2. MECANISMOS
01. ESTRUCTURAS VS. MECANISMOS
02. ¿QUÉ ES UNA MÁQUINA?
03. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO
04. MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DEL MOVIMIENTO
RECURSOS
ACTIVIDADES
EVALUACIÓN
3. ¿QUÉ ES UN MECANISMO?
Los elementos destinados a transmitir y transformas las fuerzas y movimientos de un generador de movimiento o motor a otro objeto que lo recibe y se mueve reciben el nombre de mecanismos. Esto permite a las personas llevar a cabo trabajos más cómodos y con menos esfuerzo.
En todo mecanismo resulta indispensable un elemento que genere el movimiento. El movimiento originado por el motor se transforma y se transmite a través de los mecanismos a los elementos receptores llevando a cabo el trabajo para el que fueron construidos.
Según su función los mecanismos se pueden clasificar en dos grandes grupos:
– Mecanismos de transmisión
– Mecanismo que transformar el tipo de movimiento
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P3. El motor diésel es un motor muy semejante anatómicamente al motor otto. Sólo se diferencian en un elemento. Busca un dibujo de un motor diésel. Señala elemento que es diferente y pon su nombre.
3. 1. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO
Atendiendo al movimiento de los mecanismos, el elemento de entrada del mecanismo, es decir el elemento motriz, coincide con el tipo de movimiento que tiene el elemento de salida, elemento receptor.
Los mecanismos de transmisión pueden ser, a su vez, agrupados en dos grandes grupos:
Mecanismos de transmisión lineal
En este caso, el elemento de entrada y el elemento de salida tienen movimiento lineal. Por ejemplo, la palanca.
Mecanismos de transmisión circular
El elemento de entrada y el elemento de salida tienen movimiento circular. Por ejemplo, los sistemas de engranajes.
3.1.1. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN LINEAR
¡Recuerda que estos mecanismos transmiten el movimiento, la fuerza y la potencia producidos por un elemento motriz a otro punto!
PALANCAS
La palanca es una barra rígida que se mueve al estar sobre un punto de apoyo o articulación. En un punto de la barra se aplica una fuerza, F, con el fin de vencer una resistencia, R, que actúa en otro punto de la barra.
La palanca se encuentra en equilibrio cuando la fuerza y la resistencia que se ejercen en una palanca son iguales, respecto a las distancias de ambas al punto de apoyo. Esta es la denominada Ley de la Palanca y su fórmula se expresa así:
F x d = R x r
Hay tres tipos de palanca:
De primer grado, de segundo grado y de tercer grado, según donde se sitúe la Fuerza y la Resistencia respecto al punto de apoyo.
Primer grado
Segundo grado
Tercer grado
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P4. Visualiza este vídeo de Andy Peterson y Zack Patterson titulado La poderosa matemática de la palanca. ¿Por qué Arquímedes dijo una vez “Dame un punto de apoyo y moveré la Tierra»?
RUEDA
La rueda es probablemente la invención mecánica más importante de la historia. La mayoría de las máquinas diseñadas y construidas desde la Revolución Industrial disponen de ruedas en su estructura. Esto hace que sea unos de los inventos más importantes para la humanidad.
La rueda es muy importante por su simplicidad. Lo que permite es reducir la fricción de manera muy significativa y logrando mover objetos pesados de un lugar a otro con mayor facilidad.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P5. Cómo habrás visto a tu alrededor hay muchos tipos de rueda, aunque todas funcionan de la misma forma, tienen diferentes funciones y aspectos. Busca información de los siguientes acontecimientos relacionados con la rueda, indica el año de invención o uso y qué dependencia guarda con la rueda.
– Uso de troncos para el movimiento de estructuras u objetos
– Invención del molino de agua
– Invención de los neumáticos de caucho
– Primer torno de alfarería
– Invención del barco de vapor
EL PLANO INCLINADO
El plano inclinado consiste en una superficie plana elevada un ángulo, también lo conocemos como rampa. Esta máquina simple permite levantar una carga que sería demasiado pesada sin tanta fuerza física generada por los brazos.
El ángulo, que corresponde a la pendiente de la rampa, determina la cantidad de esfuerzo que se necesita para desplazar el objeto. Cuanto más inclinada sea la rampa, se requiere más esfuerzo.
