INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR P’URHEPECHA
ING. INDUSTRIAL
NONBRE DEL TRABAJO Unidad tres ETROLOGÍA ÓPTICA E INS RUMENTACIÓN BÁSIC .
Materia: Metrología y normalización
PRESENTA: ING. José Javier Caballero Solano
CHERÁN, MI H.
Diciembre de 2011
ÍNDICE
________________________________________________________ INTRODUCCION ________________________________________________________
INTRODUCCION A LA OPTICA
3
__________________________________________ 4
___________________________________ COMPORTAMIENTO DUAL DE LA LUZ ___________________________________
6
Óptica geométrica ______________________________________________________
7
Propagación rectilínea de la luz _________________________________________
7
METODOS DE ROEMER Y MICHELSON PARA DETERMINAR LA VELOCIDAD DE LA LUZ ____________________________________________________________ 8 Intensidad luminosa y flujo luminoso.____________________________________
8
Iluminación y ley de la iluminación. ______________________________________
9
Leyes de la reflexión de la luz __________________________________________
11
Óptica física __________________________________________________________
19
Diferencia, ventajas, desventajas de instrumentos analógicos y digitales 29 INTRUMENTOS OPTICOS ______________________________________________
32
__________________________________________ INSTRUMENTOS MECANICOS __________________________________________
34
MEDICION DE PRECION _______________________________________________
35
MOMENTO DE TORSION _______________________________________________
40
_____________________________________ Medidores de esfuerzos mecánicos _____________________________________
43
Medidores de Dureza __________________________________________________
45
Instrumentos de medición por coordenadas (X,Y, Z) …___________________
52
CONCLUSIÓN.
________________________________________________________ 55
ÍNDICE
________________________________________________________ INTRODUCCION ________________________________________________________
INTRODUCCION A LA OPTICA
3
__________________________________________ 4
___________________________________ COMPORTAMIENTO DUAL DE LA LUZ ___________________________________
6
Óptica geométrica ______________________________________________________
7
Propagación rectilínea de la luz _________________________________________
7
METODOS DE ROEMER Y MICHELSON PARA DETERMINAR LA VELOCIDAD DE LA LUZ ____________________________________________________________ 8 Intensidad luminosa y flujo luminoso.____________________________________
8
Iluminación y ley de la iluminación. ______________________________________
9
Leyes de la reflexión de la luz __________________________________________
11
Óptica física __________________________________________________________
19
Diferencia, ventajas, desventajas de instrumentos analógicos y digitales 29 INTRUMENTOS OPTICOS ______________________________________________
32
__________________________________________ INSTRUMENTOS MECANICOS __________________________________________
34
MEDICION DE PRECION _______________________________________________
35
MOMENTO DE TORSION _______________________________________________
40
_____________________________________ Medidores de esfuerzos mecánicos _____________________________________
43
Medidores de Dureza __________________________________________________
45
Instrumentos de medición por coordenadas (X,Y, Z) …___________________
52
CONCLUSIÓN.
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INTRODUCCION La óptica es la parte de la física encargada del estudio de la luz y de los fenómenos que produce. Desde tiempos muy remotos al hombre le ha inquietado saber que es la luz y cuál es la causa por la que vemos las cosas. A fines del siglo xvLL existían dos teorías que trataban de explicar la naturaleza de la luz. La luz está constituida por numerosos corpúsculos o partículas emitidas por cualquier cuerpo luminoso, dichas partículas al chocar con nuestra retina nos permite ver los objetos. Huyen, quien opinaba; la luz es un fenómeno ondulatorio semejante al sonido, por tanto, su propagación es la misma naturaleza que la de una onda.
INTRODUCCION A LA OPTICA La óptica es la rama de la física que estudia la luz y los fenómenos que produce. La luz se propaga por medio de ondas electromagnéticas en línea recta a una velocidad aproximada de 300 mil Km. /s en el vació. Para su estudio la óptica se puede dividir de la siguiente manera a) Óptica geométrica. Estudia fenómenos y elementos ópticos mediante de líneas rectas y geometría plana b) Óptica física. Estudia los fenómenos ópticos mediante del carácter ondulatorio de la luz. c) Óptica electrónica. Trata los aspectos cuánticos de la luz. Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo se refleja total o parcialmente en todas direcciones. Si la superficie es lisa como un espejo, los rayos se reflejan o rechazan en una sola dirección. La refracción de la luz consiste en la desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan a la superficie de separación entre dos sustancias o medios de diferente densidad. Los espejos esféricos son casquetes de una esfera hueca, los cuales reflejan los rayos luminosos que inciden en ellos. Son cóncavos si la superficie reflectora es inferior y convexa si la superficie reflectora es la exterior. Las lentes son cuerpos transparentes, limitados por dos superficies esféricas o por una esférica y una plana. Las lentes utilizan a fin desviar los rayos luminosos con bese en las leyes de la refracción. Re dividen en convergentes y divergentes. Los aspectos y lentes se utilizan para la fabricación de diferentes instrumentos ópticos de mucha utilidad, tales como, la cámara fotográfica, el proyector de transferencia, el microscopio o el telescopio, entre otros. El telescopio, que es utilizado para obtener a los astros, se remonta a principios del siglo VXll. En la
actualidad, existen centros de observaciones astronómicas llamados observatorios en varios países, entre ellos se encuentran los siguientes: monte Wilson, monte palomar y mama ken en EUN; El de crimenea, en la federación rusa; el calar alto en España; el de la silla y cerro tolo lo en chile en nuestro país, operan dos observatorios de investigación astronómica: el de san Pedro mártir, que está situado sobre el kilometro 103 de la carretera Tijuana-ensenada, en el estado de baja california, cuyo funcionamiento está a cargo de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM); el otro, es el observatorio Astrofísico de cananea, sonora que se localiza en las simas de la montaña en la sierra de a mariquita a 26 kilómetros de la cuidad de cananea, su operación está a cargo del Instituto Nacional de Astrofísica, óptica y Electrónica (INAOE).
COMPORTAMIENTO DUAL DE LA LUZ Desde tiempos muy remotos, al hombre le ha inquietado saber que es la luz y cuál es la causa por la que vemos las cosas. En la antigüedad solo se interpretaba a la luz como lo opuesto a la oscuridad. Ms adelante, los filósofos griegos se percataron a la existencia de algo que relacionaba la distancia entre nuestros ojos, las cosas vistas y las fuentes que las iluminaba. Pitágoras que señalaba en su teoría: la luz es algo que emana de los cuerpos luminosos en todas direcciones, choca contra los objetos desde el cual reproduce la sanción de ver el objeto desde el cual reboto. Epicuro de Samos, otro filósofo griego, señalaba: la luz es emitida por los cuerpos en forma de rayos, estos al entrar al ojo estimulan el sentido de la vista. A fines del siglo VXll existían dos teorías que trataban de explicar la naturaleza de la luz. Una era la teoría corpuscular de Isaac Newton, quien señalaba: la luz está constituida por numerosos corpúsculos o partículas emitidas por cualquier cuerpo luminoso, dichas partículas al chocar con nuestra retina nos permiten ver las cosas al recibir la sensación luminosa. La otra teoría era la otra propuesta por el holandés Christian Huyen, quien opinaba: la luz es un fenómeno ondulatorio semejante al sonido, por eso su propagación es de la misma naturaleza que la de una onda. 1. Propagación rectilínea; es decir, la luz viaja en línea recta 2. Reflexión; cuando la luz inciden una superficie lisa los rayos luminosos son rechazados o reflejados en una sola dirección. 3. Refracción, desviación que sufre la luz al llegar a la superficie de separación entre dos sustancias de diferente densidad. Sin embargo, el 1801 se descubrió que la luz también representaba el fenómeno de interferencia,
Producido al súper ponerse en forma simultánea dos o más movimientos ondulatorios. El fenómeno de interferencia es una pruebe contundente para comprobar si un movimiento es ondulatorio o no. En 1816 se encontró que la luz también se difractaba (fenómeno característico de las ondas), es decir, si una onda encuentra un obstáculo en su camino. Lo rodea o lo contornea. Estos fenómenos permitieron la acotación de la teoría de huygens, pues la proposición de newton no podía aceptar estos fenómenos. En 1865 el físico Escocés james clerk maxwell propuso que la luz está formado por ondas electromagnéticas como la de radios y radiar, entre otras; esto permite su propagación, aun en el vacío, a una velocidad de 300 mil km/s. ello ocasiono que en 1887 los físicos michelson y morley demostraran mediante el interferómetro ideado por michelson, que no existía ningún éter envolviendo a la tierra y, por tanto no producía ningún arrastre sobre los rallos luminosos. Concluyeron que la velocidad de la luz es constante, independiente del movimiento de la tierra. Óptica geométrica La óptica geométrica ce fundamenta en la teoría de los rayos de la luz, la cual considera que cualquier objeto visible emite rayos rectos de luz en cada punto de el y en todas direcciones a su alrededor. Cuando estos rayos inciden sobre otros cuerpos puede ser absorbidos, reflejados o desviados, pero si penetran en el ojo estimularan al sentido de la vista.
