Salta al contingut
Classes de reforç

Exercicis d'estructures — Tecnologia i Digitalització 1r ESO

Una estructura és allò que aguanta un objecte o un edifici, i en aquests exercicis n'analitzes el funcionament. Primer expliques les condicions que ha de complir (ser resistent, estable i rígida) i decideixes si l'esquelet humà o una cadira són estructures. Després identifiques pilars, bigues i tirants i els esforços que suporten: tracció, compressió i flexió. Hi ha un exercici clàssic sobre un marc quadrat que es deforma i com triangular-lo per fer-lo rígid. Els errors típics són confondre la tracció amb la compressió i creure que un quadrat de barres és tan rígid com un triangle.

Nivell bàsic

Exercici 1

Enumera i explica breument les tres condicions que ha de complir una estructura.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 1
  1. Resistència: no trencar-se sota les càrregues. 2) Rigidesa: no deformar-se (torçar-se o vinclar-se) més del compte. 3) Estabilitat: no bolcar ni caure.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 2

Quin esforç pateix una clau quan la gires dins del pany? I el paper quan el talles amb unes tisores? Defineix cada un d'aquests dos esforços.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 2

La clau pateix torsió: una força la torça al voltant del seu eix.
El paper que talles amb unes tisores pateix cisallament: dues forces properes i de sentit contrari tendeixen a tallar-lo pel mig.
La tracció, la compressió i la flexió són els altres esforços bàsics.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 3

Classifica com a estructures naturals o artificials: una teranyina, un pont, un niu d'ocell, un gratacels, l'esquelet d'un peix i una bicicleta.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 3

Naturals: la teranyina, el niu d'ocell i l'esquelet del peix (no les ha fabricat l'ésser humà, tot i que animals les construeixin).
Artificials: el pont, el gratacels i la bicicleta (dissenyades i construïdes per les persones).
Les estructures naturals també solen ser molt eficients amb poc material.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 4

Relaciona cada tipus d'estructura amb un exemple: massiva, entramada, abovedada, penjada i laminar. Exemples: pont penjant, piràmide, torre elèctrica, aqüeducte romà amb arcs i closca d'ou.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 4

Massiva: piràmide (molt material en un bloc).
Entramada: torre elèctrica (barres unides formant triangles).
Abovedada: aqüeducte amb arcs.
Penjada: pont penjant (cables que aguanten el tauler).
Laminar: closca d'ou (làmina fina i resistent).

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 5

Què és la càrrega d'una estructura? Distingeix entre càrrega fixa i càrrega variable amb un exemple d'un edifici.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 5

La càrrega és el conjunt de forces que ha d'aguantar l'estructura.
Fixa (o permanent): sempre hi és, com el pes de l'estructura mateixa o dels murs.
Variable: canvia amb el temps, com les persones i els mobles que hi entren i surten, la neu o el vent.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 6

Quina funció tenen els fonaments d'un edifici? Per què són més amples que els pilars?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 6

Els fonaments recolzen l'edifici sobre el terreny i hi reparteixen el pes.
Són més amples perquè, repartint la força sobre una superfície més gran, el terreny no s'enfonsa.
També donen estabilitat, perquè fixen l'edifici al sòl.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 7

Una taula de 24 kg té 4 potes iguals. Si hi poses a sobre una càrrega de 8 kg repartida uniformement, quina càrrega suporta cada pota?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 7

Pes total que s'aguanta: 24 + 8 = 32 kg.
Cada pota: 324=8\tfrac{32}{4} = 8 kg.
Comprovació: 4 potes · 8 kg = 32 kg.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 8

Posa dos exemples d'estructures naturals i digues què sostenen o protegeixen.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 8

Per exemple: l'esquelet dels vertebrats sosté el cos i protegeix els òrgans (el crani protegeix el cervell); la closca d'una tortuga protegeix l'animal; el tronc d'un arbre sosté les branques i les fulles.
Qualssevol dos exemples raonats són vàlids.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 9

Defineix arc i volta, i explica per a què serveixen en una construcció.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 9

Un arc és un element corbat que cobreix un buit i transmet el pes cap als costats, cap als pilars.
Una volta és una successió d'arcs que cobreix un espai, com un sostre corbat.
Serveixen per cobrir espais amplis amb materials que aguanten bé la compressió, com la pedra o el maó.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 10

Què vol dir que una peça és rígida? Posa un exemple de peça rígida i un de peça flexible utilitzada en una estructura.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 10

Una peça és rígida si gairebé no es deforma quan rep forces.
Rígida: una biga de formigó o un perfil d'acer. Flexible: una corda o un cable, que s'allarga i es corba fàcilment.
Les estructures han d'estar formades per peces amb una rigidesa adequada a la seva funció.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Nivell intermedi

Exercici 11

Com faries més estable una llumenera alta i prima perquè no bolqui? Relaciona-ho amb la base.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 11

Fent-li una base més ampla i pesant a la part de baix. L'estabilitat depèn de la base: com més ampla i baixa és, més difícil és que l'estructura bolqui. Baixar el centre de pes (posant pes a baix) també ajuda.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 12

Digues si aquestes són estructures i per què: l'esquelet humà, una taula, un núvol.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 12

L'esquelet humà i la taula són estructures: són conjunts de peces unides que aguanten pes i càrregues sense trencar-se ni caure (l'esquelet sosté el cos; la taula, el que hi posem a sobre). Un núvol no és una estructura: no és un conjunt de peces unides que suporti càrregues.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 13

Digues quin element és cadascun: (a) una columna vertical que aguanta el sostre; (b) el cable d'un pont penjant; (c) la barra horitzontal que sosté el pis.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 13

(a) Pilar (o columna). (b) Tirant (treballa estirat, a tracció). (c) Biga (element horitzontal que suporta càrregues).

