How Cables Work - With Diagrams! (Structures 1-2)

Summary

Paul Kasabian, un ingeniero estructural, ilustra cómo funcionan los cables mediante una demostración física con una cuerda y paquetes de arroz como peso. Expone cómo la posición del peso altera la tensión en la cuerda. Posteriormente, utiliza imágenes para demostrar visualmente cómo la tensión varía, utilizando rojo para representar la tensión y su profundidad para indicar su magnitud. Explica conceptos como la carga equilibrada, el aumento de tensión al separar pesos y cómo la tensión se distribuye en sistemas simétricos y asimétricos, concluyendo con una breve explicación de las puentes colgantes y la forma parábola de los cables.

Takeaways

• 😀 Paul Kasabian es un ingeniero estructural que explica cómo funcionan los cables mediante demostraciones físicas y diagramas.
• 📏 Se utilizó una cuerda y paquetes de arroz como peso para demostrar cómo la posición del peso afecta el movimiento del cable.
• 🔴 El color rojo representa la tensión en los diagramas, siendo más oscuro cuanto mayor es la tensión.
• 🎛 Cuando el peso está en la mitad del cable, la tensión se divide igualmente entre las manos que lo sostienen.
• 🔄 Al separar las manos, la tensión en la parte superior del cable aumenta, reflejando un rojo más oscuro.
• 🔄 Al mover el peso hacia un lado, la tensión aumenta en esa región, mostrando un rojo más oscuro en el diagrama.
• 🌉 Se menciona el Golden Gate Bridge como ejemplo de un puente de suspensión, donde los cables principales soportan el peso a través de horquillas verticales.
• 📐 La forma de un cable con carga equilibrada es parábolica, lo que se utiliza en la diseño de puentes de suspensión.
• 🏗️ Se muestra una imagen del puente de Manhattan en construcción para ilustrar el proceso de construcción de puentes y cómo se planifica la posición de los cables y la cubierta.
• 📚 La demostración fue cualitativa, enfocándose en entender cómo funcionan los cables en lugar de aplicar fórmulas cuantitativas.

Q & A

¿Qué profesión ejerce Paul Kasabian según el guion?

Paul Kasabian es un ingeniero estructural.

¿Qué herramienta utilizó Paul Kasabian para demostrar cómo funcionan los cables?

Utilizó un hilo físico y paquetes de arroz como peso para realizar una demostración física.

¿Cómo cambió el movimiento del cable cuando se le puso peso en diferentes partes?

El cable tuvo que moverse para soportar la tensión en la dirección de la fuerza que lo atravesaba, y llevar esa fuerza de tensión de vuelta a los soportes.

¿Qué representa el color rojo en las imágenes que Paul Kasabian muestra?

El color rojo representa la tensión en los cables, y cuanto más profundo sea el rojo, mayor será la tensión.

¿Qué sucede con la tensión en un cable vertical que sostiene un peso y es sujetado por una mano?

La tensión es la misma todo el camino por el cable, ya que el peso es constante y está en equilibrio.

¿Cómo se ve afectada la tensión cuando se coloca el peso en el medio de un cable y se separan las manos que lo sostienen?

La tensión se distribuye entre las dos manos, lo que hace que el color rojo se vuelva más claro, indicando una tensión menor en comparación con cuando el peso está en una sola mano.

¿Qué sucede con la tensión cuando se separan más las manos que sostienen el cable con un peso en el medio?

La tensión aumenta, lo que se refleja en un color rojo más oscuro en la parte superior del cable, debido a que se está ejerciendo una mayor fuerza horizontal para separar las manos.

¿Por qué hay una mayor tensión en un cable cuando se mueve el peso hacia un lado?

Cuando el peso se mueve hacia un lado, una de las manos asume más de la carga, similar a la situación inicial donde una mano sostiene todo el peso y la otra no hace nada.

¿Cómo afecta la adición de peso en un cable la tensión en diferentes partes del mismo?

La adición de peso aumenta la tensión en la parte del cable donde se coloca el peso, debido a que hay una combinación de fuerzas verticales y horizontales que actúan sobre el sistema.

¿Qué relación hay entre la forma paráboloide de un cable y la carga uniformemente distribuida?

Cuando hay una carga uniformemente distribuida horizontalmente a lo largo de un vano, la forma del cable asume una curva paráboloide, que es la forma natural que toma un cable para soportar cargas equilibradas.

¿Por qué se utiliza la forma paráboloide en el diseño de puentes de suspensión?

La forma paráboloide es utilizada porque permite que los cables soporten cargas de manera eficiente y equilibrada, lo que es esencial en la construcción de puentes de suspensión.

¿Qué se puede aprender de las imágenes del puente de Manhattan en construcción?

Se puede aprender sobre la secuencia y el proceso de construcción de un puente de suspensión, y cómo la posición final del cable y la cubierta pueden ser diferentes a lo que se ve durante la construcción.

