Hola:
Soy el Prof. Hugo Pietropaoli de Sistemas Mecanicos de 7º año de
Electromecanica.
Lean este material y
luego evaluaremos.
Abrazo.
SISTEMAS MECANICOS
El ser humano construye objetos para satisfacer sus
necesidades y las de la sociedad en la que vive, así como para mejorar la
calidad de vida. Si observas a tu alrededor puedes comprobar en muchos de los
objetos cotidianos que te rodean que se produce algún tipo de movimiento (un
reloj de pared, un exprimidor, una bicicleta, un ascensor…). El movimiento que
observas en estos objetos es necesario para que realicen correctamente su
función: la lavadora gira para que la ropa se lave, el exprimidor para poder
extraer jugo, el reloj hace girar sus agujas para variar su hora…
Máquina
Una máquina es un conjunto
de elementos móviles y fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar,
dirigir, regular o transformar energía o realizar un trabajo con un fin
determinado. Se denomina maquinaria (del latín machinarĭus) al conjunto de
máquinas que se aplican para un mismo fin y al mecanismo que da movimiento a un
dispositivo.
Mecanismo
Los mecanismos son elementos
destinados a transmitir y/o transformar fuerzas y/o movimientos desde un
elemento motriz (motor) a un elemento conducido (receptor), con la misión de
permitir al ser humano realizar determinados trabajos con mayor comodidad y
menor esfuerzo.
Un mecanismo sería entonces un conjunto de
elementos que forman parte de una máquina conectados entre sí y cuya misión es:
Transformar una
velocidad en otra velocidad.
Transformar una
fuerza en otra fuerza.
Transformar una
trayectoria en otra diferente.
Transformar un
tipo de energía en otro tipo distinto.
Un último concepto habitual cuando hablamos de
mecanismos es el de sistema mecánico. Normalmente
el término “máquina” lo empleamos cuando
nos referimos a un aparato que produce energía a partir de otra fuente de
energía no manual.
Un sistema mecánico sería
entonces una combinación de mecanismos que transforma velocidades,
trayectorias, fuerzas o energías mediante una serie de pasos intermedios.
Máquinas simples
La maquinaria simple es un
implemento muy útil para una gran cantidad de labores por su gran efectividad.
Pero ¿para que sirve? El objetivo de ella es transmitir e incrementar el efecto
de una fuerza al mover un objeto y así disminuir el esfuerzo con que se
realiza.
En una máquina simple se cumple
la ley de la conservación de la energía:
«la energía ni se crea ni se destruye; solamente se transforma»
Todas las máquinas simples
convierten una fuerza pequeña en una grande, o viceversa. Algunas convierten
también la dirección de la fuerza. La relación entre la intensidad de la fuerza
de entrada y la de salida es la ventaja mecánica.
Ventaja mecánica
Se define como ventaja
mecánica (VM) de una maquina simple a la relación que existe entre la
fuerza resistente (R) y la fuerza actuante(F).(as adelante veremos en
profundidad)
Esta relación mide la eficiencia de
la maquina simple, en el sentido de que cuanto mayor sea, mejor resultado nos
dará la máquina. Así por ejemplo, una VM = 2, significa que una maquina permite
realizar un determinado trabajo con la mitad del esfuerzo requerido si se fuese
hacer sin la maquina. (F será la mitad de R). Si el resultado de la ventaja
es menor que uno, entonces la maquina no es eficiente, ya que realiza un mayor
esfuerzo para realizar el trabajo. (R es mayor que F).
MAQUINA SIMPLE
1-
Plano inclinado
El plano inclinado es una superficie plana que forma con otra
un ángulo agudo (menor de 90º). Permite que elevar cargas de forma más cómoda
que en vertical, aunque para ello tengamos que realizar un mayor recorrido. En
la naturaleza aparece en forma de rampa, pero el ser humano lo ha adaptado a
sus necesidades haciéndolo también movil, como en el caso del hacha o del
cuchillo.
2-
Tornillo
Elemento de fijación o de unión de materiales formado por una
cabeza y un cuerpo cilíndrico o cónico con una hélice helicoidal. Realmente es
una aplicación del principio de funcionamiento del plano inclinado: El tornillo
se va girando mediante una herramienta adecuada que se adapta a su cabeza, y la
hélice va penetrando en el material. Normalmente son de metal.
3-
Rueda
La rueda es un operador formado por un cuerpo redondo que
gira respecto de un punto fijo denominado eje de giro. Normalmente la rueda
siempre tiene que ir acompañada de un eje cilíndrico (que guía su movimiento
giratorio) y de un soporte (que mantiene al eje en su posición). Aunque en la
naturaleza también existen cuerpos redondeados (troncos de árbol, cantos
rodados, huevos...), ninguno de ellos cumple la función de la rueda en las
máquinas, por tanto se puede considerar que esta es una máquina totalmente
artificial.
4-
PALANCA
Consiste en una barra recta que puede moverse alrededor de un
punto de apoyo llamado fulcro. El objetivo de la palanca es incrementar el
efecto de una fuerza o cambiar su dirección.
