzas activas que actúan sobre un cuerpo determinado, que normalmente se conocen de antemano y no dependen de otras fuerzas aplicadas al cuerpo. Además, las fuerzas activas que actúan sobre un cuerpo en reposo pueden impartirle tal o cual movimiento; Las reacciones de enlace no tienen esta propiedad, por lo que también se denominan pasivo efectivo.
4. Método de Secciones. Factores de potencia internos.
Para determinar y posteriormente calcular fuerzas adicionales en cualquier sección de una viga utilizamos el método de las secciones. La esencia del método de la sección es que la viga se corta mentalmente en dos partes y se considera el equilibrio de cualquiera de ellas, bajo la influencia de todas las fuerzas externas e internas aplicadas a esta parte. Al ser fuerzas internas para todo el cuerpo, desempeñan el papel de fuerzas externas para la parte seleccionada.
Deje que el cuerpo esté en equilibrio bajo la influencia de fuerzas: (Figura 5.1, a). Vamos a cortarlo con un avión. S y descarte el lado derecho (Figura 5.1, b). La ley de distribución de fuerzas internas sobre una sección transversal es, en general, desconocida. Para encontrarlo en cada situación concreta, es necesario saber cómo se deforma el cuerpo en cuestión bajo la influencia de fuerzas externas.
Por tanto, el método de la sección permite determinar sólo la suma de las fuerzas internas. Basándonos en la hipótesis de una estructura continua del material, podemos suponer que las fuerzas internas en todos los puntos de una sección particular representan una carga distribuida.
Reduzcamos el sistema de fuerzas internas en el centro de gravedad al vector principal y al momento principal (Figura 5.1, c). Habiendo proyectado y en el eje de coordenadas, obtenemos una imagen general del estado tensión-deformación de la sección de viga considerada (Figura 5.1, d).
5. Tensión axial - compresión.
Bajo estiramiento (compresión) Comprenda este tipo de carga en la que solo surgen fuerzas longitudinales en las secciones transversales de la varilla, y otros factores de fuerza son iguales a cero.
fuerza longitudinal– fuerza interna igual a la suma de las proyecciones de todas las fuerzas externas, tomado de un lado de la sección, al eje de la varilla. Aceptemos lo siguiente regla de signos para la fuerza longitudinal : la fuerza longitudinal de tracción es positiva, la fuerza de compresión es negativa
Todas las fuerzas que actúan sobre un sistema mecánico se pueden dividir en fuerzas activas y fuerzas de reacción (tenga en cuenta que esta división se puede atribuir tanto a fuerzas externas como internas).
Las fuerzas activas incluyen fuerzas de masa, como las fuerzas gravitacionales y de superficie. Las fuerzas superficiales surgen del contacto directo de los cuerpos y se dividen en concentradas y distribuidas. Sobre un área muy pequeña de la superficie de un cuerpo, en el límite de un punto de esta superficie, actúan fuerzas concentradas, por ejemplo, la fuerza con la que una locomotora de vapor tira de un vagón. Se aplica una fuerza distribuida a una colección continua de puntos de superficie. Una fuerza de este tipo es, por ejemplo, la fuerza que ejerce el viento sobre la pared de un edificio. Las fuerzas de reacción de enlace surgen del hecho de que se imponen enlaces al sistema. Las restricciones, como se analiza en cinemática, imponen restricciones sobre la posición del sistema, su velocidad y aceleración. Pero la razón por la que cambia la velocidad de un cuerpo es una fuerza. En consecuencia, la acción de la conexión puede ser reemplazada por alguna fuerza, que se llama fuerza de reacción. Por ejemplo, para evitar que la bola caiga bajo la influencia de la gravedad que se le aplica, basta con colocarla sobre la mesa. En consecuencia, la acción de la mesa sobre la pelota puede ser reemplazada por alguna fuerza que equilibre su peso. Esta será la fuerza de reacción. Un rasgo característico de las fuerzas de reacción de enlace es que las magnitudes de estas fuerzas dependen de la magnitud y dirección de las fuerzas activas que actúan sobre el sistema, así como del movimiento del sistema. Por ejemplo, la magnitud de la fuerza de reacción de la mesa sobre la que reposa la pelota está determinada por el peso de la pelota o la magnitud de la fuerza activa.
Las fuerzas de reacción de enlace a menudo se denominan fuerzas pasivas.
Ejemplos de conexiones
Entonces, la magnitud de la fuerza de reacción depende de las fuerzas activas que actúan sobre el cuerpo. Pero la dirección y el punto de aplicación de la fuerza de reacción en algunos casos dependen sólo de la naturaleza de la conexión y podemos decir algo sobre ellos sin saber cuáles son las fuerzas activas que actúan sobre el sistema. A continuación, consideraremos ejemplos típicos de conexiones que se encuentran en la tecnología y que nos permiten juzgar el punto de aplicación o la dirección de la fuerza de reacción.
