Elementos de la fuerza
En toda magnitud vectorial como la fuerza, debemos considerar los siguientes elementos:
1. Punto de aplicación, que es el lugar del cuerpo donde se aplica la fuerza.
2. La dirección, que queda señalada por la recta según la cual se manifiesta la fuerza.
3. El sentido, ya que en toda dirección hay dos sentidos opuestos.
4. El valor absoluto o intensidad de la fuerza
Elementos de la fuerza
Leyes de Newton
Primera ley de Newton o Ley de la inercia
Segunda ley de Newton o Ley de la aceleración
Tercera Ley de Newton o Ley de acción y reacción
Inercia
Un cuerpo continúa en estado de reposo o en movimiento uniforme en línea recta , a menos que sea obligado a cambiar su estado por las fuerzas que se ejercen sobre él.
(Gp:) Fuerza
(Gp:) Cambia el estado de movimiento
Aceleración
La aceleración de un cuerpo (el cambio de velocidad con el tiempo) tiene la misma dirección y sentido y es proporcional a la fuerza que lo produce, y es inversamente proporcional a la masa del cuerpo.
Acción y reacción
Por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo.
¡Ojo! Este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas.
Propiedades Mecánicas de los Materiales
Es el estudio del comportamiento de los materiales ante la acción de fuerzas, es decir, que se ocupa del comportamiento de las estructuras internas de la materia ante la acción de fuerzas externas.
Las fuerzas (energía mecánica) que actúan sobre un material pueden modificar la distancia entre los átomos y las moléculas.
Deformación Mecánica o Deformación
Es el cambio de forma de un cuerpo como consecuencia de la modificación interna en la posición y distancia entre los átomos y las moléculas
Acción de fuerzas opuestas
(Gp:) Fuerza aplicada
(Gp:) ¿Qué es?
La tensión que se opone a la fuerza externa tiende a mantener la posición original de los átomos y moléculas
¿Qué es la tensión?
Es la resultante de las fuerzas internas generadas o inducidas entre los átomos o moléculas.
Cuando las fuerzas externas son grandes pueden superar la tensión máxima posible de inducir (fuerza dada por las uniones químicas), llevando a la ruptura del cuerpo (separación de los átomos ó moléculas que lo componen en una zona).
Cuerpos rígidos
Son aquellos cuerpos que se deforman muy poco ante la acción de una fuerza, ejemplo: un bloque de vidrio, de acero, una piedra, un diente, un hueso
Cuerpo elástico
Es aquel que al ser deformado por acción de una fuerza, al cesar la misma recupera su forma original. Esto sucede con los resortes, varillas de acero, gomas, elásticos
Propiedades elásticas de músculos y articulaciones, arterias
Límite elástico
Es un valor que al ser superado por una fuerza ejercida sobre un cuerpo elástico provoca que este no recupere totalmente su forma original.
Cuerpos plásticos
Son aquellos cuerpos que se deforman cada vez que se aplica una fuerza sobre ellos, pero que no recuperan su forma original, debido a la plasticidad.
Ej: la arcilla, la cera, la plastilina, materiales de restauración e impresión odontológica, como resinas e impresión con alginato.
Impresión con alginato
Gráfico tensión – deformación
Una curva de este tipo puede obtenerse en un ensayo bajo compresión o tracción
A: Comportamiento elástico
B: Comportamiento plástico
(Gp:) Deformación
(Gp:) Tensión
(Gp:) A
(Gp:) B
¿Dónde se ubica el límite elástico?
Límite de ruptura
Es la fuerza máxima que puede soportar un cuerpo sin romperse
¿Qué es la Resistencia?
Es la tensión máxima que puede soportar un material.
El valor de la resistencia estará relacionado con las uniones químicas y cuánto más numerosas y más firmes sean éstas mayor será la resistencia de un material.
