viernes, 4 de septiembre de 2009

Maquinas simples

  • ¿Qué es una maquina simple?


     

Una máquina simple, en física, es un mecanismo que transforma una fuerza aplicada en otra resultante, modificando la magnitud de la fuerza, su dirección, la longitud de desplazamiento o una combinación de ellas.

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". 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.

Maquinas simples son la palanca, las poleas, el plano inclinado, etc.


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 

El mecanismo de biela - manivela es un mecanismo que transforma un movimiento circular a un movimiento de traslación (o viceversa). El ejemplo actual más común se encuentra en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se convierte en movimiento circular en el cigüeñal.

En forma esquemática, este mecanismo se crea con dos "barras" unidas por una unión de revoluta. Un extremo de la barra que rota (la manivela) se encuentra unido a un punto fijo, el centro de giro, y el otro extremo se encuentra unido a la biela. El extremo restante de la biela se encuentra unido a un pistón que se mueve en línea recta.


 

El mecanismo biela-manivela, consiste en tres barras articuladas:

  • OA es la manivela.
  • AB la biela.
  • BC es la varilla.

Con este mecanismo conseguimos: transmitir un movimiento y transformar un movimiento de rotación en translación o viceversa, con lo cual este mecanismo es reversible.

La velocidad "v" de translación (o émbolo) y la de rotación w de la manivela, se relacionan mediante la formula:

v = w d


 


 

La parte de una palanca es una máquina simple consiste en una pieza de madera o de metal terminada en ángulo diedro muy agudo. Técnicamente es un doble plano inclinado portátil. Sirve para hender o dividir cuerpos sólidos, para ajustar o apretar uno con otro, para calzarlos o para llenar alguna raja o hueco.

El funcionamiento de la cuña responde al mismo principio que el del plano inclinado. Al moverse en la dirección de su extremo afilado, la cuña genera grandes fuerzas en sentido perpendicular a la dirección del movimiento. Estas son las fuerzas que se aprovechan para separar objetos, o para generar fricción y mantener la cuña fija a los objetos con los que está en contacto.

La ventaja mecánica de una cuña es la relación entre su longitud y su ancho. Por ejemplo, una cuña de 10 cm de largo por 2 cm de ancho tiene una ventaja mecánica de 5.

Ejemplos muy claros de cuñas son hachas, cinceles y clavos aunque, en general, cualquier herramienta afilada, como el cuchillo o el filo de las tijeras, puede actuar como una cuña.


 

La cuña es un amplificador de fuerzas (tiene ganancia mecánica). Su forma de actuar es muy simple: transforma una fuerza aplicada en dirección al ángulo agudo (F) en dos fuerzas perpendiculares a los planos que forman la arista afilada (F1 y F2); la suma vectorial de estas fuerzas es igual a la fuerza aplicada.

 


 

La palanca es una máquina simple que tiene como función transmitir una fuerza. Está compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro.

Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o la distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza.


 

Ley de palanca:

En física, la ley que relaciona las fuerzas de una palanca en equilibrio se expresa mediante la ecuación:


Siendo P la potencia, R la resistencia, y dp y dr las distancias medidas desde el fulcro hasta los puntos de aplicación de P y R respectivamente, llamadas brazo de potencia y brazo de resistencia.

Si en cambio una palanca se encuentra rotando aceleradamente, como en el caso de una catapulta, para establecer la relación entre las fuerzas y las masas actuantes deberá considerarse la dinámica del movimiento en base a los principios de conservación de cantidad de movimiento y momento angular.

Tipos de palanca:

Primera clase:


Segunda clase:


 



 

Tercera clase:



 


 


 


 


 


 


 


 

El plano inclinado es una superficie plana que forma un ángulo agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura.

Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento.

Las leyes que rigen el comportamiento de los cuerpos en un plano inclinado fueron enunciadas por primera vez por el gran matemático neerlandés Simon Stevin, en la segunda mitad del siglo XVI.

Ejemplo

Imaginemos que queremos arrastrar el peso G desde una altura 1 hasta una altura 2; siendo las posiciones 1 y 2 a las que nos referimos, las del centro de gravedad del bloque representado en la figura.

El peso del bloque, que es una magnitud vectorial (vertical y hacia abajo), puede descomponerse en dos componentes, F1 y F2, paralelo y perpendicular al plano inclinado respectivamente, siendo:

F1 = G sen(α)

F2 = G cos(α)

Además, la superficie del plano inclinado genera una fuerza de rozamiento FR que también deberemos vencer para poder desplazarlo. Esta fuerza es:

FR = μ F2 = μ G cos(α), siendo μ el coeficiente de rozamiento.

Analizando la figura, es evidente que para conseguir desplazar el bloque, la fuerza (F) que deberemos aplicar, será:

F = F1 + FR = G sen(α) + μ G cos(α) = G [sen(α) + μ cos(α)]

Si en vez del utilizar el plano inclinado, tratáramos de levantar el bloque verticalmente, la fuerza (G) que tendríamos que aplicar sería la del peso del bloque debido a la fuerza de la gravedad, es decir: G = P.



 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 

Una polea, también llamada garrucha, carrucha, trocla, trócola o carrillo, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el concurso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso, variando su velocidad.

Según definición de Hatón de la Goupillière, «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 y en otro la potencia.


 


 

 


 


 


 

La tuerca husillo es un tipo de mecanismo que está constituido por un tornillo (husillo) que al girar produce el desplazamiento longitudinal de la tuerca en la que va enroscado(movimiento rectilíneo).

El husillo se caracteriza por:

  • Número de entradas (z): es el número de hélices roscadas sobre el núcleo del tornillo. Generalmente es 1, 2 ó 3.
  • Paso de rosca (p): es la distancia entre dos filetes consecutivos de una misma hélice. Habitualmente se mide en milímetros (mm). El paso de rosca es igual a la longitud que avanza el husillo en cada vuelta.

La longitud L que avanza la tuerca al girar el husillo es:


donde N es el número de vueltas que gira el husillo.

El avance o velocidad de avance se expresa, especialmente en máquinas herramientas, en milímetros por minuto (mm/min) y se calcula multiplicando el paso de rosca p (en mm/rev) por la velocidad de giro n (en rev/min o rpm).



 


 



 


 
 

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