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 14

Tens un marc quadrat de quatre barres unides pels extrems i es deforma amb facilitat. Com el reforçaries i per què funciona?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 14

Posant una barra diagonal (un escaire) que uneixi dues cantonades oposades. Així el quadrat queda dividit en dos triangles, i el triangle és una figura rígida que no es deforma. Aquesta tècnica es diu triangulació.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 15

Quina funció fa un escaire dins d'una estructura?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 15

L'escaire és un element diagonal que uneix dos punts per donar rigidesa a l'estructura i evitar que es deformi o es desmunti. En crear triangles, impedeix que les unions es moguin (triangulació).

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 16

Explica la diferència entre tracció i compressió.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 16

En la tracció, dues forces estiren la peça cap enfora i tendeixen a allargar-la (com un cable amb un pes penjat). En la compressió, dues forces premen o aixafen la peça i tendeixen a escurçar-la (com un pilar amb pes a sobre). Una estira, l'altra aixafa.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 17

Poses un llibre pesant al mig d'un prestatge i aquest es corba cap avall. Quin esforç pateix el prestatge?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 17

Flexió. La càrrega del llibre al mig tendeix a doblegar el prestatge; per això es corba. En la flexió, la cara de dalt es comprimeix i la de baix s'estira alhora.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 18

Una regla plana de 3 cm d'ample i 0,3 cm de gruix s'apoia pels extrems i es carrega pel mig. Resistirà més a flexió col·locada de pla o de cantell? Raona-ho.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 18

Resistirà més de cantell.
Com més alta és la peça en la direcció de la força, més material hi ha lluny de l'eix i més costa de corbar: de cantell l'alçada és de 3 cm, i de pla només 0,3 cm.
Per això les bigues es col·loquen amb la cara llarga en vertical.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 19

En un gronxador, identifica l'esforç principal que pateix cada part: a) les cadenes que pengen del travesser; b) els suports verticals; c) el seient quan una persona s'hi asseu.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 19

a) Cadenes: tracció, perquè es tiben pel pes.
b) Suports verticals: compressió, perquè aguanten el pes del travesser des de baix.
c) Seient: flexió, perquè la persona el corba entre els dos punts on es subjecta.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 20

Compara un pont fet d'una biga horitzontal sobre dos pilars amb un pont d'arc. Quin esforç domina a cada un i quin pot cobrir llums més grans amb pedra?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 20

En el pont de biga domina la flexió: la biga es corba pel centre i la pedra aguanta malament la tracció.
En el pont d'arc domina la compressió, perquè la forma corba porta les forces cap als suports.
Amb pedra, que aguanta bé la compressió, el pont d'arc pot cobrir distàncies més grans.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 21

Per què en una bicicleta els quadres es fan amb tubs buits en lloc de barres massisses? Quin avantatge té?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 21

En flexió, el material de l'interior de la barra treballa poc; el que importa és el que està lluny del centre.
Un tub buit manté gairebé la mateixa resistència que una barra massissa amb molt menys material.
L'avantatge és que pesa menys i costa menys, i la bicicleta és més lleugera.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Nivell avançat

Exercici 22

Per què els pilars dels edificis antics es feien de pedra i no de corda, i els cables d'un pont penjant de metall i no de pedra?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 22

Perquè els pilars treballen a compressió (els aixafa el pes de dalt) i la pedra aguanta molt bé la compressió, mentre que una corda s'aixafaria. Els cables d'un pont penjant treballen a tracció (els estira el pes del pont) i el metall aguanta bé la tracció, mentre que la pedra es trencaria en estirar-la. Cada material s'usa per a l'esforç que aguanta millor.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 23

Dissenya una torre de 40 cm amb folis i cinta adhesiva que aguanti un llibre a dalt. a) Quina forma donaries als folis? b) Com ho faries estable? c) Quin esforç patirà cada element?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 23

a) Enrotllar els folis formant tubs, que resisteixen més a compressió que un full pla.
b) Fer una base ampla (tubs a les cantonades) i triangular els costats amb diagonals perquè no es deformi.
c) Els tubs verticals pateixen compressió; les diagonals, tracció o compressió segons el cas; la plataforma de dalt, flexió pel pes del llibre.
Cal que el centre de pes quedi baix i al mig de la base.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 24