5-
POLEA
Las poleas son ruedas que tienen el perímetro exterior
diseñado especialmente para facilitar el contacto con cuerdas o correas. La
polea es una máquina simple que nos puede ayudar a subir pesos ahorrando
esfuerzo.
PALANCA
Puede utilizarse para amplificar la fuerza
mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o distancia
recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza.
En la siguiente imagen puedes ver
los parámetros característicos presentes en cualquier palanca:
Parámetros característicos de las palancas.
R: Fuerza resistente. F: Fuerza actuante. dR: Distancia de R al punto de apoyo. dF: Distancia de F al punto de apoyo.
(A la fuerza actuante también se la
denomina Potencia y, a vces, se representa con la letra P.)
Ley de la palanca
Una palanca
estará en equilibrio cuando el producto de la fuerza actuante F, por su
distancia al punto de apoyo dF, es igual al producto de la fuerza resistencia
R, por su distancia dR al punto de apoyo. Expresado en forma matemática:
F.dF = R.Dr
De esta forma,
como norma general, cuanto mayor sea la distancia al punto de apoyo con la que
aplicamos la fuerza actuante F, mayor ventaja tendremos respecto a la fuerza
resistente R. Este principio se cumplirá siempre y para ello, debemos suponer
que la barra que hace de palanca es rígida y resistente.
Las
palancas están presentes, no solo formando parte de las máquinas, sino en
multitud de objetos de la vida cotidiana. Podemos clasificarlas en función de
la posición de la fuerza actuante F y de la resistente R en tres clases, grados
o géneros
Palancas de primer grado (género o clase).
Son aquellas en las que el punto de apoyo
está entre la fuerza aplicada y la fuerza resistente.
El efecto de la fuerza aplicada puede
verse aumentado o disminuído en función de las distancias al punto de apoyo.
Palancas de segundo grado (género o clase).
La fuerza resistente se aplica entre el
punto de apoyo y la fuerza aplicada.
Palancas de tercer grado ( género o clase).
La fuerza aplicada está entre el punto de
apoyo y la fuerza resistente.
A continuación tienes una tabla resumen
con los parámetros característicos de cada tipo de palanca, y su aplicación a
un ejemplocotidiano:
POLEA
Una polea es una máquina simple, un dispositivo mecánico de
tracción, que sirve para transmitir una fuerza. Además, formando conjuntos
—aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria
para mover un peso.
La polea es el punto de apoyo de una cuerda que moviéndose se
arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa, actuando en uno de sus extremos
la resistencia (R) y en otro la fuerza actuante (F) o potencia..
Las poleas simples no son más que una palanca de primer
grado, en la que la fuerza F, y la resistencia R se aplican a la misma
distancia del eje, que coincide con el radio de la polea. És decir:
F.r = R.r
Simplificando tenemos que:
F = R
Que nos indica que en una polea simple la fuerza que tenemos
que aplicar es igual a la resistencia que tenemos que vencer. La ventaja viene
del uso de la propia polea que me permite utilizar el cuerpo para ejercer la
fuerza F.
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Tipos de poleas
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Polea fija
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Polea móvil
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Polipastos
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En este caso tenemos una sola polea fija sobre la que se enrolla la
cuerda (o cadena) de la que suspende por un lado la carga, que ejerce una
fuerza de resistencia R, y del otro lado por donde aplicamos la fuerza F para
elevar la carga.
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La polea móvil es un conjunto formado por dos poleas. Una de ellas está
fija, mientras la otra puede desplazarse linealmente al subir y bajar la
carga. Este tipo de poleas permite elevar cargas con un menor esfuerzo, (con
una fuerza aplicada F menor).
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El polipasto es un tipo especial de montaje de poleas fijas y móviles .
Consta de un número par de poleas de las que la mitad son fijas, y la otra
mitad móviles. Permiten elevar grandes cargas con la aplicación de fuerzas
limitadas, por lo que son de gran aplicación en la elevación de grandes
cargas (grúas, ascensores,...).
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Polea simple fija. De César Rincón, en Wikipedia Commons. Licencia CC BY-SA 3.0.
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Polea simple móvil. De César Rincón, en Wikipedia Commons. Licencia CC BY-SA 3.0.
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Four pulleys.
De Prolineserver en Wikimedia Commons. Licencia CC-BY-SA-3.0.
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Una polea fija está en equilibrio cuando la fuerza aplicada F es igual a
la resistente R que presenta la carga, es decir:
F = R
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F = RUna polea móvil estará en equilibrio cuando se cumple la siguiente
igualdad:
F = R/2
De esta forma, la fuerza que tenemos que aplicar para elevar la carga es
la mitad de la fuerza resistente de esa carga. Si combinamos varias polea
móviles, la fuerza que necesitamos aplicar disminuirá proporcionalmente al
número de poleas móviles del sistema.
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El polipasto se encuentra en equilibrio cuando se cumple que:
Donde n es el número de poleas móviles
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Varias poleas por eje.
En muchas ocasiones se emplean
sistemas donde para un mismo eje se disponen varias ruedas de polea; o bien una
solea con más de una acanaladura que le permite pasar la cuerda o la cadena
dos, tres, o más veces.
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