Propagación rectilínea de la luz La luz se propaga en línea recta a una velocidad de 300 mil km/s en el vacío. Una demostración experimental de este principio es el hecho de los cuerpos produzcan sombras bien definidas. Un cuerpo opaco es aquel que no permite el paso de luz a través de él, por tanto si recibe rayos luminosos proyectara una sombra definida. Un cuerpo transparente permite el paso de los rayos luminosos, por lo que ce ve con claridad cualquier objeto colocado al otro lado de
El. Un cuerpo translucido deja pasar la luz pero la difunde de tal manera que las cosas no pueden ser distinguidas claramente atreves de ellos.
METODOS DE ROEMER Y MICHELSON PARA DETERMINAR LA VELOCIDAD DE LA LUZ El astrónomo danés Olaf Roemer (1647-1710) fue el primero en calcular la velocidad de la luz en forma muy aproximada. Su método consistió en observar al planeta Júpiter y sus satélites. Encontró que uno de ellos ce eclipsaba atrás de cada 42.5 horas, pero cuando la tierra estaba en su punto más alejado de Júpiter el eclipse se retrasaba 22 minutos, es decir 1320 segundos. En 1907, el físico estadounidense de origen polaco Alberto Michelson (1852-1931) obtuvo el premio nobel de física por haber calculado con mucha exactitud la velocidad de la luz. Su método consistió en disponer ocho espejos planos para formar un prisma octagonal regular, el cual reflejaba la luz y giraba a velocidades angulares muy grandes, previamente determinadas
Intensidad luminosa y flujo luminoso. La fotometría es la parte de la óptica cuyo objetivo es determinar las intensidades de las fuentes luminosas y las iluminaciones de las superficies. Al observar todas las cosas de nuestro alrededor, encontraremos que algunas de ellas emiten luz y otras la reflejan. A los cuerpos productores de Luz, como el sol, un foco, una hoguera o una vela se les nombran cuerpos luminosos, como es el caso de un árbol, una mesa, una piedra, una pelota, etc., se les denomina cuerpos iluminados. La intensidad luminosa es la cantidad de luz producida o emitida por un cuerpo luminoso. Para cuantificar la intensidad luminosa de una fuente de luz,
se utiliza en el SI la candela (cd) y en el CGS la bujía decimal (bd). Una candela equivale a 1/60 de la intensidad luminosa que emite 1 cm cuadrados de un cuerpo negro, a la temperatura del punto de fusión del platino (1 773 °c).
Una bujía decimal equivale a la intensidad luminosa producida por una vela de 2 cm de diámetro, cuya llama es de 5 cm de altura. Una intensidad luminosa de una candela, equivale a una intensidad luminosa de una bujía decimal: 1 cd = 1 bd. El lujo luminoso es la cantidad de energía luminosa que atraviesa en la unidad de tiempo una superficie normal (perpendicular) a los rayos de luz. La unidad del flujo luminoso en el SI es el lumen (luz). Un lumen es el flujo luminoso recibido durante un segundo por una superficie de 1 m al cuadrado, limitada dentro de una esfera de 1 m de radio y en cuyo centro se encuentra una fuente con una intensidad luminosa de una candela.
Iluminación y ley de la iluminación. Una superficie está iluminada cuando recibe una cierta cantidad de luz. Es muy importante para nuestra salud, contar con una iluminación adecuada según la actividad que vayamos a realizar. Por ejemplo, hacer ejercicio a plena luz solar por un espacio de tiempo no muy grande, resulta benéfico para el organismo; sin embargo, leer con los rayos luminosos emitidos directamente por el sol es nocivo para la salud. La iluminación es la cantidad de luz que reciben las superficies de los cuerpos, su unidad de medida es el lux (lx). Un lux es la iluminación producida por una candela o una bujía decimal sobre una superficie de 1 m cuadrado que se encuentra a un metro de distancia. Como sabemos, los focos incandescentes con filamento de wolframio utilizados en los hogares, producen una iluminación que depende de su potencia medida en
watts. La equivalencia entre una potencia de un watts en un foco y la intensidad luminosa producida es aproximadamente igual a: Frase Por tanto, un foco de 40 watts equivale a 44 candelas o bujías decimales; uno de 60 watts, a 66 cd o 66 bd. La ley de la iluminación o ley inversa del cuadrado. Es una consecuencia de la propagación en línea recta de la luz. Por ejemplo: al colocar un foco de 40 watts a una distancia de un metro de la superficie de una mesa, se produce una cierta iluminación sobre ella. Si después elevamos el foco a una distancia de 2 metros, observaremos que la iluminación de la superficie de la mesa se ha reducido a la cuarta parte de la anterior. Finalmente, si triplicamos la distancia colocando el foco a 3 metros de la mesa, la iluminación que recibe equivale a la novena parte de la inicial. Por tanto, podemos enunciar dicha ley en los siguientes términos: la iluminación E que recibe una superficie es directamente proporcional a la intensidad de la fuente luminosa I, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d que existe entre la fuente y la superficie. Donde: E = iluminación expresada en lux (lx) I= intensidad de la fuente luminosa calculada en candelas (cd) D= distancia entre la fuente luminosa y la superficie medida en metros (m)
Leyes de la reflexión de la luz Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo, ésta se refleja total o parcialmente en todas direcciones. Si la superficie es lisa como en un espejo, los rayos son reflejados o rechazados en una sola dirección. Toda superficie que refleja los rayos de luz recibe el nombre de espejo. Ejemplos son el agua de una alberca o un largo, o los espejos de cristal que pueden ser planos o esféricos. Un espejo común como los utilizados en casa o en automóviles, consta de una pieza de cristal a la cual sele deposita una capa delgada de plata en una de sus caras y para proteger dicha capa se recubre con pintura. Al rayo de luz que llega al espejo se le nombra incidente y al rayo rechazado por él se le llama reflejado. Existen dos leyes de la reflexión propuestas por Descartes y son: 1.- El rayo incide, la normal y el rayo reflejado se encuentran en un mismo plano. 2.- El ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia. Se representan dichas leyes; A-B representa la superficie del espejo; N-N’ es una línea imaginaria perpendicular a la superficie reflectora en el punto donde incide el rayo de luz y recibe el nombre de normal; I es el rayo incidente; R es el rayo reflejado; i es el ángulo de incidencia; res el ángulo de reflexión; y O es el punto donde incide el rayo I. Cuando estamos frente a un espejo plano nuestra imagen es derecha por que conserva la misma posición; es virtual por qué se ve como si estuviera dentro del espejo (la imagen real es la que se recibe en una pantalla), y es simétrica por que aparentemente está a la misma distancia de la del espejo. También si movemos el brazo derecho, en nuestra imagen parece que movimos el izquierdo; ello se debe a la propiedad que tienen todos los espejos planos y cuyo nombre es inversión lateral. Se forman espejos planos angulares cuando se unen dos espejos planos por uno de sus lados formando un cierto ángulo. Al colocar un objeto en medio de ellos se
observarán un número N de imágenes, éste dependerá de la medida del ángulo. Para calcular el número de imágenes que se producirán en dos espejos planos angulares Espejos esféricos Los espejos esféricos son casquetes de una esfera hueca, los cuales reflejan los rayos luminosos que coinciden en ellos. Son cóncavos si la superficie reflectora es la interior; y convexos si la superficie reflectora es la exterior. Donde:
N= número de imágenes que se forman a= ángulo que forman entre sí los espejo planos.