El trabajo que se realiza para mover un objeto tiene dos aspectos:
– El esfuerzo que se hace para completarlo
– La distancia durante la que se mantiene el esfuerzo
El uso de la rampa no altera la cantidad de trabajo que se necesita, pero modifica la forma en que se realiza el trabajo facilitándolo. Si el esfuerzo aumenta, la distancia debe disminuir, y viceversa.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P6. Visualiza esta demostración en la que una persona intenta cargar una caja en un camión. Comprueba cada uno de los casos que se muestran seleccionándolos y explica que es lo que ocurre.
LA CUÑA
Una cuña es una máquina simple compuesta por dos planos inclinados unidos. Estos dos planos forman un borde afilado.
Las cuñas se utilizan para desplazar o separar dos objetos, o directamente cortarlo.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P7. Identifica 5 objetos cotidianos que estén constituidos por una cuña. ¿Para qué se utilizan cada uno de ellos?
EL TORNILLO
Un tornillo es una máquina simple formada por otras dos máquinas simples. Es un plano inclinado envuelto alrededor de un cilindro.
– El plano inclinado es la espiral que se enrolla alrededor del tornillo
– El cilindro es la sección más larga
Los tornillos se utilizan para sujetar objetos juntos y mantenerlos unidos.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P8. Leonardo Da Vinci inventó muchas máquinas que fueron el origen de algunas de las que utilizamos hoy en día: coches, aviones, lavadoras, máquinas de coser, etc. También él se basó en uno de los mecanismos más antiguos: el tornillo de Arquímedes, utilizado desde el siglo III a. de C. ¿Sabes en qué consiste? Busca imágenes de este mecanismo o realiza un dibujo y explica su funcionamiento y el uso que se le ha dado.
LA POLEA
La polea es una rueda con una ranura en su interior que gira alrededor de un eje. Este se halla sujeto a una superficie fija. Por la ranura de la polea se hace pasar una cuerda, cadena o correa que permite generar una fuerza, F, para superar una resistencia, R.
Se encuentra en equilibrio cuando la fuerza aplicada, F, es igual a la resistencia, R, que presenta la carga:
F = R
La Resistencia suele equivaler al peso que sostiene la polea en el extremo, es decir, su masa por la gravedad
F = R = m· g
Hay dos tipos de poleas según donde estén fijadas y la cantidad de poleas que se utilicen:
Polea fija:
Sirve para subir y bajar cargas con facilidad. Se utiliza en pozos, grúas o aparatos para realizar ejercicio en los gimnasios.
Polea móvil:
Es un conjunto de dos poleas, cada una de ellas tiene que ser de un tipo: una fija y otra móvil, es decir, que puede desplazarse linealmente. Gracias a esta combinación, el esfuerzo que se hace para subir un peso se reduce a la mitad con respecto a la polea fija.
Se encuentra en equilibrio cuando: F = R/2
Polea compuesta:
Es una combinación de las anteriores. Reciben el nombre de polipasto y su ventaja mecánica equivale al número de poleas total utilizadas en el mecanismo.
Se encuentra en equilibrio cuando: F = R/n
Siendo n el número de poleas que formen el polipasto.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P9. Calcula la fuerza que hay que ejercer para levantar un peso de 85 kg con cada uno de los tipos de polea que hemos presentado: polea fija, polea móvil y una compuesta por cuatro poleas. Averigua el valor de la ventaja mecánica para cada caso.
TIPOS DE POLIPASTO
Dependiendo la colación de las diferentes poleas que forman el polipasto podemos encontrar diferentes tipos de combinaciones.
Cuantas más poleas se utilicen, la estructura del mecanismo es más complejo, pero reducimos el esfuerzo que hay que hacer para elevar el peso.
El polispasto potencial combina ambos tipos de poleas, pero la mitad son de cada tipo.
Por otro lado, el polipasto exponencial solo cuenta con una polea fija y el resto son móviles. En este caso hay varias cuerdas y se consigue reducir mucho el esfuerzo que hay que aplicar, de acuerdo con la expresión:
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P10. En la figura se observa a dos personas levantando entre los dos un peso de 175 kg. Calcula:
a) La fuerza que está realizando cada uno.
b) La fuerza a la que están sometidos cada uno de los tres ganchos de sujeción del mecanismo al techo.
c) ¿Cuánto sube el peso cuando cada operario recoge 2 m de cuerda?
3.1.2. TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO CIRCULAR
Recuerda que estos mecanismos transmiten el movimiento, la fuerza y la potencia de forma circular desde el elemento de entrada a los receptores.
