TEMA 7. MÁQUINAS Y MECANISMOS

2ª PARTE. MECANISMOS

            Los mecanismos son dispositivos que nos permiten transmitir y transformar el movimiento.

            Por tanto con estos artilugios podemos hacer varias cosas:

            Aumentar o disminuir la velocidad.

            Variar el eje de giro.

            Cambiar el tipo de movimiento

            Variar el sentido del movimiento.

TIPOS DE MOVIMIENTO

Según su trayectoria, los movimientos pueden ser de varios tipos. Los más interesantes, para nosotros son:

TIPO	DESCRIPCIÓN	EJEMPLO
Lineal o rectilíneo	La trayectoria es una línea recta
Alternativo o de vaivén	Es un movimiento de avance y retroceso en línea recta
Rotatorio, circular o giratorio	Su trayectoria es una circunferencia
Oscilante o pendular	Es un movimiento de avance y retroceso siguiendo una línea curva

TIPOS DE MECANISMOS DE TRANSMISIÓN

ELEMENTOS CONECTADOS	TRANSMISIÓN	IMAGEN
Ruedas de fricción. r1= radio rueda 1 r2= radio rueda 2	Transmiten el movimiento rotatorio desde un eje a otro. Las ruedas giran en sentido contrario. La rueda pequeña(r1) gira más rápido que la grande(r2). V2=V1*r1/r2
Ruedas y correa. r1= radio rueda 1 r2= radio rueda 2	Transmiten el movimiento rotatorio desde un eje a otro. Las ruedas giran en el mismo sentido. La rueda pequeña gira más rápido que la grande. V2=V1*r1/r2
Ruedas dentadas. d1= nº dientes rueda 1 d2= nº dientes rueda 2	Transmiten el movimiento rotatorio desde un eje a otro. Las ruedas giran en sentido contrario. La rueda pequeña(d1) gira más rápido que la grande(d2). V2=V1*d1/d2
Ruedas dentadas y cadena. d1= nº dientes rueda 1 d2= nº dientes rueda 2	Transmiten el movimiento rotatorio desde un eje a otro. Las ruedas giran en el mismo sentido. La rueda pequeña(d1) gira más rápido que la grande(d2). V2=V1*d1/d2
Engranajes cónicos. d1= nº dientes rueda 1 d2= nº dientes rueda 2	Transmiten el movimiento rotatorio desde un eje a otro. Los ejes se mueven en distintas direcciones, son perpendiculares. Las ruedas giran en sentido contrario. La rueda pequeña(d1) gira más rápido que la grande(d2). V2=V1*d1/d2
Tornillo sin fin. V2=Velocidad de la rueda V1=Velocidad del tornillo d2=Nº dientes de la rueda	Transmiten el movimiento rotatorio desde un eje a otro. Los ejes se mueven en distintas direcciones, son perpendiculares. Las ruedas giran en sentido contrario. El tornillo(V1) gira más rápido que la rueda(V2).Cada vuelta del tornillo mueve un diente de la rueda. Para que la rueda de una vuelta completa, el tornillo debe dar varias vueltas, tantas como dientes tiene la rueda.  V2=V1/d2
Piñon y cremallera.	Transforman el movimiento rotatorio de una rueda en un movimiento lineal de una cremallera. Por cada vuelta de la rueda, la cremallera avanzará tantos dientes como tenga la rueda
Levas.	Transforman el movimiento rotatorio de una rueda en un movimiento de vaivén de  una barra o seguidor. Por cada vuelta de la leva, el seguidor hace un movimiento de vaivén completo.
Biela-manivela.	Transforman el movimiento rotatorio de una rueda en un movimiento de vaivén de  una biela. Por cada vuelta de la rueda, la biela hace un movimiento de vaivén completo.

2º ESO. TEMA 7

TEMA 7. MÁQUINAS Y MECANISMOS

1ª PARTE: MÁQUINAS

Energía: capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.

          La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Es decir, la energía es la capacidad de hacer funcionar las cosas.

         Propiedades de la energía

                 La energía tiene 4 propiedades básicas:

• Se transforma. La energía no se crea, sino que se transforma, siendo durante esta transformación cuando se ponen de manifiesto las diferentes formas de energía.
• Se conserva. Al final de cualquier proceso de transformación energética nunca puede haber más o menos energía que la que había al principio, siempre se mantiene. La energía no se destruye.
• Se transfiere. La energía pasa de un cuerpo a otro en forma de calor, ondas o trabajo.
• Se degrada. Solo una parte de la energía transformada es capaz de producir trabajo y la otra se pierde en forma de calor o ruido (vibraciones mecánicas no deseadas).

Trabajo

Cuando se realiza un trabajo damos energía, que pasa al objeto sobre el que trabajamos. Por ejemplo, para levantar una caja hay que vencer una resistencia, el peso R del objeto, a lo largo de un camino, la altura d a la que se levanta la caja. El trabajo W realizado es el producto de la fuerza P por la distancia recorrida d.

W(J) = P(N) · d(m)             Trabajo(Julios) = Fuerza(Newton) • Distancia(metros)

1 julio es el trabajo realizado por una fuerza de 1 Newton al desplazar un objeto a lo largo de 1 metro

MÁQUINAS

En una máquina simple se cumple la ley de la conservación de la energía: (la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma). La fuerza aplicada, multiplicada por la distancia aplicada (trabajo aplicado), será igual a la fuerza resultante multiplicada por la distancia resultante (trabajo resultante). Una máquina simple, ni crea ni destruye trabajo mecánico, sólo transforma algunas de sus características.

