Unidad 7. Mecanismos

4.1 Máquinas y Mecanismos

Definiciones

Máquinas: Conjunto de piezas o elementos que, actuando en conjunto, permiten aprovecharla energía para realizar un trabajo y obtener beneficios.
Mecanismos: Elementos simples que componen una máquina.

Actividad 1: Escribe en tu cuaderno 10 ejemplos de uso de máquinas en tu vida diaria.

Componentes de una máquina

Elemento Motor: El que aporta energía inicial (muscular, eléctrica, etc) a la máquina.
Elemento Receptor o Conducido: Recibe la fuerza generada por la máquina.
Elemento transmisor y/o transformador del movimiento: conecta el motor con el receptor. Reciben el nombre de Mecanismos.

Actividad 2: Indica los diferentes componentes de una máquina simple, por ejemplo, un sacacorchos o unos alicates.

Los mecanismos pueden producir diferentes tipos de movimientos:

Movimiento lineal: El cuerpo desplazado sigue una trayectoria recta (una escalera mecánica).
Movimiento circular: El cuerpo sigue una trayectoria circular (la estructura de una noria o un molino).
Movimiento alternativo: Es el lineal que cambia de dirección (la aguja de una máquina de coser).
Movimiento oscilante: Es el alternativo pero con trayectoria curva (el péndulo de un reloj).

Función de los mecanismos

Transmisores de movimiento: Transladan la energía del motor al receptor. Las hay de dos tipos:

* Lineales, como las palancas y poleas. Es el caso de una polea de un pozo, o de una bicicleta sin marchas.

* Circulares, como las ruedas de fricción (embragues), los sistemas de poleas y correas (la transmisión de un automóvil), los de piñones y cadena (la bicicleta de marchas) y los de corona y tornillos sin fin (máquinas herramientas).

Transformadores de movimiento: Transforman (aumentan la velocidad o la fuerza) el movimiento del motor para mejorar el rendimiento del sistema. En una bicicleta, por ejemplo, cambiamos velocidad por fuerza o fuerza por velocidad. Son las bielas, manivelas, piñones, etc.
Control de movimiento: Pueden facilitar (plano inclinado), frenar o impedir el retroceso (trinquetes).

Actividad 3. Dibuja en tu cuaderno, con ayuda del profesor , el dibujo o esquema de cada tipo de mecanismo.

4.2 Máquinas simples. Mecanismos de transmisión lineal

La Palanca. Ley de la Palanca

Definiciones:

Una palanca es una barra rígida que puede girar en torno a un punto de apoyo, denominado fulcro.

La Fuerza motor aplicar de denomina potencia. Se aplicará en un punto separado del punto de apoyo a una distancia denominada brazo de potencia.

El peso a levantar o la resistencia a vencer, se denomina resistencia. Estará separada del fulcro o punto de apoyo una distancia denominada brazo de resistencia.

La ley de la palanca dice que, como la energía se conserva, la cantidad de fuerza a un lado del punto de apoyo (P * bp) debe ser igual a la cantidad de fuerza al otro lado (R * br), y por lo tanto:

P * bp = R * br

Actividad 4: Experimenta con un balancín, describe su funcionamiento con tus palabras.

Tipos de palancas

Según en que punto se ejerza la fuerza en la palanca, respecto del punto de apoyo, se consideran tres tipos de palancas, de primer, segundo y tercer género.

Actividad 5: En tu cuaderno, realiza una tabla de dos columnas, e indica, en una, el nombre de la máquina, y en otra, el tipo de palanca que son:

Ejemplos:

Balanza: Primer género

Martillo (y clavo): Tercer género

Actividad Refuerzo. Contesta, aplicando la ley de la palanca, a las siguientes cuestiones.

Poleas. Ley de la palanca aplicada a la polea.

Definiciones

Una polea es una rueda con el borde acanalado, por el que se introduce una cuerda o correa. Por un extremo de esta cuerda se coloca el peso o carga, y por el otro, se aplica la fuerza o potencia.

Tipos de poleas:

Poleas fijas: El eje de giro se encuentra fijo sujeto a un soporte. No ahorran esfuerzo pero permite realizarlo con mayor comodidad, ya que incluso podemos usar nuestro peso como potencia. Son los pozos, las máquinas de musculación, etc.
Poleas móviles: Además de girar, las poleas se desplazan verticalmente, reduciendo el esfuerzo a la mitad (a cambio, el recorrido se reduce, cambiamos longitud por fuerza), si aplicamos varias poleas, la potencia se reduce de forma proporcional al número de poleas de ese grupo. A ese sistema se le llama Polipasto. Ejemplos son los ascensores, los montacargas, las grúas, etc.

Fórmulario:

P = R / nº de poleas

Actividad de refuerzo. Calcular, para todo tipo de poleas, la potencia necesaria (en newtons) para levantar una masa de 10 kilos.