Refracción de la luz La refracción de la luz consiste en la desviación que sufren los rayos luminosos cuando llegan a la superficie de separación entre dos sustancias o medios de diferente densidad. Si éstos inciden perpendicularmente a la superficie de separación de las sustancias, no se refractan. La causa que origina la refracción de la luz es el cambio en la velocidad de los rayos luminosos al penetrar a un medio de diferente densidad. Los rayos oblicuos que llegan a la superficie de separación entre dos medios se llaman incidentes y los que se desvían al pasar por ésta se les nombran refractados. La desviación sufrida por un rayo luminoso dependerá del medio al cual pasa. A mayor densidad, el rayo se acerca a la normal y si el medio tiene una menor densidad, se aleja de ella.
Leyes de la reflexión
Primera ley: el rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran siempre en el mismo plano. Segunda ley: para cada par de sustancias transparentes, la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción, tiene un valor constante que recibe el nombre de índice de refracción n. La segunda ley se conoce también como Ley de Snell, por ser el astrónomo y matemático holandés Willebrod Snell (1591-1626), quien la descubrió. El índice de refracción también puede calcularse con el cociente de las velocidades del primero y segundo medios, porque: n= sen I = v1 sen r v2 Donde: n= índice de refracción (dimensional) i= ángulo de incidencia r= ángulo de refracción v1= velocidad de la luz en el primer medio en km/s v2= velocidad de la luz en el segundo medio en km/s La velocidad de la luz en el vacío es de 300 mil km/s, mientras que en el aire es de 299 030 km/s y en el agua es de 225 mil km/s. La relación entre las velocidades de la luz en el vacío y en un medio, recibe el nombre de índice de refracción del medio. En el cuadro 16.1 se dan algunos valores de dicho índice.
Las lentes y sus características Las lentes son cuerpos transparentes limitados por dos superficies esféricas o por una esférica y una plana. Las lentes se emplean a fin de desviar los rayos luminosos con base en las leyes dela refracción, para su estudio se dividen en convergentes y divergentes. Las lentes convergentes son aquellos cuyo espesor va disminuyendo del centro hacia los bordes, razón por la cual su centro es más grueso que sus orillas. Tienen la propiedad de desviar los rayos hacia el eje y hacerlos converger en un punto llamado foco. En las lentes divergentes el espesor disminuye de los bordes hacia el centro, por lo que los extremos son más gruesos y desvían los rayos hacia el exterior, alejándolos del eje óptico dela lente. Las lentes convergentes se utilizan para obtener imágenes reales de los objetos, tal es el caso de las cámaras fotográficas o proyectores de cine; como parte de los sistemas amplificadores de imágenes ópticas en los microscopios; o bien, para corregir defectos visuales de las personas hipermétropes en cuyo caso el ojo se caracteriza por que los rayos paralelos al eje forman su foco detrás de la retina. Las lentes divergentes se utilizan para corregir la miopía.
En las lentes convergentes, cualquier rayo luminoso que se pase en forma paralela asu eje principal, al refractarse circulará por el foco principal. En las lentes divergentes, el rayo que pase en forma paralela a su eje principal, al refractarse se separará como si procediera de un foco. La imagen formada de un objeto en una lente se encuentra gráficamente, utilizando los mismos rayos fundamentales de los espejos esféricos, debemos recordar que en éstos los rayos se reflejan, mientras en las lentes se refractan.
El telescopio y el microscopio Telescopio A principios del siglo XVII el holandés Hans Lippershey construyó el primer telescopio que permitió observar cuerpos lejanos. Más tarde, Galileo Galilei elaboró su propio telescopio y demostró que las estrellas están a distancias astronómicas, razón por la cual la mayor parte de ellas resultan invisibles al ojo humano. El nombre de telescopio se da a aquellos instrumentos que sirven para observar a los astros. Existen dos tipos de telescopio: los refractores y los reflectores. El telescopio refractor es un gran anteojo constituido por un objetivo y un ocular localizados en los extremos de un tubo. El objetivo consta de una lente convergente que recoge la luz y proyecta una imagen real al otro extremo; dicha imagen es enfocada y ampliada por el ocular, parte formada por un sistema de lentes convergentes que hacen posible apreciar de cerca los astros lejanos. Uno de los mayores telescopios refractores del mundo se construyó en 1897 y tiene una abertura de 1.02m. En un telescopio reflector el objetivo en lugar de ser una lente convergente es un espejo cóncavo, generalmente parabólico, que refleja los rayos luminosos y los concentra en un foco; cerca de él, un espejo pequeño los desvía para que la imagen real se forme fuera del tubo en un punto fácil de observar desde des de el exterior. Existen grandes telescopios reflectores como el del Monte Palomar en EUA que tiene un espejo de 5.08 m de diámetro o como el
del Monte Pastukhov en Rusia, cuyo espejo mide 5.9 m. Con estos instrumentos ha sido posible descubrir estrellas demasiado distantes, galaxias muy lejanas y nebulosas, así como realizar observaciones más precisas sobre las superficies lunar y solar. Los modernos telescopios se instalan siempre en las cimas de las montañas en donde exista una atmósfera seca y con escasa nubosidad, tal es el caso de los observatorios en Baja California y Sonora
Microscopio
El microscopio es otro de los instrumentos ópticos que han permitido un gran desarrollo científico, pues con él se pueden ver objetos muy pequeños que el ojo humano no logra observar ni un auxiliándose de una lupa.
Un microscopio, consta de un ocular formado por dos lentes convergentes y funciona como una lupa, dando una imagen virtual y aumentada de la figura real proyectada por el objetivo. Generalmente se dispone de varios oculares, cada uno de ellos lleva impreso el aumento que produce: x10, x100, x1 000, etc. El objetivo y el ocular se hallan montados en un tubo con una ranura en la cual embona la
rampa del bastidor, de tal modo que el ocular pueda deslizarse a lo largo del tubo para acercarse o alejarse del objeto a observar. El objetivo origina una imagen ampliada, misma que vuelve a ser ampliada por el ocular. La multiplicación de esta combinación es de aproximadamente 2 mil veces el tamaño del objeto en observación. En la actualidad, existe un ultramicroscopio cuyo aumento es de 10 mil veces el tamaño del objeto observado. También se construyó el microscopio electrónico que es más potente en comparación con el microscopio óptico, pues su ampliación llega a los 100 mil diámetros. En dicho aparato los haces luminosos son sustituidos por haces de electrones.
El ojo y la visión El ojo humano se asemeja a una cámara fotográfica. Tiene una lente y una córnea curva, formada una figura real, disminuida e invertida. La imagen se forma en la retina, la cual está constituida por células fotosensibles, reacciona ante las distintas intensidades y colores de la luz que inciden sobre ella y envía una proyección invertida de las cosas al cerebro, que se encarga de compensar esta inversión. Gracias al ojo podemos observar las cosas de nuestro alrededor, así como sus colores. El estudio del funcionamiento del ojo ha permitido comprobar que los rayos luminosos penetran a él a través del cristalino, éste los recoge y los enfoca para formar la figura en la retina. Ésta se constituye de finísimas células nerviosas fotosensibles que transmiten las señales al cerebro, el cual las interpreta en forma de imagen. Las células nerviosas reciben el nombre de bastones y conos. Los
bastones son más sensibles a la luz que los conos, pues dejan de actuar al disminuir la iluminación; los conos por su parte, continúan funcionando si perciben rayos luminosos aunque sean débiles. Debido a ello, podemos distinguir algunas cosas en medios casi oscuros, pero sin diferenciar sus colores. Como dato curioso, cabe señalar que un gato tiene mayor sensibilidad a los rayos luminosos en comparación con el ojo humano; sin embargo, esto no quiere decir que pueda ver las cosas en un cuarto totalmente oscuro, pues si no hay aunque sea una leve iluminación su visión es nula. Si comparamos el ojo humano con el sistema óptico de una cámara fotográfica, tenemos las siguientes analogías: a) La retina es como una pantalla localizada en la parte posterior del ojo; cuando recibe una imagen, la transmite por medio del nervio óptico al cerebro. b) El cristalino actúa como una lente, gracias a su elasticidad; puede variar su curvatura para enfocar los objetos. c) La pupila se comporta como un diafragma que se contrae o dilata para regular la intensidad luminosa.