> Es decir nosotros le damos trabajo a la máquina, y ésta le da ese mismo trabajo al objeto que queremos mover                         

MÁQUINA                                                W_y      ====è==è =========è      W_m          

W_y= Trabajo que yo doy a la máquina

W_m= Trabajo que la máquina hace sobre el objeto que queremos mover

W_y= W_m                                          W_y=P* b_p        W_m=R* b_r

MÁQUINAS SIMPLES

Las máquinas simples son dispositivos que facilitan las tareas habituales, porque permiten aplicar la fuerza con más comodidad o porque con fuerzas pequeñas permiten vencer fuerzas mayores. En todas las máquinas simples se cumple la ley llamada ley de las máquinas simples:

Producto de una fuerza motriz por su brazo = producto de la fuerza resistente por el suyo

P* b_p=R* b_r  è  P=R* b_r /b_p

PALANCA

La palanca es una barra que puede girar sobre un punto de apoyo (fulcro). Dependiendo de la posición del punto de apoyo distinguiremos tres tipos de palancas:

Palanca de primer género: cuando el punto de apoyo(A) está entre la resistencia(R) y la fuerza aplicada (P) 

Palanca de segundo género: cuando la resistencia(R) está entre el punto de apoyo y la fuerza aplicada

Palanca de tercer género: cuando la fuerza aplicada (P) está en el medio

Ley de la palanca:   P=R* b_r /b_p

b_p= Distancia desde P hasta A;                  b_r = Distancia desde R hasta A

P= Fuerza que hacemos;             R= Peso que movemos

Ejercicios:

 1.-Se quiere mover un peso de 1500 N, utilizando una palanca de segundo grado de 1,4m de longitud.  Si la carga está  colocada sobre la palanca a una distancia de 70cm del punto de  apoyo,  calcula   la   fuerza     necesaria  que  hay que aplicar para mover la carga. (Sol: 750 N)

2.- Calcula la fuerza que debemos aplicar para mover una carga de 10N con una palanca de tercer género. Sabemos que el brazo de potencia mide 5cm y el de resistencia 0,3m. (Sol: 60N)

El Plano Inclinado (rampa)

          El plano inclinado es una de las denominadas "máquinas simples". Empujando, con una fuerza P,un objeto sobre una superficie inclinada, de longitud l, uno puede mover el objeto, de peso R, hasta una altura h con una fuerza menor que el peso del objeto.

Ley de la rampa:   P=R* h /l

Ejercicios:

1.     1.-¿Qué fuerza habrá que aplicar para subir un peso de 2000N, a 80cm de altura, con una rampa de 6m de longitud? (Sol: 266,7N)

2.-Queremos elevar una caja que pesa 3000N a una altura de 1m. Para ello, usamos una rampa de 250cm de largo, ¿Qué fuerza aplicaremos? (Sol: 1200N)

TORNO

El torno está formado por un cilindro horizontal que tiene enrollada una cuerda y que se hace girar con una manivela (de radio mayor que el cilindro). La ley del torno es la misma que la dada para las máquinas simples:

La ley del torno:    P=R* r_t/r_m

_r2=r_{m  ;  r1=}r_t

Ejercicios:

Si un cubo pesa 100 N, ¿qué fuerza mínima deberemos aplicar para izarlo, con un torno de radio 16 cm, si la manivela tiene un radio de 0,64m? (Sol: 25N)

El Tornillo (Gato mecánico)

Cuando se gira una vuelta, la manivela se mueve una distancia 2*π*r_m, mientras que el tornillo avanza la distancia que hay entre dos filos de rosca adyacentes. Esta distancia se llama normalmente "paso" de rosca p_r. La fuerza que tenemos que hacer (P), para levantar el peso (R), será:

Ley del tornillo:     P=R*p_r / 2*π*r_m

                                                                                                                                          _L=r_m

                                                                                                                           _P=p_r

Ejercicios:

1.- Tenemos un gato mecánico cuyo paso de rosca es de 1,5mm, y la manivela tiene un radio de 25cm. ¿Qué fuerza será necesaria para levantar un coche de 8000N? (Sol: 7,64N)

2.- Con un gato queremos levantar un vehículo de 16000N de peso. La manivela mide 40cm de radio y el paso de rosca del tornillo mide 1,4mm. ¿Con qué fuerza tendremos que empujar la manivela? (Sol: 8,9


PROBLEMAS

1ª)Se quiere mover una carga de 1500N utilizando una palanca de segundo grado de1,4 m de longitud.  

Si la carga está colocada sobre la palanca a una distancia de 70 cm del punto de apoyo, calcula la fuerza que tendremos que aplicar.

2ª) Un ciclista quiere subir a una montaña de 1500m de altura. Para subir toma una carretera de subida de 10km de longitud. Si su peso más el de la bici es de 800N, ¿qué fuerza tendrá que aplicar para subir?

2ª) Para subir una carga de ladrillos, de 1600N de peso, usamos un tornillo. El paso de rosca del tornillo es de 5mm y la manivela tiene un radio de 0’35m. ¿Qué fuerza tendremos que aplicar para subir los ladrillos?

3ª) Queremos levantar una carga de 600N, con una palanca de 1^er género. El brazo de potencia es de 85cm y el de resistencia mide 0’12m. Calcula la fuerza que tendremos que aplicar para levantarla.

¿Qué fuerza necesita aplicar un individuo para subir un barril que pesa 150 N por un plano inclinado de 3 m de longitud, colocado a una altura de 1.50 m?

2º)Una carretilla mide 160 cm. Si colocamos un saco de cemento de 50 kg a 40 cm de la rueda, ¿qué fuerza deberemos hacer para moverlo? Expresa el resultado en newtons.

3ª) Un ciclista quiere subir a una montaña de 2500m de altura. Para subir toma una carretera de subida de 15km de longitud. Si su peso más el de la bici es de 750N, ¿qué fuerza tendrá que aplicar para subir?