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Se trata de una presentación que introduce el tema de máquinas simples y complejas, mecanismos de transmisión y transformación de movimiento. Además tiene actividades, ejemplos y animaciones para que los alumnos de 1º de la ESO de Tecnología entiendan bien el tema.
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TEMA 6.- MÁQUINAS Y MECANISMOS
• MERCEDES SEGURA PINAR• DPTO DE TECNOLOGÍA• IES RÍO JÚCAR MADRIGUERAS
INDICE1.- Las máquinas y los mecanismos
2.- Palancas
5.1.- Mecanismos de barras
5.2.- Mecanismos de biela manivela. Cigüeñal
3.- El torno y la polea
4.- Mecanismos de transmisión de movimientos
5.- Mecanismos de transformación de movimientos
6.- Otros mecanismos
7.- Motores
5.3.- Otros mecanismos de transmisión de movimientos
8.- Ejercicios
1.- LAS MÁQUINAS Y LOS MECANISMOS
MÁQUINAAparato que reduce el esfuerzo o el tiempo
necesario para realizar un trabajo.
MÁQUINAS SIMPLES: Realizan el trabajo en un solo paso.
Se basan en el principio: aumentando el recorrido, disminuye el esfuerzo. De ellas se derivan muchas otras.
Palanca Barra rígida que
gira en torno a un punto fijo sobre el que está apoyada.
Plano inclinado Rampa usada para elevar objetos con
menos esfuerzo
Rueda Consiste en un eje unido a un cuerpo
redondo que gira
MÁQUINAS COMPUESTASRealizan su función en varios
pasos encadenados.
1.- LAS MÁQUINAS Y LOS MECANISMOS (II)
TIPOS DE MÁQUINAS SIMPLES
PALANCA
Barra rígida que gira en torno a un punto fijo sobre el que está apoyada
Se pueden combinar dos o más (pinzas, alicates, cascanueces,…). Sirven para realizar trabajos de manera más cómoda y eficaz
RUEDA
Consiste en un eje unido a un cuerpo redondo que gira
Sirve para desplazar objetos.De ella proceden: rodillo, engranajes, levas,…
PLANO INCLINADO
Es una rampa Sirve para elevar objetos con menos esfuerzo.El esfuerzo será menor cuanto más larga sea la rampaDe él derivan: cuña, hacha, escalera, broca,…
1.- LAS MÁQUINAS Y LOS MECANISMOS (III)
MECANISMOS: son combinaciones de elementos mecánicos que transforman las fuerzas y los
movimientos.Reciben una energía de entrada y, a través de un
sistema de transmisión y transformación de movimientos, realizan un trabajo
2.- PALANCAS
¿PARA QUÉ SIRVEN LAS PALANCAS?
Para realizar trabajos de forma más cómoda y eficaz.
Para transmitir movimientos
Transformar un movimiento en otro de sentido contrario.
Transformar fuerzas grandes en fuerzas pequeñas, y al contrario
Transformar un movimiento pequeño en otro mayor, y al contrario
“Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo”. Arquímedes.
2.- PALANCAS (II)
Elementos de la palanca
RESISTENCIA Brazo de la resistencia (distancia entre la resistencia
y el punto de apoyo)
PUNTO DE APOYO
Brazo de la potencia (distancia entre la potencia y
el punto de apoyo)
POTENCIAFuerza que se aplica
LEY DE LA PALANCAPara que una palanca se encuentre en equilibrio, de
manera que no gire, se tiene que cumplir la siguiente igualdad:
POTENCIA x Brazo de potencia = RESISTENCIA x Brazo de resistenciaPxBp=RxBr
Decimos que hay VENTAJA MECÁNICA cuando la POTENCIA o fuerza que aplicamos es más pequeña que la RESISTENCIA a vencer, ya que hemos conseguido multiplicar la
fuerza con esa palanca.Para que haya VENTAJA MECÁNICA, debemos aumentar el brazo de la potencia y
disminuir el brazo de la resistencia
Punto de apoyo
POTENCIA
RESISTENCIA
Brazo resistencia
Brazo potencia
2.- PALANCAS (III)
Calcula la fuerza que tenemos que hacer (P) para mover un peso (R) de 100 Kg con una palanca de primer grado. Sabemos que el Bp=150 cm y el Br=50cm.