Algunas personas padecen anomalías en su visión, revisemos cuáles son y cómo se corrigen.
a) Miopía: el ojo miope no ve claramente los objetos lejanos ni los pequeños situados a distancias “visibles” para un ojo sano. Las personas que padecen miopía tienen problemas para ver las letras con claridad y por ello tiene que acercar considerablemente la página a sus ojos. Se corrige al usar cristales de bordes gruesos, es decir, lentes bicóncavas b) Hipermétrope. El ojo hipermétrope no ve claramente los objetos cercanos, porque la distancia mínima de visión es mayor que la del ojo normal, por lo que se
aleja el libro para leer. Sin embargo, los objetos lejanos se ven claramente. Se corrige con cristales de bordes delgados, o sea, con lentes biconvexas c) Presbicia. Hacia los 45 o 50 años, el ojo humano se vuelve présbita: suele ser un ojo “cansado” debido a que la facultad de acomodación del cristalino ha disminuido. El ojo présbita suele necesitar unas lentes para mirar de lejos y otros de cerca, o bien, como es muy común, usar unas lentes bifocales. Es importante señalar que tanto el consumo del alcohol como el de las drogas producen una visión borrosa o doble y puede dañar irreversiblemente los nervios ópticos. En la actualidad, tiene mucho auge las lentes de contacto de material plástico, aplicadas directamente sobre el ojo; se recomienda cuando las de cristal no producen una imagen grata para la persona que las usa u ocasiona molestias o cuando es necesario realizar algún deporte o actividad física intensa.
Óptica física La óptica física estudia los fenómenos ópticos con base en la Teoría del Carácter Ondulatorio de la Luz. En virtud de la naturaleza dual de la luz, que en ocasiones manifiesta un comportamiento de partícula y en otras de onda, como los fenómenos de interferencia, difracción y polarización de la luz, que no pueden ser explicados mediante la Teoría Corpuscular, es necesario analizarlos con mayor detalle en esta sección.
Como ya señalamos, fue Huygens el primero en proponer: la luz es un fenómeno ondulatorio y su propagación es de la misma naturaleza que el de un frente de onda, por tanto, cada uno de sus puntos debe considerarse como una nueva fuente puntual de ondas.
Interferencia y anillos de Newton La interferencia se produce cuando se superponen en forma simultánea dos o más trenes de onda. Este fenómeno es una prueba contundente para comprobar si un movimiento es ondulatorio o no Newton observó el fenómeno de interferencia de la luz mediante los anillos que llevan su nombre. Los anillos de Newton se forman al reflejarse la luz en una lente de superficie curva y en una plana, como el de una placa de vidrio (figura 16.31). Cuando se hace reflejar la luz de una pared blanca en la lente y la placa de vidrio, en el punto donde éstos hacen contacto, se forma un punto oscuro y alrededor de él se verán en la lente curva una serie de anillos oscuros y brillantes.
Fig. 16.31 En (a) vemos a la lente colocada sobre la placa de vidrio. En (b) se muestran los anillos de Newton vistos por un observador. Se forman por la interferencia de la luz, al se reflejada.
La formación de anillos se puede explicar considerando que la luz se propaga como una onda. Al pasar un rayo de luz a través de la lente, parte de él se refleja en ella y otra parte lo refleja la superficie de la placa de vidrio. Originalmente las ondas de ambos rayos están en fase, pero una recorre más distancia que la otra y cuando se combinan o interfieren pueden no estar en la misma fase. Si se encuentran en fase, la reflexión es brillante y si están desfasadas, la reflexión se anula y el resultado es un anillo oscuro. Newton al observar los anillos que se producían pudo haber propuesto una Teoría Ondulatoria para explicarlos; sin embargo, como no observó ninguna evidencia del fenómeno de difracción siguió considerando que la luz era de naturaleza corpuscular. Difracción Newton consideraba que si la luz estuviera realmente formada por ondas, la sombra proyectada por un cuerpo debería ser muy pequeña, o bien, ni siquiera existiría en algunos casos. Él pensaba que la difracción en las orillas de los cuerpos debería ser mucho mayor de lo que se podía ver. Sin embargo, nunca se imaginó que la longitud de las ondas luminosas es demasiado pequeña y, por tanto, debió utilizar aberturas mínimas para observarla. Como se sabe la difracción es otro fenómeno que comprueba que la propagación de la luz es por medio de ondas, la cual se produce si una onda encuentra un Obstáculo en su camino, lo rodea o lo contornea. La primera observación sobre la difracción de la luz fue hecha en 1801 por el físico y médico inglés Thomas Young. Cuando un haz luminoso es interceptado por una pantalla opaca que tiene una pequeñísima abertura, el rayo luminoso que la atraviesa se convierte en un haz de forma cónica y la ranura actúa como una fuente de ondas secundarías. En conclusión, debido a su comportamiento ondulatorio, la luz se difracta y se convierte en un foco emisor secundario cuando incide en las
orillas de un obstáculo opaco o cuando atraviesa aberturas pequeñísimas cuyo tamaño es similar a su longitud de onda. La manifestación de la difracción generalmente tiene como consecuencia el fenómeno de interferencia
Polarización de la luz Otro fenómeno que comprueba la naturaleza ondulatoria de la luz es el fenómeno de la polarización. Recordemos que, cuando un movimiento ondulatorio es longitudinal las partículas vibran en la misma dirección de propagaacción de la onda; tal es el caso del sonido. Pero si el movimiento ondulatorio es transversal, las partículas vibran perpendicularmente en cualquiera de las direcciones de propagación de la onda. Si se logra que todas las partículas vibren en una misma dirección, se dice que el movimiento ondulatorio transversal estezado Científicamente se explica la polarización de la luz considerando que las vibraciones de una onda luminosa son transversales y todas sus direcciones posibles son perpendiculares a la dirección en la cual se propaga. Enforna experimental se puede tratar de reproducir este tipo de vibración, atando una cuerda por uno de sus extremos (figura 16.32) y moviendo el otro primero de arriba.
Dispositivo para medir la distando focal de un espejo esférico
RGB, 16.41 Imágenes formadas de un objeto en dos espejos planos con unángulo de 90°.
TERCERA PARTE
1. Monte un dispositivo como el mostrado en la figura 16.42, en un cuarto que tenga cortinas para oscurecerlo. 2. Coloque la vela encendida a unos 0.5 m del espejo cóncavo. Acerque la pantalla al espejo y retírela lentamente hasta ver una imagen nítida de la flama en la pantalla. Mida y registre la distancia que hay del centro del espejo a la pantalla, misma que representará la distancia focal del espejo y que se encuentra a la mitad del radio de curvatura. Mueva la vela aúna distancia del espejo igual a tres veces la distancia focal del mismo (3 f) Acerque la | pantalla al espejo y retírela en forma lenta hasta obtener una imagen bien definida de la flama. Mida registre el tamaño y la distancia de la imagen y con-trastera con el tamaño y la distancia de la imagen a una Distancia 2 f, 1.5 f, 1 f y f del espejo. Llene con los datos obtenidos el cuadro 16.4 Fig. 16.40 Reflexión de la Imagen en un espejo plano.
