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Modelo de la Falange

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>Modelo

ID:(65, 0)



Modelos de falanges

Definición

Si observamos la estructura de un dedo vemos que consta de un total de cuatro falanges en donde la primera se encuentra en la zona de la palma de la mano:

Modelo de la mano con múltiples cilindros representando las falanges

La movilidad general son las articulaciones en torno a un eje perpendicular a todas las falanges. Solo entre la primera y segunda falange existe una posibilidad de rotación en torno a un eje perpendicular a la palma de la mano.

Este esquema se repite para todos los dedos incluyendo el pulgar.

ID:(2695, 0)



Fuerza en una falange

Imagen

Modelo mecánico de la falange puede ser comprendido como un elemento con un centro de masa 'O' largo l y radio r.

En los dos extremos A y B actúan las fuerzas \vec{G} y \vec{F} y tensión \vec{T}

Diagrama de las fuerzas que actúan sobre una falange

El proceso de calculo se puede resumir en las siguientes etapas:

(G_x,G_y)\rightarrow (F_x,F_y)\rightarrow (F_l,F_r)\rightarrow (G_l,G_r)\rightarrow (G_x,G_y)

en donde:

(G_x,G_y)\rightarrow (F_x,F_y): acción y reacción en interface entre falanges

(F_x,F_y)\rightarrow (F_l,F_r): cambio por distinto sistema de coordenadas (sistema rotado)

(F_l,F_r)\rightarrow (G_l,G_r): transmisión de fuerza y torque en falange

(G_l,G_r)\rightarrow (G_x,G_y): cambio de coordenadas

ID:(2696, 0)



Acción y reacción

Nota

Etapa: (G_x,G_y)\rightarrow (F_x,F_y)

Para que el centro de masa no se desplace, la fuerzas \vec{G} y \vec{F} deben compensarse, o sea

\vec{G}+\vec{F}=0

o sea

\vec{G}=-\vec{F}

ID:(4642, 0)



Fuerza sobre la falange

Cita

Etapa: (F_x,F_y)\rightarrow (F_l,F_r)

La fuerza que actúa sobre el dedo como reacción a la fuerza que realizamos al manipular un objeto se puede expresar ya sea en coordenadas cartesianas (F_x,F_y) o como componentes en el eje de la falange F_l y perpendicular a esta F_r.

ID:(1346, 0)



Fuerza sobre la falange, anterior

Ejercicio

Etapa: (F_l,F_r)\rightarrow (G_l,G_r)

La falange actúa sobre la falange anterior que debe aportar la fuerza necesaria para estabilizarla. Esta la denominaremos \vec{G}. Esta a su vez genera, como reacción, la fuerza \vec{F} de la falange anterior. Como ayuda a la falange anterior participa un tendón que actúa en forma paralela al eje del dedo generando una fuerza T.

Para que el centro de masa no se desplace es necesario que las fuerzas radiales se compensen, es decir

G_r+F_r=0

Lo mismo se exige a las fuerzas en dirección del eje del dedo:

G_l+F_l-T=0

De igual forma se debe anular los torques por lo que

\displaystyle\frac{l}{2}G_r-\displaystyle\frac{l}{2}F_r+rT=0

ID:(1347, 0)



Modelo de la Falange

Storyboard

Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$\theta$
theta
Angulo de la Falange respecto de la Vertical
rad
$F_l$
F_l
Componente $l$ de la Fuerza $\vec{F}$
N
$F_r$
F_r
Componente $r$ de la Fuerza $\vec{F}$
N
$F_x$
F_x
Componente $x$ de la Fuerza $\vec{F}$
N
$F_y$
F_y
Componente $y$ de la Fuerza $\vec{F}$
N
$G_l$
G_l
Fuerza Axial
N
$\vec{F}_A$
&F_A
Fuerza de acción (vector)
N
$\vec{F}_R$
&F_R
Fuerza de reacción (vector)
N
$G_x$
G_x
Fuerza de Reacción en $x$
N
$G_y$
G_y
Fuerza de Reacción en $y$
N
$T$
T
Fuerza del Tendón
N
$G_r$
G_r
Fuerza Radial
N
$F_i$
F_i
i-esima Fuerza
$T_i$
T_i
i-esimo Torque
N
$l$
l
Largo de una Falange
m
$r$
r
Radio de una Falange
m

Cálculos


Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar



Ecuaciones


Ejemplos

Si observamos la estructura de un dedo vemos que consta de un total de cuatro falanges en donde la primera se encuentra en la zona de la palma de la mano:

image

La movilidad general son las articulaciones en torno a un eje perpendicular a todas las falanges. Solo entre la primera y segunda falange existe una posibilidad de rotaci n en torno a un eje perpendicular a la palma de la mano.

Este esquema se repite para todos los dedos incluyendo el pulgar.

Modelo mec nico de la falange puede ser comprendido como un elemento con un centro de masa 'O' largo l y radio r.