4.3 Mecanismos de transmisión Circular

Es el propio de los motores, transmiten el movimiento de rotación desde el eje del motor al eje del receptor o elemento conducido (polea, corona dentada, etc). Los hay de varios tipos:

Ruedas de fricción

Son dos elementos cilíndricos que transmiten el movimiento por fricción (rozamiento) entre ellos.

Las características del movimiento (el que la velocidad de giro aumente o disminuye) dependerá de la relación entre los radios de la rueda conducida y la rueda motora, a esa relación se le denomina relación de transmisión i, y es una aplicación de la Ley de la palanca.

Relación de transmisión entre dos elementos circulares:

Ley de la palanca: P * bp = R * br,

para la polea, P * Rp = R * Rr (R=radio), o D (D=diámetro)

para velocidades angulares (W), W1* D1 = W2 * D2, (1=rueda conductora y 2=rueda conducida)

y finalmente, relacionando las velocidades angulares y los radios (o diámetros):

i = W1 / W2 = D2 / D1

Sistema de Poleas y correas

Definición: Es un sistema de dos poleas o ruedas acanaladas unidas por una correa que las une, transmitiendo el movimiento.

Relación de transmisión: es la misma que en las ruedas de fricción.

i = W1 / W2 = D2 / D1

Engranajes

Definición: Es el sistema compuesto por dos ruedas dentadas comunicadas, la mayor se denomina corona, y la pequeña, piñón.

Relación de transmisión: Es la misma que en los sitemas anteriores, con la diferencia que, en vez de tener en cuenta el diámetro (o el radio), se tienen en cuenta el número de dientes de la rueda (denominado por la letra Z).

i = W1 / W2 = Z2 / Z1 (Z=nº de dientes de la rueda)

Sistemas reductores y Multiplicadores

Si i>1, aumenta la velocidad y disminuye la fuerza.

Si i<1, disminuye la velocidad y aumenta la fuerza.

Si i=1, el movimiento sólo se transmite.

El engranaje intermedio o loco cambia el sentido de giro.

Sistemas de tornillo sin fin y corona

Definición: Es el sistema formado por una corona dentada conectada a un tornillo dotado de un solo diente helocoidal.

Relación de transmisión: Como el tornillo sin fin sólo tiene un diente, la relación de transmisión depende sólo del número dde dientes de la corona.

i = z2 / Z1 = Z2

4.4 Mecanismos de transformación de movimiento

Algunos mecanismos, además de transmitir el movimiento, lo transforman.

Tornillo Tuerca

Definición: Es un sistema formado por un tornillo (o husillo) y una tuerca.

Tipo de Transformación. El movimiento circular del tornillo se transforma en movimiento lineal de avance o retroceso de la tuerca.

Piñon Cremallera

Definición: Es el compuesto por por una rueda dentada (piñón) que engrana en una barra dentada (cremallera).

Tipo de transformación: El movimiento circular del piñón se transforma en movimiento lineal en la cremallera.

Biela Manivela

Definición: Está formado por una barra rígida (biela) articulada en su extremo y unida a una manivela.

Tipo de transformación: El movimiento circular de la manivela se transforma en el movimiento lineal de la biela (receptor).

Leva

Definición: Una pieza de contorno especial unida a un eje, generalmente de forma ovalada que, al girar, acciona un elemento llamado seguidor. a veces trabajan en conjunto, llamándose entonces cigüeñal.

Tipo de transformación. Circular en lineal alternativo.

Conjunto de leva individual y Cigüeñal

Excéntrica

Definición: Similar a la leva, pero en vez de tener forma ovoide, tiene un eje que no coincide con el eje de la rueda.

Tipo de tranformación: Circular en lineal alternativo. Se encuentra en máquinas de coser, serretas eléctricas, etc.

4.5 Otros Mecanismos

Cuña: Máquinas simples en forma de prismas triangulares, facilitan la hendidura. Se encuentran en hachas, flechas, cuchillos, tijeras.

Rampa: Planos inclinados que reducen el esfuerzo, sobre todo de desplazamiento vertical.

Trinquete: Permiten el movimiento sólo en una dirección, bloqueando la contraria. Se utiliza en tensores, frenos, etc.

Actividad final del tema: Elabora un cuadro resumen (virtual o físicamente) con los mecanismos tratados en la unidad, incluyendo:

El nombre del mecanismo o sistema.
La características del movimiento que realizan o tranforman.
Fórmulas que lo describen.
Esquema o dibujo que lo identifique.

Nota: Aquí tienes dos ejemplos que pueden sevirte de referencia.

Cuadros resumen de mecanismos. Físico y virtual.

Actividad voluntaria: Algunos mecanismos son muy antiguos, griegos, romanos, renacentistas. Elabora un Proyecto de Investigación corto (2 ó 3 páginas máximo) sobre la historia de los mecanismo. Puedes realizarlo de la antigüedad, de Leonardo Da Vinci, etc.

Nota: en el punto 6 del tema de mecanismos de tu libro de texto puedes encontrar un ejemplo.

Y aquí, las pizarras del tema....