Propiedades electromagnéticas de la luz y espectro electromagnético Cuando un electrón se encuentra en movimiento, produce efectos que son en parte eléctricos y en parte magnéticos. La fuente vibrante que produce una onda de radio en una antena transmisora está constituida por electrones que oscilan de un lado a otro en un tiempo muy breve. Como éstas se producen por fluctuaciones en los campos eléctricos y magnéticos que provocan los electrones oscilantes, reciben el nombre de ondas electromagnéticas. Los científicos han determinado que la luz visible, los rayos infrarrojos y los ultravioleta, también están constituidos por ondas electromagnéticas. Fue el físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) el primero en proponer la naturaleza electromagnética de la luz, él consideró lo siguiente: así como un campo magnético variable genera un campo eléctrico, también es posible que un campo eléctrico variable produzca uno magnético. De tal manera que una sucesión repetida de ellos produzca una perturbación e-electromagnética siendo uno generador del otro. Maxwell calculó la velocidad de la propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío, Mediante la ecuación: Dónde: v = velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en m/s KO = constante de la Ley de Coulomb y cuyo valor es 9 x 109 Nm2/C2 C0 = constante magnética de Biot-Salvar y cuyo valor es 1 x 10~7 A///42 Al sustituir estos datos en su ecuación, Maxwell encontró un valor de 300 mil km/s para la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas. Valor igual a la velocidad de propagación de la luz. Esto le permitió proponer que la luz está formada por ondas electromagnéticas, las cuales se pueden propagar aun en el vacío sin necesidad de un medio material. Con ello se descartaba por completo la existencia de esa sustancia misteriosa a la que los físicos llamaron éter y que suponían existía en todo espacio, así como en el vacío.
La diferencia básica entre las diferentes clases de radiación que constituyen el llamado espectro electromagnético se debe a su frecuencia y a su longitud de onda; la de radio es de unos 400 m, mientras que la longitud de una onda luminosa puede ser de 6 x 10~7 m. No obstante, su velocidad de propagación en el vacío es la misma: 300 mil km/s. , En el cuadro 16.2 se dan los valores de la longitud de onda y la frecuencia de las distintas radiaciones que forman el espectro electromagnético. Ondas de radio Las ondas de radio se crean por electrones que oscilan =en una antena y se utilizan para transmitir señales a grandes distancias. Son las de menor frecuencia y se producen por electrones acelerados en la antena transmisora La frecuencia de las ondas de radio varía con- sideralmente de una estación emisora a otra. Según los diferentes tipos de telecomunicaciones, se ha establecido internacionalmente un espectro radioeléctrico dividido en bandas de frecuencia reservadas. Las principales bandas suelen designarse de acuerdo con sus siglas en el idioma inglés y son entre otras: VLF (Verlo
Fig. 16,37 Ondas de radio producidas por electrones que oscilan en una antena y se utilizan para transmitir seña/es a grandes distancias Frecuentes) o frecuencias muy bajas, LF (Low Frecuencias) o bajas frecuencias, MF (Médium Frecuencias) o frecuencias medias, HF (High. Frecuencias) o altas frecuencias, VHF (Very High Frecuencias) o muy altas frecuencias y UHF (Ultra High Frecuencias) o ultra frecuencias (figura 16.37). Microondas Se emplean para transmisiones telefónicas o de tele visión vía satélite. También se utilizan en los hornos de | microondas para calentar rápidamente los alimentos sin que éstos pierdan su sabor .consistencia pues las microondas emitidas por el horno hacen vibrar por resonancia las moléculas de agua que contienen los alimentos; estas moléculas absorben la energía de las ondas y elevan su temperatura (figura 16.38). Recuerde que la resonancia se produce cuando la vibración de un cuerpo hace vibrar a otro con la misma frecuencia. Cabe señalar que no aumenta la temperatura de los recipientes donde se calientan los alimentos dentro del horno, pues sus moléculas no son puestas a vibrar mediante resonancia por las microondas y, cuando se llegan a calentar, es por la conducción del calor de los alimentos al recipiente Rayos infrarrojos Los rayos infrarrojos son llamados también rayos térmicos, pues cualquier cuerpo que esté a una cierta temperatura mayor a O K los emite. Fig. 16.38 Las microondas emitidas por el horno hacen vibrar por resonancia Las moléculas de agua que contienen los alimentos; estas moléculas al absorber la energía de las ondas, elevan su temperatura, es decir, se calientan. Tal es el caso de los rayos infrarrojos emitidos por el Sol o cualquier fuente de energía calorífica.
Luz visible La luz visible es sólo una porción de los distintos rayos \que conforman el espectro electromagnético, y son los ¡f \únicos que puede percibir el ojo humano.; "Las radiaciones de la luz visible suministran la energía necesaria para que las plantas verdes realicen la fotosíntesis. Es decir, éstas por la acción de la luz transforman sustancias simples, como el agua, bióxido de carbono y nitrato, en compuestos complejos, como lípidos, glúcidos y prótidos, sustancias alimenticias necesarias para su desarrollo. Luz ultravioleta La luz ultravioleta recibe también el nombre de luz negra porque no la advierte el ojo humano. Sólo algunos insectos son capaces de distinguirla. Dichas radiaciones emitidas por el Sol, pueden causar quemaduras en la piel sin necesidad de calentarla? Ello explica por qué la piel se quema, en un día frío. Las lociones bronceaduras protegen la piel al eliminar aquellas radiaciones que producen quemaduras. Rayos X Los rayos X se generan cuando un haz de electrones que viaja a gran velocidad al alto vacío, es frenado bruscamente al chocar con un obstáculo (figura 16.39). La pérdida energética de éstos se convierte en la energía de los rayos X. Estos rayos por ser penetrantes se utilizan para las radiografías de huesos y órganos internos. También se emplean para destruir células cancerosas, pero una exposición continua y no controlada de ellos puede dañar las partes de las células reproductoras que controlan la herencia. Si esto llega a suceder, los niños de personas expuestas a los rayos X pueden nacer con defectos orgánicos.
Rayos gamma Los rayos gamma se producen durante las transformaciones nucleares. Son más penetrantes que los rayos X y se usan para el tratamiento de algunas células cancerosas.' Su manejo debe ser muy cuidadoso y con equipo especial. Hacia abajo y luego de izquierda a derecha en una rápida sucesión de movimientos. Al colocar una reja de madera como la marcada con el número uno, las rejillas verticales sólo permitirán el paso de las vibraciones que van de arriba hacia abajo; es decir, la onda se ha convertido en polarizada plana, pues todas sus vibraciones están en un solo plano y en nuestro caso, es el vertical. Cuando la vibración pasa a la reja número dos de rejillas horizontales, el movimiento deja de ser ondulatorio. En la actualidad es muy común encontrar en el comercio lentes polarizados que impiden el deslumbramiento reflejado en las carreteras o el pavimento. La luz se puede polarizar por reflexión, doble refracción y absorción selectiva. La más común es por reflexión. Ejemplo: la luz reflejada por la arena de una playa se encuentra parcialmente polarizada en el plano horizontal, debido a ello, los filtros polarizadores de las lentes se disponen de tal manera que puedan suprimir los rayos que están polarizados horizontalmente. Dichas lentes se fabrican con cristales de yodo y sulfato de quinina, los cuales se fijan al colocarlos entre dos capas delgadas de plástico. Los cristales son de forma muy alargada y se orientan en una misma dirección al aplicárseles campo eléctrico intenso, esto permite que las lentes polarizadas sólo dejen pasar los rayos luminosos hallados en el mismo plano en que están orientados los cristales.
Diferencia, ventajas, desventajas de instrumentos analógicos y digitales Diferencia: El término: Digital Se refiere a cantidades discretas como la cantidad de personas en una sala, cantidad de libros en una biblioteca, cantidad de autos en una zona
de estacionamiento, cantidad de productos en un supermercado, etc. Ver reloj digital (lado derecho del diagrama) Los Sistemas digitales tienen una alta importancia en la tecnología moderna, especialmente en la computación y sistemas de control automático. La tecnología digital se puede ver en diferentes ámbitos: Analógico y Digital. ¿Cuál es la diferencia? mecánico: llaves electro mecánico: el relé/replay hidráulico neumático electrónico .Los dos últimos dominan la tecnología. El término: Analógico Se refiere a las magnitudes o valores que varían con el tiempo enforna continua como la distancia y la temperatura, la velocidad, que podrían variar muy lento o muy rápido como un sistema de audio. Ver reloj analógico (lado izquierdo de diagrama).En la vida cotidiana el tiempo se representa en forma analógica por relojes (de agujas), y enforna discreta (digital) por desplayes digitales .En la tecnología analógica es muy difícil almacenar, manipular, comparar, calcular y recuperar información con exactitud cuando esta ha sido guardada, en cambio en la tecnología digital (computadoras, por ejemplo), se pueden hacer tareas muy rápidamente, muy exactas, muy precisas y sin detenerse. La electrónica moderna usa electrónica digital para realizar muchas funciones que antes desempeñaba la electrónica analógica.