1. Junta esférica. La fijación del cuerpo con una bisagra esférica proporciona libertad de rotación del cuerpo alrededor del centro del shariir (Fig. 76). El posible movimiento de tal cuerpo es su rotación alrededor de un punto fijo. La fuerza de reacción en este caso siempre pasa por el centro de la bisagra, pero su dirección puede ser diferente dependiendo de la acción de las fuerzas activas y la naturaleza del movimiento.
2. Bisagra cilíndrica. Una bisagra cilíndrica es un tipo de sujeción de un cuerpo cuando puede girar y deslizarse a lo largo de una determinada varilla (Fig. 77). En consecuencia, la conexión evita que el cuerpo se mueva en una dirección perpendicular al eje de la bisagra y la fuerza de reacción se dirigirá en esta dirección.
3. Fijación del cuerpo con hilo. Deja que el cuerpo quede suspendido de un hilo. La propiedad de un hilo de resistir únicamente fuerzas de tracción indica que la reacción del hilo se dirige a lo largo de él (Fig. 78), en dirección opuesta a la dirección de su estiramiento.
Si, en lugar de una rosca, se utiliza una varilla rígida e ingrávida, conectada de forma articulada a un punto fijo, la reacción también se dirigirá a lo largo de la varilla en una dirección que depende de las fuerzas activas aplicadas.
4. Superficie absolutamente lisa. Dejemos que el cuerpo esté en equilibrio y que una superficie absolutamente lisa sirva como conexión (Fig. 79). Esto significa que la conexión impide que el cuerpo se mueva sólo en la dirección normal a la superficie. Por lo tanto, la reacción de tal conexión siempre se dirige a lo largo de la normal a la superficie en el punto de contacto del cuerpo con ella.
Fricción de deslizamiento
En la naturaleza no existen superficies absolutamente lisas. Estas superficies representan una abstracción. Las superficies completamente lisas son superficies muy pulidas y superficies recubiertas con lubricante. Cuando se realiza la conexión
en el cuerpo, se realiza utilizando una superficie real, entonces la reacción de esta superficie tendrá una componente ubicada en el plano tangente a la superficie en el punto de contacto del cuerpo con la superficie. Este componente de la reacción es causado por la fricción y se llama fuerza de fricción por deslizamiento.
La magnitud de la fuerza de fricción depende del material del cuerpo y de la superficie. Si el cuerpo está en equilibrio, entonces la fuerza de fricción se llama fricción estática, que nos limitaremos a considerar.
El mecanismo de fricción aún no está suficientemente claro y su estudio se basa en leyes experimentales. Por tanto, la fricción es un objeto de estudio en una disciplina de la mecánica aplicada y, estrictamente hablando, no pertenece a la mecánica teórica, que se basa únicamente en los axiomas básicos previamente formulados.
La inclusión de cuestiones básicas en el estudio de la fricción en el curso de la mecánica teórica se explica por el hecho de que en la resolución de muchos problemas prácticos la fuerza de fricción juega un papel tan importante que no puede descuidarse.
Dejemos que un cuerpo repose sobre una superficie rugosa, presionado contra él por una fuerza dirigida normal a la superficie (figura 80). El cuerpo estará en equilibrio, ya que la fuerza se equilibra con la reacción de la superficie. Ahora aplicamos al cuerpo una fuerza ubicada en el plano tangente a la superficie en el punto O de contacto del cuerpo con la superficie. Si es pequeño, entonces el cuerpo permanecerá en reposo. Esto significa que la fuerza está equilibrada por una determinada fuerza T, que también se encuentra en el plano tangente y está dirigida en dirección opuesta a la fuerza F; T es la fuerza de fricción. Si aumentas un poco la fuerza, el cuerpo seguirá estando en equilibrio. En consecuencia, la fuerza T depende de la magnitud de la fuerza activa aplicada que tiende a hacer que el cuerpo se mueva a lo largo de la superficie. En la fuerza T también es cero. Por lo tanto, la fuerza de fricción es similar a una reacción de enlace y debe clasificarse como fuerza pasiva. Sin embargo, existe una diferencia significativa entre la reacción de enlace y la fuerza de fricción. La fuerza de fricción será igual a la fuerza y aumentará con el crecimiento solo hasta cierto punto. Tan pronto como la magnitud de la fuerza supere un cierto valor de Tmako, el cuerpo comenzará a moverse. El valor de Tmax representa el valor máximo de la fuerza de fricción estática, y para ello se han formulado tres leyes experimentales que son las siguientes:
1. La fuerza de fricción actúa en el plano tangente a la superficie de contacto de los cuerpos. Su valor máximo es proporcional a la magnitud de la reacción normal.
donde se llama coeficiente de fricción por deslizamiento.
2. Para una determinada fuerza de fricción no depende del tamaño de las superficies de fricción.
3. El coeficiente de fricción depende del material de los cuerpos que se frotan, del grado de precisión de su procesamiento y del estado físico de las superficies que se frotan (humedad, temperatura, etc.). Estas leyes se refieren a la llamada fricción seca, cuando las superficies de los cuerpos no están lubricadas.