1º.- Se dibuja la palanca2º .- ¿De qué genero es la palanca? De primer género
3º DATOSP=? Bp= 150cm R= 100 Kg Br= 50 cm
4º FÓRMULA : Ley de la Palanca PxBp=RxBr 5º OPERACIONES P= RxBr/Bp = 100x50/150=33,3 Kg
6º SOLUCIÓN: POTENCIA= 33,3 Kg
http://www.slideshare.net/tecnoarchena/resolucin-de-problemas-de-palancas
PxBp=RxBrP=RxBr/ BpR=PxBp/ BrBp=RxBr/PBr=PxBp/R
2.- PALANCAS (IV)
¿Qué potencia se necesita para sostener la carretilla de la figura?
1º.- Se dibuja la palanca2º .- ¿De qué genero es la palanca? De segundo género
3º DATOSP=? Bp= 100cm R= 150 Kg Br= 40 cm
4º FÓRMULA : Ley de la Palanca PxBp=RxBr 5º OPERACIONES P= RxBr/Bp = 150x40/100=60Kg
6º SOLUCIÓN: POTENCIA= 60 Kg
http://www.slideshare.net/tecnoarchena/resolucin-de-problemas-de-palancas
P=?
P. A. R= 150 Kg
Br=40 cm
Bp=100 cm
PxBp=RxBrP=RxBr/ BpR=PxBp/ BrBp=RxBr/PBr=PxBp/R
2.- PALANCAS (V)
http://www.slideshare.net/tecnoarchena/resolucin-de-problemas-de-palancas
PxBp=RxBrP=RxBr/ BpR=PxBp/ BrBp=RxBr/PBr=PxBp/R
2.- PALANCAS (VI)
Según como estén colocados la potencia (P), el punto de apoyo (PA) y la resistencia (R), se pueden distinguir tres tipos de palancas
DE PRIMER GÉNEROPunto de apoyo entre la Potencia y la Resistencia
DE SEGUNDO GÉNEROResistencia entre el Punto
de apoyo y la Potencia
DE TERCER GÉNEROPotencia entre el Punto
de apoyo y la Resistencia
POTENCIA POTENCIA POTENCIARESISTENCIARESISTENCIARESISTENCIA
Punto de apoyoPunto de apoyoPunto de apoyo
2.- PALANCAS (VII)Dibuja las siguientes palancas en tu cuaderno. Indica donde está la potencia, la resistencia y el punto de apoyo. Clasifícalas
http://www.slideshare.net/colfem/las-palancas-8070164
3.- EL TORNO Y LA POLEA
EL TORNOEste mecanismo consiste en un cilindro horizontal o TAMBOR, que está provisto de una manivela. Cuando giramos la manivela, se enrolla o desenrolla una cuerda o cable alrededor del tamborSe emplea para la tracción o elevación de cargas. Con esta máquina se obtiene VENTAJA MECÁNICA (siempre que el brazo de la manivela sea mayor que el radio del tambor del torno)
LA POLEAEs un mecanismo formado por un eje y una rueda acanalada, por la que pasa una cuerda o correa.Se emplea para cambiar la dirección en la que actúa una fuerza.
3.- EL TORNO Y LA POLEA (II)
TIPOS DE POLEAS
POLEA FIJANo proporciona
ventaja mecánica. Solo
cambia la dirección de la
fuerza
POLEA MÓVIL
Está conectada a una cuerda que tiene uno
se sus extremos fijos y el otro móvil.