Tipos de tensiones y resistencias
Las fuerzas externas pueden actuar sobre un cuerpo (por lo tanto sobre el material que lo compone) en distintas direcciones y eso permite clasificar las tensiones, deformaciones y resistencias en:
Compresivas
Traccionales
Tangenciales ó de corte
Fuerzas de compresión
Cuando 2 fuerzas de igual dirección (actuando sobre una misma recta) y de sentido contrario tienden a disminuir la longitud del cuerpo (aplastarlo – comprimirlo) se produce una deformación compresiva y si se estudia la tensión máxima que puede llegar a inducir, se habla de Resistencia compresiva.
Fuerza externa compresiva
Tensión compresiva
Fuerzas de Tracción
Si las 2 fuerzas de igual dirección y sentido contrario tienden a aumentar la longitud del cuerpo (estirarlo-traccionarlo) se inducen tensiones y se producen deformaciones traccionales.
En estas condiciones la resistencia es traccional.
(Gp:) Fuerza traccional
(Gp:) Tensión traccional
Ambas fuerzas actúan en la misma dirección( a lo largo del eje longitudinal)
Restauración con material cerámico
La resistencia de estos materiales es alta ante cargas compresivas, no así bajo tracción debido a defectos en su estructura y al no poderse evitar en la práctica ni tampoco poder disipar las tensiones traccionales, el material se fractura ante éste tipo de esfuerzo.
Fuerzas de corte o tangenciales
El corte es inducido por la aplicación de fuerzas de sentido contrario, pero no actuando en la misma dirección sino en direcciones próximas y paralelas. Tensiones y Resistencias de Corte acompañan al proceso.
(Gp:) Fuerza de corte
(Gp:) Tensión de corte
Medir la resistencia de un material
es medir la carga necesaria para romper un cuerpo construído con ese material.
R = F/S
Pa = N/m²
Esta unidad resulta pequeña para las tensiones y resistencias que se encuentran en los materiales. Generalmente se usa el megapascal (Mpa)
(aprox. 1.000.000 de Newton/m2)
Elementos de mecánica para ortodoncia
La aplicación de fuerzas sobre un cuerpo en reposo puede vencer su inercia y ponerlo en movimiento
Desplazándolo en línea recta
Haciéndolo rotar
¿De qué depende?
Centro de Masa
Es el punto a través del cual debe pasar una fuerza aplicada, para mover un objeto libre en forma lineal, sin rotación alguna.
Un diente dentro de un sistema periodontal no es un cuerpo libre, pues está restringido por el periodonto.
Centro de resistencia
Es análogo al centro de masa, para cuerpos restringidos. Es el punto de un cuerpo (diente) sobre el que una fuerza única produciría traslación, es decir, todos los puntos del diente se moverían en paralelo y en línea recta.
El centro de resistencia de un diente depende de la longitud y morfología radicular, de la cantidad de raíces y del nivel de soporte por parte del hueso alveolar
F
Momento de la fuerza
Las fuerzas ortodónticas, en general, se aplican sobre la corona de un diente. Por lo tanto, a menudo la aplicación de la fuerza no se produce a través del centro de resistencia del diente, y da por resultado cierto movimiento rotacional.
El momento de la fuerza es la tendencia de la fuerza a producir rotación. Se determina multiplicando la magnitud de la fuerza por la distancia perpendicular desde la línea de acción hasta el centro de resistencia.
F
d
Momento de una cupla
Las cuplas producen movimiento rotacional puro en torno del centro de resistencia independientemente del sitio donde se aplique la cupla sobre el objeto.
Una cupla consiste en dos fuerzas paralelas de igual magnitud que actúan en direcciones opuestas y separadas por una distancia.
La magnitud del momento de la cupla (o torque) es igual al producto de las fuerzas por la distancia entre ellas
F = 50 g
F = 50 g
8 mm
SISTEMA DE FUERZAS
Las fuerzas aplicadas pueden ser:
Fuerzas de igual dirección y sentido
Fuerzas de la misma dirección y sentido contrario
Fuerzas concurrentes
Composición de fuerzas paralelas en distintos puntos de aplicación
Cuando sobre un sistema (diente, por ejemplo) actúan varias fuerzas, para predecir el tipo de movimiento que ocurrirá se debe determinar el sistema de fuerza equivalente a nivel del centro de resistencia.