Una escala de mà s'ha de recolzar sobre una paret. a) Per què no s'ha de posar gaire vertical ni gaire inclinada? b) Quin esforç pateixen els muntants si algú hi puja?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 24

a) Si és gaire vertical pot bolcar cap enrere; si és gaire inclinada (gairebé estesa), la base pot lliscar i la persona pot caure. Cal una inclinació intermèdia i una base antilliscant.
b) Els muntants pateixen compressió pel pes de la persona, i els graons, flexió.
Com més amunt es puja, més puja el centre de pes i menys estable és el conjunt.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 25

Un prestatge amb dos suports aguanta 5 llibres de 1,2 kg cadascun més el seu propi pes (1,5 kg), repartit uniformement. Calcula la càrrega que suporta cada suport. Si cada suport pot aguantar 5 kg, és segur?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 25

Pes dels llibres: 5 · 1,2 = 6 kg. Pes total: 6 + 1,5 = 7,5 kg.
Càrrega per suport: 7,52=3,75\tfrac{7{,}5}{2} = 3{,}75 kg.
3,75 kg < 5 kg, per tant el prestatge és segur.
Marge de seguretat: 53,75=1,33\tfrac{5}{3{,}75} = 1{,}33; encara es podria afegir una mica de càrrega.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 26

Es vol triangular un marc de n costats per fer-lo rígid. Per a un hexàgon (6 costats), quantes diagonals cal afegir, quants triangles s'obtenen i quantes barres té l'estructura final? Compara-ho amb un pentàgon.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 26

En un polígon de n costats es poden traçar n - 3 diagonals des d'un vèrtex, que el divideixen en n - 2 triangles.
Hexàgon: 3 diagonals, 4 triangles, i 6 + 3 = 9 barres.
Pentàgon: 2 diagonals, 3 triangles, i 5 + 2 = 7 barres.
Comprovació: a l'hexàgon 6 - 2 = 4 triangles; al pentàgon 5 - 2 = 3.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 27

Un alumne diu: «En un pont penjant, els cables treballen a compressió i les torres a tracció.» Corregeix l'error i explica per què els materials que es fan servir són adequats.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 27

Els cables treballen a tracció i les torres a compressió.
Els cables s'estiren pel pes del tauler, i per això són d'acer, que resisteix molt bé la tracció.
Les torres aguanten el pes de dalt a baix i es fan de formigó o acer, que tenen molt bona resistència a la compressió.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 28

Analitza una bicicleta com a estructura: identifica quatre elements, l'esforç principal de cada un i una condició que hagi de complir tot el conjunt.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 28

Per exemple: el quadre (tubs) pateix flexió i compressió; els radis de les rodes treballen a tracció; el manillar, flexió i torsió quan es gira; el seient i el tub del seient, compressió.
Condicions: resistència (no es trenca), rigidesa (no es deforma gaire quan pedalem) i estabilitat (no bolca, pel centre de pes baix).

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 29

Un armari de 30 kg té el centre de pes a 0,90 m del terra. Hi poses 10 kg de llibres a 1,60 m d'altura. A quina altura queda el centre de pes del conjunt? I si els poses a 0,30 m? Quina opció és més estable?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 29

Alçada del centre de pes = (suma de massa · alçada) / massa total.
Llibres a dalt: (30⋅0,90+10⋅1,60)40\tfrac{(30\cdot 0{,}90 + 10\cdot 1{,}60)}{40} = (27+16)40=1,075\tfrac{(27 + 16)}{40} = 1{,}075 m.
Llibres a baix: (30⋅0,90+10⋅0,30)40\tfrac{(30\cdot 0{,}90 + 10\cdot 0{,}30)}{40} = (27+3)40=0,75\tfrac{(27 + 3)}{40} = 0{,}75 m.
És més estable la segona opció, perquè el centre de pes és més baix i l'armari bolca amb més dificultat.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 30

Raona si és cert o fals: a) una estructura pot ser resistent i no ser estable; b) una estructura rígida mai es pot trencar; c) afegir una diagonal a un marc rectangular el fa més rígid; d) si el centre de pes surt de la base, l'estructura bolca.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 30

a) Cert. Una torre molt alta i estreta pot aguantar el seu pes (resistent), però bolcar-se amb un cop de vent (inestable).
b) Fals. La rigidesa és no deformar-se; si la força és prou gran, es pot trencar.
c) Cert. La diagonal forma dos triangles, que són indeformables.
d) Cert. Quan la vertical des del centre de pes cau fora de la base, apareix un moment que fa bolcar l'estructura.

T'has encallat amb aquest exercici? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Preguntes freqüents

Per què es fan servir triangles a les estructures?

Perquè el triangle és l'única figura de barres que no es deforma si les unions poden girar. Un quadrat es torça; si hi afegeixes una diagonal, queda rígid.

Quina diferència hi ha entre tracció i compressió?

A la tracció les forces estiren la peça, com el cable d'un pont penjant. A la compressió l'aixafen, com un pilar que aguanta un sostre.

Tornar a Tecnologia i Digitalització

Altres temes de Tecnologia i Digitalització 1r ESO