Se consigue una ventaja
mecánica de 2 (nuestra fuerza
se multiplica por 2)
POLIPASTO Combinación de poleas fijas
y móviles.Se consigue una ventaja
mecánica igual al número de
poleas que hay.
3.- EL TORNO Y LA POLEA (III)
3.- EL TORNO Y LA POLEA (IV) Polea fija: cambia la dirección de la fuerza y no disminuye el esfuerzo, es decir, la fuerza aplicada es igual a la resistencia.Si se desea levantar un peso de 80 Kg (resistencia) se debe hacer una fuerza igual, es decir 80 Kg. F = 80 Kg
Polea móvil: es utilizada para reducir el esfuerzo necesario para levantar una carga. En la polea móvil la fuerza aplicada es igual a la mitad de la resistencia. Para calcular la fuerza F se utiliza la fórmula: F= R / 2En este caso, si se desea levantar un peso de 80 Kg, se debe hacer una fuerza de 40 Kg. F = 80 Kg / 2 = 40 Kg
Polipasto: es una combinación de poleas fijas y móviles recorridas por una o varias cuerdas con los extremos anclados a uno o a varios puntos fijos. Un aparejo factorial consiste en montar varias poleas fijas acopladas en una sola armadura que se conectan mediante una sola cuerda con otras poleas móviles que se montan en otra armadura. Para calcular la fuerza F se utiliza la fórmula: F= R / 2n, donde n es en número de poleas móviles.Si se quiere levantar un peso de 240 Kg, con un aparejo factorial como el de la gráfica anterior, se necesitaría una fuerza F de: F = 240 Kg / 2×2 = 240 Kg / 4 = 60 Kg.
3.- EL TORNO Y LA POLEA (V)
En los siguientes sistemas de poleas, calcula la fuerza que hay que hacer para levantar las correspondientes cargas.
100 Kg300 Kg
1200 Kg800 Kg 500 Kg
a)b)
c) d)e)
?
?
?
4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS
RUEDAS DE FRICCIÓN
POLEAS Y CORREA
ENGRANAJES
ENGRANAJES CON CADENA
TORNILLO SIN FIN
4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (II)
SISTEMA DE TRANSMISIÓN CIRCULAR
Mecanismos empleados para comunicar movimiento de un eje a otro.
También sirven para aumentar o disminuir la velocidad.
Así como para multiplicar o reducir una fuerza
Ruedas de fricciónSe emplea para
ejes muy próximos.El movimiento se
transmite por fricción
No se usan mucho porque
pueden patinar
Rueda loca: sirve para cambiar el sentido de giro
4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (III)
POLEAS CON CORREADos o mas poleas unidas
entre sí con correas. Pueden transmitir el
movimiento entre ejes bastante alejados.
Son sistemas sencillos pero las correas tienden
a deslizar.
Se emplear para modificar la
velocidad o la fuerza de un eje.
También se puede cambiar el
sentido de giro
4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (IV)
LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓNLa relación entre las velocidades con las que giran las poleas depende de
sus tamaños.Por tanto, si elegimos adecuadamente los diámetros de las poleas, se
puede aumentar, mantener o disminuir la velocidad de giro del eje de la polea conducida (La polea de mayor diámetro gira a menor velocidad)
Como D1>D2, entonces V1<V2
La polea conducida gira a más velocidad
Como D1=D2, entonces V1=V2
La polea conducida gira a la misma velocidad
Como D1<D2, entonces V1>V2
La polea conducida gira a menos velocidad
Polea conductora
Polea conductora Polea conductora
Polea conducida Polea conducida Polea conducida
V1
D1
V2
D2 V1V1
D1D1
V2
V2
D2
D2
4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (V)
La relación entre las
velocidades depende del nº de dientes de los engranajes
ENGRANAJESRuedas dentadas que engran
an entre sí, de
manera que
al girar una,
arrastra a la otra
Engranaje loco: sirve para cambiar el sentido de giro
4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (VI)
ENGRANAJES CON CADENA
Esta compuesto por dos ruedas dentadas de ejes
paralelos conectadas mediante una cadena
cerrada que se engrana en los dientes de las
ruedas
Se emplea para conectar ejes alejados de forma más segura
que las correas, porque no patina.