Fuerzas de igual dirección y sentido
La resultante tiene esa misma dirección y ese mismo sentido, y su intensidad es la suma de las intensidades.
Fuerzas de la misma dirección y sentido contrario
La resultante tiene la misma dirección, pero su sentido será el mismo que la fuerza que actúa con más intensidad. Su modulo será la diferencia de los módulos de las fuerzas componentes.
Fuerzas concurrentes
Las fuerzas concurrentes son aquellas que se cortan, estas o sus prolongaciones, en un punto.
La fuerza resultante de dos fuerzas concurrentes se calcula aplicando la regla del Paralelogramo, según la cual, la dirección y el sentido de la resultante son los de la diagonal del paralelogramo que esta formado por las fuerzas concurrentes y sus paralelas.
Si las dos fuerzas concurrentes tienen direcciones perpendiculares, el modulo de la resultante se puede calcular aplicando el teorema de Pitágoras:
Composición de fuerzas paralelas en distintos puntos de aplicación
La resultante de dos fuerzas paralelas del mismo sentido y con diferente punto de aplicación es una fuerza paralela a estas y con el mismo sentido. Su modulo es igual a la suma de los módulos de estas, y su punto de aplicación esta situado entre estas y divide al modulo que las une en partes inversamente proporcional a sus módulos.
La resultante de dos fuerzas paralelas de sentidos contrarios y con distinto punto de aplicación es una fuerza paralela a estas, su sentido es el de la mas grande, su modulo es igual a la diferencia de los módulos, y su punto de aplicación es exterior al segmento que las une y corta la recta que contiene este segmento en un punto, la distancia del cual a los puntos de aplicación de las fuerzas, es inversamente proporcional a los módulos de estas.
Diagrama de cuerpos libres
Es aquel que muestra todos los sistemas de fuerzas que actúan sobre el cuerpo.
PALANCAS
La palanca es una máquina simple que tiene como función transmitir una fuerza. Está compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro.
Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o la distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza.
Tipos de palanca
Las palancas se dividen en tres clases, dependiendo de la posición relativa de los puntos de aplicación de la potencia y de la resistencia con respecto al fulcro (punto de apoyo).
El principio de la palanca es válido indistintamente del tipo que se trate, pero el efecto y la forma de uso de cada uno cambian considerablemente.
Palanca de primera clase
En la palanca de primera clase, el fulcro se encuentra situado entre la potencia y la resistencia.
La potencia puede ser menor que la resistencia, aunque a costa de disminuir la velocidad transmitida y la distancia recorrida por la resistencia.
Tijera
Articulación del codo
Forceps
Elevadores
Palanca de segunda clase
En la palanca de segunda clase, la resistencia se encuentra entre la potencia y el fulcro.
La potencia es siempre menor que la resistencia, aunque a costa de disminuir la velocidad transmitida y la distancia recorrida por la resistencia.
Carretilla
Palanca de tercera clase
En la palanca de tercera clase, la potencia se encuentra entre la resistencia y el fulcro. Se caracteriza en que la fuerza aplicada es mayor que la obtenida; y se la utiliza cuando lo que se requiere es ampliar la velocidad transmitida a un objeto o la distancia recorrida por él.
Rama ascendente de la mandíbula
Articulación temporomandibular (ATM)
A.T.M.
Es la única articulación, móvil de la cabeza, establece conexión entre el hueso mandibular y los restantes huesos de la cabeza.
Interviene en diversas funciones: la masticación, la deglución, la articulación de la palabra, la expresión de los sentidos, el gusto y la respiración.
Todas estas funciones son de vital importancia y pueden traer alteraciones en las actividades de la vida diaria, como por ejemplo comer, hablar, etc.
La articulación témporo mandibular puede ser el desencadenante de algias faciales, cefaleas y dificultades en los movimientos mandibulares, por lo tanto, es necesario el conocimiento de la anatomía y biomecánica de esta articulación para poder abordar dicha problemática desde un equipo multidisciplinario, detectando y evaluando cual va a ser el correcto tratamiento para cada paciente en particular.
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