UD.5 mecanismos

máquinas

Una máquina es un objeto fabricado por un conjunto de piezas ajustadas entre sí para realizar un trabajo. Las máquinas se componen de:

Motores: Generan el movimiento y producen la energía de entrada a la máquina. Por ejemplo: el motor de un coche.
Mecanismos: Elementos que transmiten y transforman el movimiento. Por ejemplo: la caja de cambio y los ejes del coche.
Actuadores: Elementos de salida que producen los movimientos. Por ejemplo: la rueda del coche.

ACTIVIDAD 1

Identifica el motor, el mecanismo y el actuador de las siguientes máquinas:

Patinete eléctrico
Bicicleta
Rueda de la bicicleta
Taladro
Ventilador
Avión
Hélice del avión

rendimiento

En cualquier máquina, existe una pérdida de energía entre la que necesita la máquina para funcionar y la que me ofrece una vez realizado su trabajo. Por poner un ejemplo; un coche no utiliza el 100% de la gasolina que le ponemos para movernos, sino que mucha parte se pierde en forma de calor o en el rozamiento entre los componentes.

De hecho, el rendimiento para un motor de gasolina es como máximo del 30% y de un diésel del 40%.

¿Cómo podemos calcular este rendimiento?

Como ya te habrás dado cuenta, el rendimiento se expresa en % y se define como la relación entre la energía útil (la que utiliza el coche para moverse) y la energía consumida (la de la gasolina que le hemos echado).

ACTIVIDAD 2

El motor de una lavadora tiene una potencia consumida de 1500W y una potencia útil de 950W. ¿Cuál es su rendimiento?

ACTIVIDAD 3

Deseamos realizar un trabajo de valor 800J con una máquina que consume en su funcionamiento 200J.

¿Cuál es su rendimiento?

ACTIVIDAD 4

Una máquina hace un trabajo de 25J, absorbiendo 355J de calor. ¿Cuál es el rendimiento de la máquina?

ACTIVIDAD 5

Una máquina tiene un rendimiento del 20% y necesitamos que funcione con una potencia real (útil) de 1000W. ¿Qué potencia teórica (consumida) tendremos que darle?

ACTIVIDAD 6

Un motor consume una potencia de 2500W y tiene un rendimiento de 40%. ¿Qué potencia transmitirá a las ruedas del coche?

tipos de movimiento

Las máquinas realizan movimientos periódicos (repetitivos). Estos movimientos pueden ser:

Lineales: Desplazamiento de un cuerpo en línea recta. Por ejemplo: un patinete.
Giratorio: Desplazamiento de un cuerpo siguiendo una trayectoria circular. Por ejemplo: las aspas de un ventilador.
Alternativo: Desplazamiento de vaivén a lo largo de un punto fijo. Por ejemplo: una máquina de coser.

ACTIVIDAD 7

Identifica el tipo de movimiento que realizan las siguientes máquinas:

mecanismos

Podemos clasificar los mecanismos en dos: mecanismos de transmisión de movimiento o mecanismos de transformación de movimiento.

mecanismos de transmisión de movimiento

Son aquellos que transmiten un movimiento del mismo tipo. Por ejemplo: circular-circular o lineal-lineal.

mecanismos de transformación de movimiento

Son aquellos que cambian un movimiento de circular a lineal o de lineal a circular.

mecanismos de transmisión de movimiento

Este tipo de mecanismos son los que transmiten un movimiento, sin cambiar el tipo de movimiento. Podemos distinguir entre:

mecanismos de transmisión lineal

Estos mecanismos transmiten un movimiento lineal de un lugar a otro. Dentro de este apartado estudiaremos las palancas, la polea o el plano inclinado.

mecanismos de transmisión circular

Estos mecanismos transmiten un movimiento circular de un lugar a otro. Dentro de este apartado estudiaremos los sistemas de poleas ylos engranajes.

1.1 MECANISMOS DE TRANSMISIÓN LINEAL

1.1.1 LA PALANCA

Una palanca es una barra rígida que puede girar alrededor de un punto, llamado fulcro. Podemos diferenciar tres tipos de palancas:

palanca de primer grado

El fulcro está entre la Fuerza y la Resistencia. Algunos ejemplos son: las tijeras, las balanzas, los alicates, pinzas de la ropa...

palanca de segundo grado

La resistencia está entre la Fuerza y el fulcro. Algunos ejemplos son: las carretillas, el cascanueces o el abrebotellas

palanca de tercer grado

La fuerza está entre la resistencia y el fulcro. Algunos ejemplos son: la grapadora o las pinzas de depilar.

ACTIVIDAD 8

Resuelve las actividades de la siguiente página. Una vez finalizadas, envía una captura de pantalla a Classroom.

Live Worksheet Palancas

ACTIVIDAD 9

Dibuja la fuerza, la resistencia y el fulcro de los siguientes objetos. Después, indica el tipo de palanca del que se trata.

ley de la palanca

El equilibrio de una palanca se consigue cuando el momento de las fuerzas que intentan hacer girar la barra hacia un lado es igual al que intentan hacer girar la barra hacia el lado contrario. Por lo tanto, cualquier palanca en equilibrio cumplirá la ley de la palanca, que se define así:

ACTIVIDAD 10

a) Calcula el valor de la fuerza potencia necesaria para vencer la resistencia R.

b) ¿Qué tipo de palanca es?

ACTIVIDAD 11

a) Calcula el valor de la fuerza potencia necesaria para vencer la resistencia R.

b) ¿Qué tipo de palanca es?