Ventajas análogas: De todas las herramientas y equipos que un electricista pueda poseer en su banco o en su maletín de trabajo, probablemente el más útil sea el milímetro.
Con un milímetro, analógico o digital, se pueden realizar mediciones de voltaje, corriente y resistencia, realizar pruebas de continuidad, etc. Existen milímetros analógicos y milímetros digitales. Los milímetros analógicos son los más comunes por su sencillez, portabilidad y tamaño compacto. Además son más baratos que los milímetros digitales y resultan más convenientes de emplear en ciertas situaciones, por ejemplo cuando es necesario medir cambios de voltaje o de corriente. En general, todos los milímetros analógicos emplean una bobina móvil la cual se encargada desplazar una aguja. El montaje físico se conoce como cuadro móvil o instrumento de D´Arsonval y consta de una bobina de alambre muy fino arrollada sobre un tambor que se encuentra montado entre los polos de un imán permanente, cuando circula una corriente directa a lo largo de la bobina, el campo magnético generado por el paso de la corriente directa a lo largo de la bobina, el campo magnético generado por el paso de la corriente interactúa con el campo magnético del imán. Los milímetros análogos se ofrecen generalmente con algunos accesorios que permiten la realización de mediciones especiales. Dos de los accesorios más comunes son la pinza remedición de corriente y la punta de alto voltaje. La pinza de medición de corriente recoloca alrededor del alambre por el que circula la corriente cuyo valor quiere medirse, eliminando así el problema de tener que abrir el circuito. En este caso, es el campo magnético de la corriente el que se utiliza para medir el valor de esta. Este tipo de amperímetro solo es capaz de medir corriente alterna y se utiliza en general para medir la corriente de la línea de alimentación de 50 o 60Hz. Actualmente existen pinzas anemométricas para ambas corrientes (son en general digitales y por efecto Hall)
Ventajas digitales: Los multímetros digitales se caracterizan por poseer una pantalla numérica que da automáticamente la lectura con punto decimal, polaridad y unidad (V, A o *). En
general, los multímetros digitales ofrecen mejor exactitud y resolución que los multímetros análogos y son más confiables y fáciles de usar. Vienen en una gran variedad de presentaciones y, además de voltaje, corriente y resistencia, en muchos casos pueden también medir frecuencia, capacitancia, inductancia otras cantidades eléctricas. Un multímetro digital típico se compone básicamente de una pantalla, una perilla selectora y los bornes para conectar las puntas de prueba. En muchos casos, la perilla selectora es sustituida por interruptores del tipo a presión (push-button).La mayoría de los fabricantes de multímetros digitales ofrecen una variedad de accesorios opcionales para sus instrumentos que extienden los rangos o la utilidad de los mismos. Entre estos accesorios figuran puntas de prueba de alto voltaje, puntas de medición de corriente, dispositivos de medición de luz, etc. La selección de los accesorios depende de sus necesidades de medición particulares.
INTRUMENTOS OPTICOS Al principio del tema se mencionaron algunos instrumentos ópticos que utilizan una o varias lentes para formar imágenes: una lupa, un telescopio, un microscopio y una cámara fotográfica. ¿Qué debes hacer si quieres obtener una imagen nítida con cualquiera de los instrumentos ópticos anteriores? Al igual que una cámara fotográfica, tu ojo enfoca la luz para producir una imagen nítida. Sin embargo, el mecanismo de ajuste de tu ojo es mucho más complejo que en una cámara; tus ojos son una maravilla de la naturaleza. En la figura 96 se ilustran las partes esenciales de un ojo y a continuación describimos sus características.
TELESCOPIOS:
Los telescopios astronómicos se dividen en reflectores y refractores. Un refractor puede construirse mediante 2 lentes sencillas, en forma parecida a un microscopio compuesto. Una lente de gran tamaño ( longitud ) focal hace de objetivo siendo su misión recoger tanta luz como sea posible. El ocular es una lente de corta longitud focal. El objetivo forma una imagen real y disminuida de un cuerpo celeste, a la que a su vez se observa mediante el ocular.
TEODOLITOS: Instrumento de precisión que se compone de un circuito horizontal y un semicírculo vertical, ambos graduados y provistos de anteojos, para medir ángulos en sus planos respectivos. NIVELES: Los niveles se usan para inspeccionar superficies planas y ángulos rectos. Aunque estas herramientas no están clasificadas en revalidada como calibradores, sirve básicamente para los mismos propósitos. La mayoría de los niveles que se usan en el taller de maquinado pertenece al tipo de alcohol o de burbuja y se utilizan en una amplia gama de ajustes de piezas de trabajo y en la instalación de maquinas herramientas.
INSTRUMENTOS MECANICOS (TERMÓMETROS) Existen diferentes formas y efectos para medir la temperatura, los principalesson los efectos mecánico y eléctrico. BASES Y FUNDAMENTOS DE MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA POR EFECTOS MECÁNICOS Los efectos mecánicos dependen del cambio físico (dimensión mecánica), ocasionado por un cambio de temperatura de algún material. Los materiales encapsulados en vidrio son los que se han usado con mayor frecuencia para la fabricación de termómetros. En éstos el bulbo sensor contiene la mayor cantidad del líquido que cambiará de volumen, según haya incremento o decremento de la temperatura, con una correlación y regresión lineal. Los dos líquidos que se utilizan con mayor frecuencia son el alcohol y el mercurio. El alcohol tiene un coeficiente de expansión más alto que el mercurio, aunque su uso estará limitado sólo en bajas temperaturas, ya que herviría a altas temperaturas, por lo que da rangos de operación con buena linealidad, desde -30hasta 150°C, mientras que el rango del mercurio es de -30 hasta 360°C. Al referirnos a la norma industrial japonesa JIS B 7411 (1977), vemos que marca los siguientes puntos relacionados con termómetros de alcohol y mercurio. 1. Alcance Termómetros tipo inmersión total de bulbo, sensor líquido en vidrio con rangos de escala de -30 hasta +360°C. 2. Definición de términos Inmersión total. Mantener el termómetro inmerso hasta el tope de la columna del líquido en la temperatura que va a medirse. Líquido sensitivo de la temperatura. El líquido que está contenido en el bulbo del termómetro para indicar en el tubo capilar la variación de temperatura que causa la expansión del líquido.
Cambio secular. El cambio en la indicación del termómetro a la temperatura de referencia en un lapso determinado. El cambio secular se debe a que el termómetro se encuentra inmerso en forma total en el medio que va a verificar con respecto a una temperatura de referencia y durante un lapso determinado.
MEDICION DE PRECION MANOMETRO DE TUBO DE BOURDON Este medidor de presión tiene una amplia variedad de aplicaciones para realizar mediciones de presión estática; es barato, consistente y se fabrica en diámetros de 2 pulgadas (50 mm) en caratula y tienen una exactitud de hasta0.1% de la lectura a escala plena; con frecuencia se emplea en el laboratorio como un patrón secundario de presión. Un nanómetro con tubo bordón en los que la sección transversal del tubo es elíptico o rectangular y en forma de C. Cuando se aplica presión interna al tubo, este se reflexiona elástica y proporcionalmente a la presión y esa deformación se transmite a la cremallera y de esta al piñón que hace girar a la aguja indicadora a través de su eje. Las escalas, exactitudes y modelos difieren de acuerdo con el diseño y aplicación, con lo que se busca un ajuste que de linealidad optima e histéresis mínima
Manómetro diferencial El movimiento del núcleo debido a la diferencia de presiones P1 Y P2 hace que las espiras del transformador y el campo magnético entre primarios y secundarios* se fortifique o se debilite, lo que permite realizar mediciones con manómetros comerciales de presiones hasta de 0.000035 psi (0.24). El principio eléctrico en el autotransformador está basado en las leyes de feraday-lenz del electromagnetismo. Un campo magnético entre un primario y un secundario: Enrollamientos de alambre de transformador eléctrico que produce un campo magnético entre dichos enrollamientos al paso de la corriente eléctrica alterna. Registrador de presión diferencial El registrador de presión diferencial PCE-MS cuenta con rangos de medición a elegir por el usuario (p.e. el modelo PCE-MS 3: 25, 50, 100 o 250 Pa), con salidas analógicas a elegir y con una pantalla LCD. Este registrador de presión diferencial se alimentan a través de la red (13... 30 VDC / VAC). Ha sido especialmente concebido para usuarios que se mueven en rangos de presión de precisión. Podrá volver a configurarlo in situ siempre que lo desee. La estabilidad obtenida para periodos prolongados es superior al 0,5 % (con respecto a todo el rango de medición).