RUEDAS DE FRICCIÓN
Las ruedas de fricción son sistemas de varias ruedas que se encuentran en contacto directo. La rueda que genera el movimiento recibe el nombre de rueda de entrada, esta provoca el movimiento de la otra rueda o rueda de salida. Las dos giran en sentido opuesto.
Esta solución se utiliza bastante en la industria. Y se identifican dos modelos:
Contacto directo
Las ruedas que están en contacto directo. La fuerza de rozamiento entre ambas provoca el movimiento. Para que esto ocurra tienen que tocarse, es decir, debe haber suficiente presión entre ambas.
Para conocer sus velocidades y características de las ruedas se debe cumplir:
D1· N1 = D2· N2
Esta fórmula es conocida como relación de transmisión, ya que muestra como las velocidades dependen del diámetro de las ruedas. Siendo D el diámetro de cada una de las ruedas, y N la velocidad que toman cuando están realizando trabajo.
Ruedas con correa
Es un conjunto de ruedas que no tienen contacto entre sus superficies, si no que giran conjuntamente por efecto de una correa. Sus ejes suelen ser paralelos y giran simultáneamente por efecto de una correa.
Sin embargo, si cruzamos la correa que las une, se invierte el sentido de giro de las poleas.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P11. A partir del mecanismo de la imagen, responde a las siguientes preguntas sabiendo que el diámetro de la rueda menor equivale al radio de la rueda mayor:
A – Identifica cuál es la rueda de entrada y cuál es la de salida.
B – Si se gira la manivela a 80 rpm, ¿a qué velocidad gira la rueda de salida?
C – ¿Cómo se puede invertir el sentido de giro?
ENGRANAJES
Son composiciones de ruedas con salientes que se llaman dientes. Estos encajan entre sí, de manera que unas ruedas arrastran a las otras.
Todos los dientes tienen que ser iguales en cuanto a la forma y tamaño. Esto hace que el movimiento circular del primer eje se transmita al segundo, provocando el movimiento de los engranajes. Los dos engranajes giran en sentido opuesto.
Los engranajes adoptan distintas formas, pudiendo ser cilíndricos o cónicos.
Los engranajes no suelen estar colocados de forma individual, forman sistemas de dos o más, llamados trenes de engranajes; o, formando sistemas de engranajes unidos por una cadena.
Se utilizan mucho en máquinas industriales y en automoción, pero también en objetos cotidianos como taladradoras, relojes, batidoras y juguetes.
La relación de transmisión entre las velocidades de giro se relaciona con el número de dientes de cada uno de los engranajes. La relación que hay entre ellas es la siguiente:
Z1/Z2 = N2/N1
Z1 y Z2 son el número de dientes, y N1 y N2, las velocidades.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P12. Completa la siguiente tabla para interpretar el valor que se obtiene al calcular la relación de transmisión de los mecanismos:
| Valor de la relación de transmisión (RT) | Relación de las velocidades | Explicación |
| RT < 1 | ||
| RT = 1 | ||
| RT > 1 |
SISTEMA DE ENGRANAJES CON CADENA
Este sistema de engranajes cuenta con dos ruedas dentadas cuyos ejes son paralelos y no tienen contacto entre ellas. Giran simultáneamente gracias a una cadena.
La cadena hace que el movimiento circular se transmita entre ellas haciendo que los dos engranajes giren en el mismo sentido. Estos sistemas podemos encontrarlos sobre todo en vehículos como motocicletas y bicicletas.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P13. Simula el funcionamiento del siguiente sistema de transmisión con https://geargenerator.com. Explica la información obtenida por el programa y el movimiento de cada uno de los engranajes.
TORNILLO SINFÍN-CORONA
El tornillo sinfín es un mecanismo de transmisión compuesto por un tornillo, que actúa como generador de movimiento y una rueda dentada, que se mueve debido a este. Esta rueda dentada se conoce con el nombre de corona.
La rosca del tornillo encaja con los dientes de la rueda haciendo que los ejes de transmisión de los dos elementos sean perpendiculares entre sí.
Este mecanismo se utilizar para hacer grandes reducciones de velocidad. Esto se debe a que, por cada vuelta del tornillo, la rueda dentada avanza un diente. Esto provoca un aumento importante del trabajo realizado. Este tipo de mecanismo lo encontramos en las clavijas de las guitarras o los reductores de velocidad para motores.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P14. ¿Cuántas vueltas dará la corona del siguiente mecanismo si el tornillo sinfín da 150 vueltas? ¿Cuál es la relación de transmisión?