En los dos extremos A y B act an las fuerzas \vec{G} y \vec{F} y tensi n \vec{T}

image

El proceso de calculo se puede resumir en las siguientes etapas:

(G_x,G_y)\rightarrow (F_x,F_y)\rightarrow (F_l,F_r)\rightarrow (G_l,G_r)\rightarrow (G_x,G_y)

en donde:

(G_x,G_y)\rightarrow (F_x,F_y): acci n y reacci n en interface entre falanges

(F_x,F_y)\rightarrow (F_l,F_r): cambio por distinto sistema de coordenadas (sistema rotado)

(F_l,F_r)\rightarrow (G_l,G_r): transmisi n de fuerza y torque en falange

(G_l,G_r)\rightarrow (G_x,G_y): cambio de coordenadas

Etapa: (G_x,G_y)\rightarrow (F_x,F_y)

Para que el centro de masa no se desplace, la fuerzas \vec{G} y \vec{F} deben compensarse, o sea

\vec{G}+\vec{F}=0

o sea

\vec{G}=-\vec{F}

Etapa: (G_x,G_y)\rightarrow (F_x,F_y)

La acci n de una falange \vec{G} a la reacci n por la otra \vec{F} que segun la tercera ley de Newton debe ser

equation=3240

lo que en la direcci n \hat{x} es

equation

Etapa: (G_x,G_y)\rightarrow (F_x,F_y)

La acci n de una falange \vec{G} a la reacci n por la otra \vec{F} que segun la tercera ley de Newton debe ser

equation=3240

lo que en la direcci n \hat{y} es

equation

Etapa: (F_x,F_y)\rightarrow (F_l,F_r)

La fuerza que act a sobre el dedo como reacci n a la fuerza que realizamos al manipular un objeto se puede expresar ya sea en coordenadas cartesianas (F_x,F_y) o como componentes en el eje de la falange F_l y perpendicular a esta F_r.

Etapa: (F_x,F_y)\rightarrow (F_l,F_r)

Con las fuerzas en los ejes de la falange F_l y perpendicular a ella F_r tiene una componente en la direcci n \hat{x} es

equation

Etapa: (F_x,F_y)\rightarrow (F_l,F_r)

Con las fuerzas en los ejes de la falange F_l y perpendicular a ella F_r tiene una componente en la direcci n \hat{y} es

equation

Etapa: (F_x,F_y)\rightarrow (F_l,F_r)

Con la fuerza \vec{F}, con componentes \hat{x} y \hat{y} se puede calcular la proyecci n en la direcci n del eje de la falange:

equation

donde \theta es el angulo entre la fuerza y el eje de la falange.

Etapa: (F_x,F_y)\rightarrow (F_l,F_r)

Con la fuerza \vec{F}, con componentes \hat{x} y \hat{y} se puede calcular la proyecci n en la direcci n perpendicular al eje de la falange:

equation

donde \theta es el angulo entre la fuerza y el eje de la falange.

Etapa: (F_l,F_r)\rightarrow (G_l,G_r)

La falange act a sobre la falange anterior que debe aportar la fuerza necesaria para estabilizarla. Esta la denominaremos \vec{G}. Esta a su vez genera, como reacci n, la fuerza \vec{F} de la falange anterior. Como ayuda a la falange anterior participa un tend n que act a en forma paralela al eje del dedo generando una fuerza T.

Para que el centro de masa no se desplace es necesario que las fuerzas radiales se compensen, es decir

G_r+F_r=0

Lo mismo se exige a las fuerzas en direcci n del eje del dedo:

G_l+F_l-T=0

De igual forma se debe anular los torques por lo que

\displaystyle\frac{l}{2}G_r-\displaystyle\frac{l}{2}F_r+rT=0

Etapa: (F_l,F_r)\rightarrow (G_l,G_r)

Para compensar el torque F_r debemos aplicar una tensi n T igual al torque

equation=4431

por lo que

equation

Etapa: (F_l,F_r)\rightarrow (G_l,G_r)

Para que el centro de masa no se desplace es necesario que las fuerzas radiales se compensen,

equation=10753

es decir

equation

Etapa: (F_l,F_r)\rightarrow (G_l,G_r)

Para que el dedo se mantenga y no rote el torque total debe ser nulo,

equation=10754

es decir

rG_l+rF_l-lF_r=0

por lo que la componente G_l es igual a

equation

Cuando un cuerpo esta en equilibrio su centro de masa no se esta desplazando. Para ello la suma de las fuerzas sobre este deben ser nula o sea con list debe ser

equation

Cuando un cuerpo est en equilibrio con respecto a la rotaci n, no gira alrededor de su centro de masa. Para lograrlo, la suma de los momentos de torsi n sobre el cuerpo debe ser cero. Esto implica que:

kyon

La relaci n entre la fuerza de acción ($F_A$) y la fuerza de reacción ($F_R$) unidimensional

equation=10984

se puede generalizar para m s dimensiones con la fuerza de acción (vector) ($\vec{F}_A$) y la fuerza de reacción (vector) ($\vec{F}_R$) como

kyon


>Modelo

ID:(65, 0)