PAR MECANICO DE DEFINICION DE TORSION Se dice que una barra esta en torsión cuando esta rígidamente sujeta en uno de sus extremos y torcida en el otro extremos y torcida en el otro extremo por un par mecánico o torque (t(=fd)) aplicar en un plano perpendicular al eje de la barra
MOMENTO DE TORSION Ocasionalmente un númer de pares actúan a lo largo de un eje. En e ste caso es conveniente introducir una nueva cantidad. El momento de torsión par a cualquier sección a lo largo de la bar ra se define como la suma algebraica de lo s momentos de los pares aplicados que yacen a un lado de la sección en cuestión. La elección del lado siempre es arbitrar ia.
MOMENTO POLAR DE INERCIA Para un eje circular hueco de un diámetro exterior Do, y con el orificio circular concéntrico de diámetro Di, el momento polar de inercia del área de seccióntransversal. Que desplegando algebraicamente son: J = (D2 –D2) (D2 –D2) = J = (D2 +D2) (Do +Di) =(Do -Di) Esta fórmula es especialmente útil para tubos donde (Do-Di) es pequeña.
DEFORMACION AL CORTE Una línea generadora a-b marcada en la superficie de una barra sin carga se moverá a una posición como la mostrada a-b después de aplicar un momento de torsión T. El ángulo, medido en radiantes, entre las posiciones final e inicial de la línea generadora se define como la deformación al corte en la superficie de la barra; la misma definición podría mantenerse en cualquier punto interior de la barra.
ANGULO DE TORSION Si un eje de longitud L Está sujeto a un momento de torsión constante T a lo largo de su longitud. Entonces el ángulo en que un extremo de la barra se tuerce en forma relativa y respecto al otro es: = TL = 32 T L GJ G D4 –D4)
Medidores de esfuerzos mecánicos Hay distintas clases de fuerzas o ¨esfuerzo que se representa al tratar las propiedades mecánicas de los materiales .En general, se define el esfuerzo como una fuerza que actúa sobre el área unitaria en la que se aplica .en la figura 63(a)se ilustra los fuerzas de tensión ,comprensión ,corte, flexión .La deformación unitaria se define como el cambio de dimensión por unidad de longitud .El esfuerzo se suele expresar en Pa (pascales)o en psi(libras por pulgadas cuadradas, por su siglas en ingles ).La deformación unitaria no tiene dimensiones y con frecuencia se expresa en Pulg/pulg o en cm/cm Al describir el esfuerzo y al deformación unitaria ,es útil imaginar que el esfuerzo es la causa y la deformación unitaria es el efecto .normalmente ,los esfuerzos de tensión y de corte se presenta con los símbolos y respectivamente .Las deformaciones de tensión y de corte se representa con los símbolos £ y ,respectivamente .En muchas aplicaciones sujetas a cargas dinámicas ,intervienen esfuerzos d tensión o de compresión .Los esfuerzos cortantes o decizallamiento, suelen encontrar en el procesamiento tú de materiales en técnicas como la extrusión de polímeros .También se encuentran en aplicaciones estructurales .0bservese que aun esfuerzo pensil simple, aplicado en una dirección ,causa un esfuerzo cortante en componentes con otras direcciones (parecidos al caso descrito en la ley se Schmidt. La deformación (unitaria ) elástica se define como una deformación restaurarle debido a un esfuerzo aplicado .La deformación es la ¨elásticas se desarrolla en forma instantánea; es decirse presenta tan pronto como se aplica la fuerza, permanece mientras se aplica el esfuerzo y desaparece tan pronto como se retira la fuerza .Un material sujeto a una deformación elástica no muestra deformación permanente ; es decir ,regresa a su forma original cuando se retira la fuerza o el esfuerzo .imagínate que resorte metálico rígido se estira una cantidad pequeña y entonces se suelta. Si regresa con rapidez asas dimensiones originales, la deformación que se produjo en el resorte era elástica. En muchos materiales, el esfuerzo y la deformación elástico siguen una ley lineal. La
pendiente en la porción lineal de la curva esfuerzo y la contra deformación unitaria a tensión define al modulo de Young o modulo de elasticidad (E)de un material (b).Las unidades de E se mide en pascales (paz) o en libras por pulgadas cuadrada (psi),las mismas que las del esfuerzo .En los elastómeros se observa deformaciones elásticas grandes, como en el hule natural o las siliconas, donde la relación entre esfuerzo y deformación elásticos no es lineal . En ellos, los enormes deformación elásticas se explica por el enredado y desenredado de moléculas semejante a resortes (capítulos 15).Al manejar esos materiales, se usa la pendiente de la tangente en cualquier valor determinado del esfuerzo o d ella deformación, y se le considera como una cantidad variable que reemplaza al modulo de Young. [6-3(b)].el inverso del modulo de Young se llama flexibilidad (o capacidad elástica de deformación) del material. De forma parecida ,se define al modulo de elasticidad cortante (G) como la pendiente dela parte lineal de la curva de esfuerzo cortante contra deformación cortante La deformación permanente en un material se llama deformación plástica .En este caso, cuando s e quita el esfuerzo ,el material no regresa a su forma original ¡La abolladura en un auto es deformación plásticas Observa que aquí la palabra ¨plástica ¨ no indica deformación En un material plástico o polímero, sino mas bien una clase deformación en cualquier material La rapidez con que se desarrolla la deformación en un material se define como velocidad de deformación (€ o y, respectivamente ,para la velocidad de formación por tensión y por cortantes). Un material viscosos es un en cual se desarrolla la deformación durante ciertos tiempo, y el material no regresa a su forma original al quitar el esfuerzo. El desarrollo de la deformación toma tiempo, y no esta en fase con el esfuerzo aplicado (es decir, la deformación es plástica)Un material visco elástico(o analístico) puede concebirse como uno cuya respuesta es intermedia entre la de un material elástico. En un material visco elástico, el desarrollo de una deformación permanente se parece a un material viscoso .sin embargo ,a diferencia de un material viscoso, cuando se quita el esfuerzo aplicado ,parte de la deformación desaparece después de cierto tiempo Una descripción cualitativa del desarrollo de la deformación en función de l tiempo ,e relación con una fuerza aplicada en los materiales elásticos, viscosos y visco
elástico. En los materiales visco elástico mantenidos dijo deformación constante, al pasar el tiempo ,la magnitud del esfuerzo disminuye Al tratar materiales fundidos ,líquidos y dispersiones ,como pinturas o geles ,se requieren una descripción de la resistencia al flujo o corrimiento bajo la acción den esfuerzo aplicado y la velocidad de deformación cortante es lineal el material newton .
