IES Luis de Morales. Tecnología 3º ESO. Tema 4: Mecanismos de transmisión y transformación del...
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TECNOLOGÍA 3º ESO. TEMA 4 MECANISMOS DE TRANSMISIÓN Y TRANSFORMACIÓN DEL MOVIMIENTO Realizado por Juan Antonio Pulido Alcón Profesor de Tecnología y Plástica del I.E.S. Luis de Morales, Arroyo de la Luz. Cáceres.
IES Luis de Morales. Tecnología 3º ESO. Tema 4: Mecanismos de transmisión y transformación del movimiento. Por Cochepocho
1. TECNOLOGA 3 ESO. TEMA 4 MECANISMOS DE TRANSMISIN Y
TRANSFORMACIN DEL MOVIMIENTO Realizado por Juan Antonio Pulido Alcn
Profesor de Tecnologa y Plstica del I.E.S. Luis de Morales, Arroyo
de la Luz. Cceres.
2. CONTENIDOS 4.1. Manivelas. 4.2. Cigeales y bielas. 4.3.
Excntricas y levas. 4.4. Poleas. 4.5. Otros sistemas de transmisin
y transformacin de movimiento
3. En este tema vamos a conocer cmo funcionan algunos
artilugios mecnicos que transforman el movimiento, muy utilizados
en cualquier mquina actual. Pero quiz sea mejor empezar definiendo
qu es un mecanismo: Se le llama mecanismo a los dispositivos que
reciben una energa de entrada y, a travs de un sistema de
transmisin y transformacin de movimientos, realizan un trabajo. Un
ejemplo muy claro es un reloj de cuerda. Le damos cuerda (energa) y
el reloj funciona durante un par de das mediante una serie de
ruedas dentadas y engranajes moviendo las manecillas y dndonos la
hora (trabajo realizado).
4. Reloj Morez de alrededor de 1850. Reloj mecnico que se le da
cuerda mediante unas pesas y nos da la hora y las campanadas
durante ocho das.
5. Maquinaria de un reloj Morez, llena de engranajes, ruedas
dentadas, manivelas, poleas, etc.
6. Otro mecanismo muy conocido es el de los juguetes a cuerda.
Le introducimos una energa dndole cuerda (comprimimos un resorte
acumulando la energa) y despus el juguete se pone a funcionar
realizando el movimiento (el resorte se descarga transformando la
energa acumulada en trabajo, en movimiento).
7. El mecanismo mas antiguo que se conoce es el de Anticitera.
Es una calculadora mecnica antigua diseada para prever la posicin
del Sol, la Luna, y algunos planetas, que permita predecir
eclipses. Consiste en un conjunto de engranajes de ruedas dentadas
de bronce con signos e inscripciones astronmicas en griego antiguo,
dialecto corintio-siracusano. Fue descubierto entre los restos de
un naufragio cerca de la isla griega de Anticitera, entre Citera
yCreta, y se cree que data del 205 a. C. Es uno de los primeros
mecanismos de engranajes conocido, y se dise para seguir el
movimiento de los cuerpos celestes. De acuerdo con las
reconstrucciones realizadas, se trata de un mecanismo que usa
engranajes diferenciales, lo cual es sorprendente dado que los
primeros casos conocidos hasta su descubrimiento datan del siglo
XVI.
8. Mecanismo de Anticitera. Calculadora astronmica. Siglo II
a.C.
9. Reconstruccin del mecanismo de Anticitera.
10. Pincha en la imagen y vers un video sobre el mecanismo ms
antiguo del mundo, el de Antikythera.
11. Arqumedes de Siracusa ( Siracusa. Sicilia. 287 a. C. 212 a.
C.) fue un fsico, ingeniero, inventor, astrnomo y matem- tico
griego. Aunque se conocen pocos detalles de su vida, es considerado
uno de los cientficos ms importantes de la antigedad clsica.
12. El tornillo de Arqumedes.
13. Leonardo da Vinci. 1452 1519. Leonardo da Vinci (Leonardo
di ser Piero da Vinci) fue un polmata florentino del Renacimiento
italiano. Fue a la vez pintor, anatomista, arquitecto, artista,
botnico, cientfico, escritor, escultor, filsofo, ingeniero,
inventor, msico, poeta y urbanista.
14. Mecanismos de Leonardo para elevar agua de forma
automtica.
15. Ejercicio de bsqueda de informacin: Elije uno de estos tres
famosos genios de la Mecnica y realiza un trabajo (mnimo dos
pginas) sobre sus inventos ms conocidos. Ojo! Todos tendrn nota.
Leonardo da Vinci. Arqumedes de Siracusa. Hern de Alejandra.
