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.
Wy=
Trabajo que yo doy a la máquina
Wm= Trabajo
que la máquina hace sobre el objeto que queremos mover
Wy= Wm Wy=P* bp Wm=R* br
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
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* br /bp
bp=
Distancia desde P hasta A; br = 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* rt/rm
r2=rm ; r1=rt
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*rm, mientras que el tornillo avanza la distancia que hay entre
dos filos de rosca adyacentes. Esta distancia se llama normalmente
"paso" de rosca pr. La fuerza
que tenemos que hacer (P), para levantar el peso (R), será:
Ley del tornillo: P=R*pr / 2*π*rm
L=rm
P=pr
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
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
1er 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?
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