ACTIVIDAD 12

El elefante del dibujo pesa 300 kg. y la longitud del brazo donde se apoya es de 50 cm. La hormiga pesa 1 g.

¿Qué longitud deberá tener el brazo donde se apoya la hormiga para poder levantar al elefante?

ACTIVIDAD 13

En el mango de estas tijeras aplicamos una fuerza de 50 N.

a. ¿Qué fuerza resultará en las puntas?

b. ¿Qué tipo de palanca es?

1.1.2 La polea

La polea es una rueda que gira alrededor de un eje, movida por una cuerda en cuyos extremos se sitúan la carga a elevar (R) y la fuerza que hay que hacer para elevarla (F). Podemos distinguir entre 2 tipos:

POLEA FIJA

En este tipo de poleas la fuerza es igual que la resistencia. Se utilizan porque es más facil levantar algo tirando de ello hacia abajo que tirando hacia arriba.

POLEA MÓVIL

En las poleas móviles, la fuerza que tenemos que hacer es la mitad del peso que tenemos que levantar.

Si se agrupan varias poleas fijas y varias poleas móviles, se consigue un polipasto.

polipasto

Cuantas más poleas móviles coloquemos, menor será la fuerza que necesitaremos para levantar la carga.

ACTIVIDAD 14

Resuelve las actividades de la siguiente página. Una vez finalizadas, envía una captura de pantalla a Classroom.

Live Worksheet Poleas

ACTIVIDAD 15

Tenemos un polipasto compuesto por 3 poleas móviles.

Si queremos levantar la carga con menos esfuerzo, ¿qué debemos hacer?

ACTIVIDAD 16

Disponemos de un polipasto de 4 poleas móviles en el que podemos ejercer una fuerza de 230N.

Dibuja el sistema de poleas. ¿Cuál será la máxima carga que podemos levantar si se compone de 4 poleas móviles?

ACTIVIDAD 17

Disponemos de una polea móvil en el que podemos ejercer una fuerza de 500N.

Dibuja el sistema de poleas. ¿Cuál será la máxima carga que podemos levantar?

ACTIVIDAD 18

En un pozo que utiliza una polea fija y que necesita levantar un cubo de agua de resistencia 3N cada vez que elevamos el cubo, ¿cuál será la fuerza que tenemos que hacer?

Dibuja el sistema de poleas.

1.2 MECANISMOS DE TRANSMISIÓN circular

RUEDAS DE FRICCIÓN

d1·n1=d2·n2

donde d es el diámetro de cada rueda y n la velocidad de giro

POLEAS CON CORREA

d1·n1=d2·n2

donde d es el diámetro de cada rueda y n la velocidad de giro

ENGRANAJES

z1·n1=z2·n2

donde z es el número de dientes de cada engranaje y n la velocidad de giro

ENGRANAJES Y CADENAS

z1·n1=z2·n2

donde z es el número de dientes de cada engranaje y n la velocidad de giro

la relación de transmisión

La relación de transmisión i es el cociente entre la velocidad de entrada (n1) y la de salida (n2).

i= n1/n2

Si i < 1, se trata de un sistema multiplicador de velocidad, por tanto, la velocidad de salida será mayor que la de entrada. Es decir, la rueda o el engranaje de salida (conducido) girará más rápido que el de entrada (conductor).

Si i = 1, se trata de un sistema natural, por tanto, la velocidad de salida será igual que la de entrada. Es decir, la rueda o el engranaje de salida (conducido) girará a la misma velocidad que el de entrada (conductor).

Si i > 1, se trata de un sistema reductor de velocidad, por tanto, la velocidad de salida será menor que la de entrada. Es decir, la rueda o el engranaje de salida (conducido) girará más lento que el de entrada (conductor).

ACTIVIDAD 19

Indica hacia donde gira cada polea con una flecha. En cada caso, ¿cuál gira más deprisa?

ACTIVIDAD 20

Indica el sentido de giro de estos sistemas de poleas:

ACTIVIDAD 21

En el sistema de poleas de la figura, el motor gira a 300 rpm. Calcula:

a. Velocidad de giro del eje de salida.

b. Relación de transmisión

c. Si la polea de 8cm ha dado 20 vueltas, ¿Cuántas dará la grande?

ACTIVIDAD 22

Supongamos que en la figura adjunta, el engranaje conducido tiene 20 dientes y el engranaje motriz 60 dientes. Si el engranaje motriz gira a 1200 rpm, averiguar:

a) ¿A qué velocidad expresada en rpm gira el engranaje conducido?

b) ¿Cuál es la relación de transmisión?

c) Si la rueda motriz da 100 vueltas, ¿cuántas dará la conducida?

ACTIVIDAD 23

En la figura se representa un tren de engranajes. El engranaje del eje motriz A, tiene 18 dientes.

En el eje intermedio B hay montado un engranaje doble de 45 y 18 dientes.

En el eje de salida C hay un engranaje de 58 dientes.

Si el eje motriz gira a 1000 rpm,

a. ¿A qué velocidad gira el eje de salida?

b. ¿Cuál es la relación de transmisión?

ACTIVIDAD 24

Calcula la velocidad de la polea conducida de un sistema de poleas en el que el diámetro de la polea motriz es 12 cm y su velocidad 400 rpm, siendo el diámetro de la polea conducida 4 cm.

Calcula la relación de transmisión del sistema. Indica si es reductor o multiplicador.

Dibuja el sistema.