16. Si quieres puedes ver estos interesantes y completos videos
sobre estos tres genios de la Mecnica. Los inventos de Leonardo da
Vinci (1:20:58) https://youtu.be/PV6T_kOWZbk La vida de Arqumedes
(30:06) https://youtu.be/aJ135WSARIA Arqumedes. El genio de
Siracusa (20:55) https://youtu.be/zCAzQmfd1Gc Inventos antiguos
(30:58) https://youtu.be/drXTw2srI5Y
17. 4.1. MANIVELAS.
18. Qu es esto?
19. Y esto otro?
20. Y sta otra?
21. El mundo est lleno de operadores mecnicos que utilizamos
diariamente sin saber cmo se llaman, pero ah estn. Con ellos se
facilita el trabajo a realizar. Son mecanismos que transmiten y
transforman el movimientoy mueven el mundo. Como dijo Arqumedes:
Dame un punto de apoyo y te mover el mundo.
22. La manivela es uno de los operadores ms simples y antiguos
utilizados por el ser humano. Es una barra acodada en forma de L
con una empuadura, enganchada por el extremo superior a un eje.
Facilita el movimiento de rotacin del eje, realizndolo con menos
esfuerzo.
23. Esto es una manivela. La cogemos por la empuadura y nos
facilita darle vueltas al eje mediante el brazo de palanca. Cuanto
mas grande sea este brazo haremos menos esfuerzo pero la vuelta ser
mas grande.
24. Aqu podis ver una aplicacin de la manivela, para sacar agua
de un pozo realizando menos esfuerzo.
25. Tambin algunos aviones se arrancan a manivela.
26. En una manivela se cumple la ecuacin de equilibrio de las
palancas, o sea, la fuerza que aplicamos a la palanca multiplicada
por la distancia al centro es igual al peso levantado multiplicado
por el radio del cilindro. F P d r F x d = P x r
27. Veamos su equivalencia en una manivela utilizada en un pozo
para sacar un cubo de agua. F d P r F x d = P x r O sea, igual que
en la palanca.
28. Ejercicio 1: La manivela de un pozo tiene de brazo 60 cm y
hacemos un esfuerzo con las manos de 18 kg. Si el radio del torno
donde se enrolla la cuerda es de 10 cm, cuntos litros de agua puedo
sacar del pozo? Empecemos a poner datos: F = 18kg d = 60 cm = 0,6 m
(lo ponemos en metros) P = ? r = 10 cm = 0,1 m Venga! A empezar el
problema.
29. Ejercicio 1: La manivela de un pozo tiene de brazo 60 cm y
hacemos un esfuerzo con las manos de 18 kg. Si el radio del torno
donde se enrolla la cuerda es de 10 cm, cuntos litros de agua puedo
sacar del pozo? Empecemos a poner datos: F = 18kg d = 60 cm = 0,6 m
(lo ponemos en metros) P = ? r = 10 cm = 0,1 m Venga! A empezar el
problema. Cunto os da?
30. Ejercicio 1: La manivela de un pozo tiene de brazo 60 cm y
hacemos un esfuerzo con las manos de 18 kg. Si el radio del torno
donde se enrolla la cuerda es de 10 cm, cuntos litros de agua puedo
sacar del pozo? Empecemos a poner datos: F = 18kg d = 60 cm = 0,6 m
(lo ponemos en metros) P = ? r = 10 cm = 0,1 m Venga! A empezar el
problema. 108 qu? 108 kg? Vale pues entonces est bien.
31. Al producto de una fuerza por una distancia, o un brazo de
palanca, se le llama momento y su unidad de medida es el kilogramo
por metro (kgm) o el newton por metro (Nm). Entre los dos yo
prefiero el Newton por metro ya que son unidades del sistema
internacional, pero es comn ver en catlogos o en revistas de coches
el momento de un motor en kgm. Al gusto de cada uno, pero que el
resultado est bien. Un kg de peso equivale a 9,81 Newtons.
32. Forma curiosa esta de arrancar los aviones, a manivela. A
principios de la Aviacin se haca a mano, tirando de la hlice.
33. Carrete con manivela para recoger una manguera o un
cable.
34. Cuando no exista motor elctrico de arranque los coches
arrancaban a manivela, y el retroceso te poda romper la
pierna.
35. Aunque desde los aos 20 ya los coches llevaban motor de
arranque, a muchos les dejaban la opcin de arrancarlo a manivela,
por si a caso.
36. 4.2. CIGEALES Y BIELAS.
37. Esta es una antigua mquina de coser, una SINGER 66. Veamos
el mecanismo que acciona la mquina, el pedal, la biela y la
polea.