Outlines

00:00

🔴 Funcionamiento de los cables y su tensión

Paul Kasabian, un ingeniero estructural, realiza una demostración física y visual de cómo funcionan los cables con una cuerda y paquetes de arroz como carga. Expone cómo la posición de la carga afecta la tensión y el movimiento del cable, utilizando el color rojo para representar la tensión y su intensidad. La demostración incluye variaciones como la separación de la carga y la adición de pesos adicionales, mostrando cómo la tensión cambia en respuesta a la fuerza horizontal aplicada.

05:01

🌉 Comprensión de los puentes de suspensión

Se hace una comparación entre la demostración de cables y los puentes de suspensión, como el Puente Golden Gate, donde los cables principales con cableros verticales sostienen la carga de la cubierta. Se explica cómo la forma paráboloide de los cables se debe a la carga igualmente espaciada y cómo la construcción de un puente implica una secuencia y planificación cuidadosos para adaptar la posición de los cableros y la cubierta. El vídeo utiliza imágenes históricas de la construcción del Puente de Manhattan para ilustrar el proceso.

Keywords

💡Ingeniero estructural

Es un profesional que se especializa en el diseño, análisis y construcción de estructuras resistentes y seguras. En el video, Paul Kasabian, como ingeniero estructural, explica cómo funcionan los cables y cómo la tensión afecta su comportamiento, lo que es crucial para entender la estabilidad de estructuras como puentes y torres.

💡Cables

Los cables son elementos estructurales que soportan cargas a través de la tensión. En el video, se utiliza un hilo y paquetes de arroz como un ejemplo práctico de cómo los cables reaccionan ante diferentes cargas y posiciones, mostrando cómo la tensión se distribuye a lo largo del cable.

💡Tensión

La tensión es una de las fuerzas fundamentales en la ingeniería estructural, que se refiere a la fuerza que se extiende o tira de un objeto. En el contexto del video, la tensión es la fuerza que actúa a lo largo de los cables y es representada por el color rojo, donde un color más oscuro indica una mayor tensión.

💡Peso

En el video, los paquetes de arroz simbolizan los pesos o cargas que actúan sobre los cables. El cambio en la posición del peso afecta la distribución de la tensión en el cable, lo que es clave para entender cómo se comportan las estructuras soportadas por cables.

💡Soporte

Los soportes son puntos fijos donde se anclan los cables o estructuras. En el video, las manos que sostienen el hilo representan los soportes que equilibran la tensión y sostienen la carga, mostrando la importancia de los soportes en la estabilidad de las estructuras.

💡Suspensión

La suspensión se refiere a un sistema de cables donde un cable principal, con cables secundarios llamados horquillas, sostiene una carga. En el video, se menciona el Golden Gate Bridge como un ejemplo de una puenteadura de suspensión, donde los cables principales soportan el peso de la estructura.

💡Horquilla

Las horquillas son cables secundarios que van desde el cable principal hasta el soporte de la estructura, como el suelo o la base de una torre. En el video, se muestra cómo las horquillas equilibran la tensión y soportan la carga vertical y horizontal en una estructura de suspensión.

💡Parabola

Una parábola es una forma geométrica que se utiliza en el diseño de cables de puentes de suspensión. Cuando se distribuye una carga uniformemente a lo largo de un cable, la forma que toma el cable es parabolica, como se ilustra en el video con la forma del cable principal del Golden Gate Bridge.

💡Constucción

La construcción es el proceso de creación de estructuras físicas. En el video, se muestra una foto del puente de Manhattan en construcción, destacando la importancia de la secuencia y el proceso en la construcción de estructuras, especialmente en cómo se adaptan las horquillas y el cable principal a medida que se añaden partes de la cubierta.

💡Cámara

La cámara se refiere a una inclinación ligeramente curva en una estructura, como una cubierta de puente, que ayuda al drenaje y a la estabilidad. En el video, se menciona que las estructuras, incluidos los puentes, no son completamente planas y tienen una cámara para facilitar el drenaje y mejorar la resistencia.

Highlights

Paul Kasabian demonstrates how cables work using a physical string and rice packets as weights.

Different parts of the cable move due to the tension and force applied to it.

Tension in the cable is represented visually with the color red, with deeper shades indicating greater tension.

A vertical string carrying a weight shows equal tension throughout due to equilibrium.

When weight is placed in the middle of the string, tension distribution changes, causing the color red to lighten.

As the weight is pulled further apart, the tension in the cable increases, shown by a deeper red color.

The horizontal force applied to the cable affects the tension, especially noticeable when the weight is moved to one side.

Adding symmetric weights to the cable results in an equal horizontal force on both sides.

The tension in the cable increases where additional weight is added, even if the weight itself doesn't change.

Suspension bridges are compared to the demonstration, with main cables and vertical hangers supporting the bridge's deck.

The shape of a main cable in a suspension bridge is parabolic when under an equal load.

An old picture of the Manhattan Bridge during construction illustrates the step-by-step building process.

The final position of the bridge deck is lower than its initial construction state due to the sag of the main cable.

The importance of understanding the sequence of construction for bridges to ensure proper positioning of components.

Cables in structural engineering do not rely on formulas alone but require a qualitative understanding first.

The presentation concludes with a basic understanding of how cables work in structural applications.