Medidores de Dureza Otra propiedad mecánica que puede ser sumamente importante considerar es la dureza, la cual es una medida de la resistencia de un material ala de formación plástica localizada (por ejemplo, una pequeña abolladura o rayadura ).los primeros ensayos de dureza se basaban en el comportamiento de los minerales junto con una escala construida según la capacidad de un material para rayar a otro más blando .Un método cualitativo de ordenar de forma arbitraria la dureza es ampliamente conocido y se denomina escala de Mohs la cual va desde 1 en el extremo blando para el talco hasta 10 para el diamante .A lo largo de los años se han ido desarrollando técnicas cuantitativas de dureza que se basaban en un pequeño penetrador que es forzado sobre una superficie del material a ensayar en condiciones controladas de carga y velocidad de aplicación de la carga .En estos ensayos se miden la profundidad o tamaño de la huella resultante ,lo cual se relaciona con un numero de dureza ;cuanto más blando es el material ,mayor y más profunda es la huella ,y menor es el numero de dureza.las dureza. Las dureza medidas tienen solamente un significado relativo (y no absoluto),y es necesario tener precaución al comparar dureza obtenidas por técnicas distintas Ensayos de dureza Rockwell El ensayo de dureza de Rockwell constituye el método más usado para medir la dureza debido a que es muy simple de llevar acabo y no requiere conocimientos especiales. Se puede utilizar diferentes escalas que provienen de la utilización de distintas combinaciones de penetradores y cargar, lo cual permite ensayar
virtualmente cualquier metal desde el más duro al más blando. Los penetradores son bolas esféricas de acero endurecido que tienen diámetros de 1/16,1/6,1/4y1/”pulg.(1,588,3,175,6,350y12,70mm)y un penetrador cónico de diamante (Brale), el cual se utiliza para los materiales más duros. Con este sistema, se determina un numero de dureza a partir de la diferencia de profundidad de penetración que resulta al aplicar primero una carga inicial pequeña y después una carga mayor; la utilización de la carga pequeña aumenta una exactitud de la medida .Basándose en la magnitud de las cargas mayores y menores ,existen dos tipos de ensayo :Rockwell y Rockwell superficial .En el ensayo de Rockwell ,la carga de menor es de 10kg, mientras las cargas mayores son 60,100y150kg.cada escala está representada por una letra del alfabeto ;en las tablas 6.4y 6.5ª se indican varias de
Esta escala junto con los penetradores y cargas correspondiente .para ensayos superficiales, la carga menor es de 3kg, mientras que el valor de la carga mayor puede ser 15,30 o 45kg.esta escala se identifica mediante un numero (15.30 o 45 según la carga )y una letra (N,T,W,o Y, según el penetrador).Los ensayos superficiales se realizan frecuentemente en probetas delgadas .La tabla 6.5b presenta varias escalas de dureza superficiales Cuando se especifican dureza Rockwell y superficiales ,debe indicarse, además del numero de dureza , el símbolo de la escala utilizada .la escala se designa por el símbolo HR seguido por una identificación de la escala ,por ejemplo,80HRB representa una dureza Rockwell de 80 en la escala B ,y 60 HR30W indica una dureza superficial de 60 en las escalas 30W. Para cada escala las durezas pueden llegar a valores de 130; sin embargo a medida que la dureza alcanza valores superiores a 100 o inferiores a 20 en cualquier escala , estos son pocos exactos; debido a que las escalas se solapan en esta situación es mejor utilizar la escala vecina más dura o vecina más blanda respectivamente También se producen inexactitudes si la muestra es demasiado delgada, si la huella se realiza demasiado cerca de un borde, o bien si dos huellas están demasiado próximas .El espesor de la probeta debe ser por lo menos alrededor de 10 veces la profundidad de la huella, también debe haber un espacio de tres diámetros de huella entre el centro de una huella y el borde de la probeta, o bien con el centro de la otra indentacion. Además los ensayos de probeta apiladas una sobre otra no es recomendable. La exactitud también depende de si la dureza se toma sobre una superficie perfectamente lisa. Los equipos modernos para la medida de la dureza Rockwell, esta automatizados y son de muy fácil utilización; la dureza es medida directamente, y cada medida requiere únicamente unos pocos segundos Los equipos modernos de ensayo también permiten la variación del tiempo de aplicación de la carga .Esta variable debe ser considerada al interpretar los resultados de los ensayos de dureza. Ensayo de dureza de Brinell En los ensayo de dureza de brinell .así como en las dureza de Rockwell, se fuerza un penetrador duro esférico en la superficie del metal a ensayar .El diámetro del penetrador de acero endurecido (o bien de carburo de tungsleno)es de 10,00mm(0,394pulg).Las cargas normalizadas están
comprendidas entre 500y 3000kg en incremento de 500kg:durante un ensayo ,la carga se mantiene constante durante un tiempo especificado (entre 10 y 30s).Los materiales más duros requieren cargas mayores .El numero de dureza brinell.HB, es una función de tanto la magnitud de la carga como del diámetro de la huella resultante (véase la tabla 6.4).Este diámetro se mide con una lupa de pocos aumentos ,que tienen una escala graduada en el ocular .El diámetro medido entonces convertido a un numero HB aproximado usando una tabla; en esta tecnica solamente se utiliza una escala. Los requerimientos de espesor de la muestra, de posición de la huella (relativa a los bordes de la muestra) y de separación mínima entre huellas son los mismos que en los ensayos Rockwell .Además, se necesita una huella bien definida, lo cual exige que la superficie sobre la cual se realiza la huella sea perfecta lisa.
Ensayo de micro dureza vickers y knoop Otra dos técnicas de ensayo son la dureza knoop y la dureza vickers (también a veces denominas pirámide).En estos ensayos, un penetrador de diamante muy pequeño y de geometría piramidal es forzado en la superficie de la muestra .Las cargas aplicadas ,mucho menores que en las técnicas Brinell y Rockwell ,están comprendidas entre 1y 1000g.La marca resultante se observa al microscopio y se mide; esta medida entonces convertidas en números de dureza (tabla 6.4)es necesario que la superficie de la muestra haya sido preparada cuidadosamente (mediante desbaste y pulido)para poder asegurarse una huella que pueda ser medida con exactitud. Las durezas knoop y vickers se designan por Hk y HV, respectivamente, y las escalas de dureza para ambas técnicas son aproximadamente equivalente. Las técnicas knoop y vickers se consideran ensayos de micro dureza debido A la magnitud de la carga y al tamaño del indentador .Ambas son muy convenientes para la medida de dureza de
pequeñas regiones seleccionadas en la superficie de la muestra ;además ambas técnicas knoop y vickers son utilizadas para el ensayo de materiales frágiles ,tales como las cerámicas.
Conversión de la dureza Es muy conveniente disponer de métodos para convertir la dureza de unas escalas a otra .Sin embargo, puesto que la dureza no es una propiedad del material muy bien definida ,y debido a las diferencias experimentales de cada técnicas , no se ha establecido un método general para convertir las durezas de una escala a otra .Los datos de conversión han sido determinados experimentalmente y se han encontrado que son dependientes del tipo de material
y de las características .La escala de conversión más fiable que existe es la que corresponde a aceros .Estos dato se presentan en la figura 6.17para las durezas de knoop y brinell y de las dos escalas de Rockwell;también se incluye la escala de Mohs ,como resultado de lo que se ha dicho anteriormente debe tenerse mucho cuidado al extrapolar estos datos a otras sistemas de aleaciones Correlación entre dureza y la resistencia ala tracción Tanto la resistencia a la tracción como la dureza son indicadores de la resistencia de un metal a la deformación plástica. Por consiguiente, estas propiedades son, a grandes rasgos, proporcionales, tal como se muestra en la figura .18 para la resistencia ala tracción en función de la HB en el caso de la fundición, aceros latones. Tal como se indica en la figura 6.18, la relación de proporcionalidad no es la misma para todos los metales .Como regla general ,para la mayoría de los aceros ,el numero HB y la resistencia ala tracción están relacionados de acuerdo con: Ts (psi)=500Xhb (6.19a) Ts (MPa)=3,45Xhb (6.19b) Los ensayos de dureza se realizan con mucha mayor frecuencia que cualquier otro ensayo por varias razones: 1. Son sencillo y baratos, y ordinariamente no es necesario preparar una muestra especial
Instrumentos de medición por coordenadas (X,Y, Z) …
DOMINIO DE LA NORMALIZACIÓN. (EJE X) En este eje se encuentran las actividades económicas de una región como por ejemplo: ciencia, educación, medicina, metalurgia, agricultura, industria alimentaria, fruticultura, etc. Un objeto de normalización puede permanecer a más de un dominio. ASPECTOS DE LA NORMALIZACIÓN. (EJE y) Es un grupo de exigencias semejantes o conexas. La norma de un objeto puede referirse a un solo aspecto, o bien contemplar varios aspectos, como es el caso general de normas de producto NIVELES DE NORMALIZACIÓN. (EJE Z) Cada nivel está definido por el grupo de personas que utilizan la norma; como por ejemplo: empresas, asociación, nación, y grupo de naciones. Las normas de la empresa son la base para cada campo y ciclo de control en las actividades de una empresa.