38. Pedal Biela Cigeal Polea Mquina Correa
39. Cuando accionamos el pedal la biela (barra negra de hierro)
se mueve arriba y abajo. El otro extremo est enganchado en un
cigeal que es el eje de una polea por donde pasa la correa que
mueve la mquina. Cigeal Biela Pedal
40. El cigeal es algo parecido a dos manivelas unidas por el
mango. Es como una manivela cuya empuadura se ha prolongado y
modificado ligeramente. La empuadura se le llama codo o muequilla.
Igual que ocurra con la manivela la fuerza con que movemos el
cigeal multiplicada por el brazo (distancia al eje de giro) se
denomina momento de giro o simplemente momento. F r M = F x r
41. Cigeal de un motor de explosin de cuatro cilindros.
42. Movimiento de un motor monocilndrico de explosin. Cigeal
(movimiento circular) Biela Pistn (movimiento lineal)
43. Normalmente un cigeal viene asociado siempre a un Operador
mecnico llamado biela. La biela es una barra o varilla perforada en
los extremos que se engancha a la muequilla del cigeal y transforma
el movimiento circular de ste a movimiento rectilneo alternativo de
ida y vuelta o viceversa.
44. Mecanismo biela manivela.
45. Funcionamiento de un cigeal para cuatro bielas y pistones.
Cigeal Movimiento circular Bielas Pistones Movimiento lineal
alternativo
46. 4.3.EXCNTRICAS Y LEVAS.
47. El conjunto mecnico de excntrica y leva permite, al igual
que el cigeal, transformar el movimiento circular en movimiento
Lineal alternativo. Una excntrica es un disco circular enganchado a
un eje pero no por el centro del disco, ambos ejes no
coinciden.
48. Una leva es un caso especial de excntrica. Es un elemento
mecnico que est sujeto a un eje por un punto que no es su centro
geomtrico, sino un alzado de centro. En la mayora de los casos es
de forma ovoide (huevo). El giro del eje hace que el perfil o
contorno de la leva toque, mueva, empuje o conecte con una pieza
conocida como seguidor o varilla.
49. Qu sucede cuando la leva gira? Qu es R r?
50. La leva tiene movimiento circular La varilla o empujador
tiene movimiento lineal alternativo Alzada de la leva (R - r)
51. Dos levas empujando vlvulas para admisin y escape de un
motor de explosin.
53. Cuando varias levas estn alineadas en un mismo eje, se le
llama rbol de levas. Es una pieza componente de los motores de
explosin y abre y cierra las vlvulas de admisin y escape.
54. 4.4.POLEAS.
55. Una polea es una mquina simple, un dispositivo mecnico de
traccin, que sirve para transmitir una fuerza. Adems, formando
conjuntosaparejos o polipastos sirve para reducir la magnitud de la
fuerza necesaria para mover un peso. La polea es de forma circular
y tiene un orificio central de giro y una acanaladura por el
permetro por donde pasa una cuerda o una correa. Existen muchas
clases de poleas y combinaciones posibles. Vamos a estudiar las
poleas fijas, las poleas mviles y los aparejos o polipastos.
56. La nica nota histrica sobre su uso se debe a Plutarco,
quien en su obra Vidas paralelas (c. 100 a. C.) relata que
Arqumedes, en carta al rey Hiern de Siracusa, a quien lo una gran
amistad, afirm que con una fuerza dada poda mover cualquier peso e
incluso se jact de que si existiera otra Tierra, yendo a ella podra
mover sta. Hiern, asombrado, solicit a Arqumedes que realizara una
demostracin.
57. Arqumedes
58. Acordaron que el objeto a mover fuera un barco de la armada
del rey, ya que Hiern crea que ste no podra sacarse de la drsena y
llevarse a dique seco sin el empleo de un gran esfuerzo y numerosos
hombres. Segn relata Plutarco, tras cargar el barco con muchos
pasajeros y con las bodegas repletas, Arqumedes se sent a cierta
distancia y tirando de la cuerda alz sin gran esfuerzo el barco,
sacndolo del agua tan derecho y estable como si an permaneciera en
el mar.
59. La polea fija cuelga de un punto fijo facilitando muchos
trabajos aunque empleamos la misma fuerza. La cuerda que rodea la
polea recorre la misma distancia. En las poleas fijas, las
tensiones, o fuerzas, a ambos lados de la cuerda son iguales por lo
tanto no reduce la fuerza necesaria para levantar un cuerpo. Sin
embargo permite cambiar el ngulo en el que se aplique esa fuerza y
transmitirla hacia el otro lado de la cuerda. Nos es ms fcil tirar
de la cuerda hacia abajo que tirar hacia arriba. La polea fija se
puede considerar como una palanca de primer gnero, o sea, que la
fuerza aplicada es igual al peso a levantar. P = F
60. La polea del pozo es el mejor ejemplo de polea fija. No
disminuimos es esfuerzo a realizar (P=F) pero tiramos hacia abajo,
que es mas cmodo.