Transcripts

hi i'm paul kasabian and i'm a

structural engineer

so we just did a physical demonstration

of how cables work by using

a physical string and some little

packets of rice as weight

so we could see how putting weights on

different parts of the cable

changed how the cable moved because it

had to it had no other choice

it had to move to carry the tension in

the direction of the force that was

going through it

and carrying that force in tension

back to the supports so what i'm going

to do now

is i'm going to show a set of images

this is going to be the first one

and through those we're going to do

exactly the same as the physical

demonstration but as diagrams

and what you'll see is every time there

is tension i'm using the color red

so today everything's going to be red

because it's cables

and that's all the cables could do and

the deeper the color red

the larger the tension will be in the

cable so sort of a visual way of

representing what we saw by

sort of twanging the string so here we

go there's a vertical

string it's carrying a weight and

there's a hand holding it

up the tension is the same all the way

up

the string all the way up the cable it

has to be because

the weight is the weight and the tension

is equal to the weight

it's all balanced all in equilibrium as

we say

now if we separate out just slightly by

say putting that weight in the middle of

some string and holding our two hands

apart just a bit

now if you've noticed we'll go back the

color of the red has just

just dipped slightly it's gone lighter

why because

half the weight of of this this weight

at the bottom is going up to one hand

and half to the other

right each hand's basically helping

carry half the weight

but as we'll see even though the weight

doesn't change as you try to pull

the cables further and further apart

this weight will start moving up

this little small bit is is equal to um

the red of the weight of the

of the this anvil at the end and um

as we're pulling further and further up

you'll see that's a very very deep red

at the top

and you probably know this intrinsically

right the more you want to pull

a weight a string with some weight in

the middle the the larger the tension is

you're pulling more

even though this weight hasn't changed

how heavy it

is right and so your horizontal

force is increased while the vertical

part that you're

carrying has not changed but the total

of the sort of resultant as we call it

of the horizontal force you're putting

in

and that same vertical that stays steady

as you move it up

and this is sort of slowly moved up is

going to

increase as this is the biggest tension

we're putting into

the cable and then you remember i sort

of moved it over to the side

and here you can see a darker red over

to this side than the other and that

should also make sense because

afterwards they keep moving it over to

this side

and i was directly under one hand that

would be like the very first image where

one hand is carrying all the weight and

the other one's really not doing

anything

and here we have the really sort of

interesting part where if it's all

symmetric

and we have two weights then the

horizontal amount that these

these hands are pulling to each side

that's exactly equal to the horizontal

force that's going through

this part of the cable because that is

horizontal but there is a

bigger tension going through

the two parts of the cable either side

it's really interesting this it's the

same

cable it can be continuous which it was

when i was doing the string with the

packets of rice

going all around but right here right at

that point where we've

added weight the tension increases

in this part of the cable and it has to

why because this weight all of this is

going up this cable and has some

vertical amount but there is also a

horizontal amount that is being applied

to the system

simply because one hand is to the right

and one hand is to the left

right there's that's how we span

distances

so and this being symmetric is exactly

the same on the other side and we can

keep adding weights to this

um this is sort of putting it now with

one in the middle again this part right

here

just this area the tension in these

would be i'm going to go back

exactly the same as when we had the same

geometry which is somewhere between

these two

before right so these systems work and

you can kind of add

to them as you go up highest tension

lower tension

and right here we've got some tension

more and even more

and we can keep adding weights to this

as we go and that was a very interesting

moment here which is it doesn't matter

where these weights are

in height whether they are here or

dropped down to that position

they're still just vertical weights and

the reason of course i've done this is

because

this may remind you more of what

suspension bridges look like

suspension bridges are exactly this a

big main cable

with vertical hangers holding

weight along along the deck of a bridge

and so this was the example we gave the

golden gate bridge sort of one of

the best known suspension bridges you

have the big main cable

going up to these towers in this case in

this case if i go back to here you see

how those

hands are going up into the side

what you've got is the up part is being

held by the towers but you

but the rest of the cable goes back

what's called the back standstill

to balance out that horizontal force

this is the drape

that a main cable takes the actual shape

is called a parabola

if you have an equal load spaced

horizontally

across a span then you as you put those

loads together

the shape of the cable becomes parabolic

so if you've done that in in when you do

study maths then

you the if you would why am i serving

parabolas well you use them in the

design of suspension bridges among other

things

and i love this this is an old picture

of the manhattan bridge during

construction i wanted to show this

because obviously we build

structures step by step and you'll see

as there's a real large sweep

to the bottom of the hangers at this

location

so as they're going to add the other

bits of deck

that top cable is going to sag down a

bit

and the final position of the deck will

be

lower than what you see right here we

never sort of build bridges be totally

flat a bit of a camber to them

drainage and everything but it will be

less than what you see here

so as they did this they had to think

through the sequence of those to know

where these were going to be

as they're going to add the different

bits of deck to it

so here we go that is cables as a basic

understanding all of this has been as

you've noticed qualitative

rather than quantitative because in this

to

in this aspect cables don't do formulas

like we do we apply arrows and numbers

to it to make sure we can quantify these

things but

the very important first step is to

understand

how cables work so this was the first

of our sort of primary colours of

[Music]

structure