61. P F Polea fija.
62. La polea mvil es una polea que adems de moverse en rotacin,
giro, cuando pasa la cuerda, tambin se mueve en traslacin, hacia
arriba o hacia abajo. De esta manera conseguimos disminuir el
esfuerzo a realizar en la cuerda a la mitad. F = R/2
63. Qu fuerza F se est realizando con las manos para elevar la
carga de 120 N (newtons)?Cuntos kilos de peso son?
64. Ejercicio: Sabiendo que P son 1000 N, calcula el resto de
los valores.
65. Los aparejos o polipastos son operadores formados por
poleas fijas y mviles con la finalidad de elevar cargas pesadas
realizando esfuerzos pequeos. Se desmultiplica la fuerza que
tenemos que hacer tirando de la cuerda a costa de aumentar mucho el
recorrido de la cuerda, o sea, recogemos mucha cuerda.
66. Polipasto utilizado en los barcos de vela.
67. Comparacin entre polea fija, polea mvil y aparejo. La ms
sencilla es la fija. Con la que se puede levantar mayores pesos es
el aparejo o polipasto. Cul es cada una?
68. Aparejo formado por tres poleas fijas y tres mviles. Qu
fuerza hay que hacer tirando de la cuerda para levantar un peso de
450 kg?
69. Polipasto formado por tres poleas mviles y una fija. Con qu
fuerza hay que tirar de la cuerda para levantar un peso de 200 kg?
El peso de 200 kg que est enganchado en la polea 1 se distribuye
entre las dos cuerdas que suben, una 100 kg y la otra los otros 100
kg. La polea 2 aguanta 100 kg, que se distribuyen entre las dos
cuerdas a 50 y 50 kg cada una. A la polea 3 le llegan 50 kg, que
distribuye 25 y 25 kg a sus cuerdas. La cuerda que pasa por la
polea fija tiene una tensin de 25 kg, que es la fuerza que tenemos
que hacer.
71. Como la fuerza a realizar en la cuerda es de 25N, la cuarta
parte del peso a levantar, la longitud de cuerda movida ser cuatro
veces ms que el espacio levantado del peso total. FL x h = Fz x
s
72. Con qu fuerza hay que tirar de la cuerda para levantar una
carga de 2000kg?
73. 200 kg
74. Si engancho al gancho de esta gra una carga de 35.000 kg qu
esfuerzo tendr que hacer el motor para levantarlo? A qu tensin est
sometido el cable de la gra? Cuntas poleas tiene el gancho? Son
fijas o mviles?
75. Gra accionada por fuerza humana. poca de los romanos. Tiene
poleas fijas y mviles Dnde estn?
76. Gra diseada por Leonardo da Vinci. Finales del siglo
XV.
77. Gra gigante montando una plataforma petrolfera.
78. 4.5. OTROS SISTEMAS DE TRANSMISIN Y TRANSFORMACIN DEL
MOVIMIENTO.
79. SISTEMA PIN CREMALLERA. Este operador mecnico consta de un
pin, una rueda dentada, y una cremallera, o barra longitudinal
dentada. Transforma el movimiento circular del pin en rectilneo de
la cremallera y viceversa. Un ejemplo tpico de este operador es el
sistema utilizado por los automviles en la direccin de las ruedas
delanteras, en las compuertas en los canales de agua, para levantar
los cristales de las puertas de los coches o en las vas de los
trenes de montaa.
80. Sistema de pin-cremallera para mover de direccin las ruedas
de un coche.
81. Tren de cremallera, para subir cuestas muy inclinadas. Se
utiliza mucho en las montaas de Suiza.
82. Pincha en la imagen.
83. SISTEMA TORNILLO TUERCA. El sistema tornillo tuerca est
formado por un eje roscado, el tornillo, generalmente bastante
largo, y una tuerca roscada a l. Por cada vuelta que le demos al
tornillo la tuerca sube o baja la anchura del hilo del tornillo.
Transforma el movimiento circular en rectilneo y adems la
desmultiplicacin del movimiento es tan grande que multiplica el
esfuerzo realizado por el sistema. Se utiliza en mquinas que deben
realizar grandes esfuerzos, como por ejemplo los gatos elevadores
de los automviles.
84. Gato elevador para coche.
85. Otro tipo de gato elevador para coche. Vase el tornillo y
los extremos que hacen de tuercas. TornilloTuercas
86. Esquema de funcionamiento de un gato elevador de coche.
Engranajes cnicos Manivela tornillo Tuerca
87. Y para terminar os pongo dos videos de mecanismos
complicados de relojes, realizados con manivelas, engranajes,
poleas, levas y un sinfn de operadores diversos. Espero que os
gusten.