La relación entre las velocidades y el nº de dientes se calcula igual
que para los engranajes.
4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (VII)
TORNILLO SIN FINConsiste en un tornillo que engrana con una rueda dentada, cuyo eje es perpendicular al del tornillo.Se emplea para transmitir el movimiento giratorio del eje del tornillo a otro eje perpendicular a él.Relación de transmisión: por cada vuelta del tornillo, la rueda dentada avanza un diente. Esto permite conseguir una gran reducción de velocidad junto con un gran aumento de fuerza.
4.- MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (VIII)
PROBLEMAS DE RELACIÓN DE TRANSMISIÓN. FÓRMULASV1xD1=V2xD2 (V1=velocidad polea conductora o motriz; V2= velocidad polea conducida)
(D1= diámetro polea conductora o motriz; D2= diámetro polea conducida) V1xZ1=V2xZ2 (V1=velocidad engranaje conductor; V2= velocidad engranaje conducido) (Z1= nº de dientes engranaje conductor; Z2= nº de dientes engranaje conducido)
Dado un sistema de poleas en el que el diámetro de la polea conducida es 15 cm, el diámetro de la polea conductora o motriz es 5cm y la velocidad de giro de la polea motriz es de 30 r.p.m. (revoluciones por minuto) ¿A qué velocidad gira la polea conducida? ¿Se trata de un sistema multiplicador o reductor de velocidad?1º Dibujo del sistema 2º Datos: D1= 5cm; D2=15cm; V1= 30 rpm.; V2=?
3º Fórmula: V1xD1=V2xD2
4º Operaciones: V2=V1xD1/D2=30x5/15=10 rpm
5º Solución: La polea conducida gira a 10 rpm. Se trata de un sistema reductor de velocidad
http://www.slideshare.net/tecnoarchena/resolucin-de-problemas-de-transmisiones
5.- MECANISMOS DE TRANFORMACIÓN DE MOVIMIENTOS
MECANISMOS DE BARRAS ARTICULADASConsisten en combinaciones de dos o más barras rígidas unidas entre sí mediante articulaciones.Con ellas se consigue transformar la dirección, el sentido y la amplitud de los movimientos.
5.1.- MECANISMOS DE BARRAS
MANIVELA
• Es una barra rígida que está unida a un eje. Se emplea para hacer girar el eje con menos esfuerzo.
• El esfuerzo es menor cuanto mayor es el brazo de la manivela.
CIGÜEÑAL •Es un conjunto de manivelas que están colocadas sobre un mismo eje.
BIELA •Barra rígida que conecta, mediante uniones articuladas en sus extremos, dos piezas móviles. Sirve para transmitir y transformar movimientos
5.2.- MECANISMOS DE BIELA MANIVELA. CIGÜEÑAL
BIELA MANIVELALa biela está unida
por uno de sus extremos a una manivela o a un
punto excéntrico de una rueda.
Cuando el cuerpo gira, la biela avanza y
retrocede en cada vuelta.
BIELA, MANIVELA Y CORREDERALa manivela está
unida mediante un a biela a un émbolo o pistón, que avanza y retrocede dentro de
un carril o guías.
BIELA CIGÜEÑALEs un mecanismo formado por un
conjunto de bielas colocadas en cada codo del cigüeñal.Cuando el cigüeñal gira, se consigue un movimiento lineal
alternativo y sincronizado de las
bielas
5.2.- MECANISMOS DE BIELA MANIVELA. CIGÜEÑAL (II)
RUEDA EXCÉNTRICAEs una rueda
que gira sobre un eje que no
pasa por su centro.
Se puede usar como leva o
como parte de otros
mecanismos.
LEVAMecanismo
formado por un eje que gira, la
leva, y el seguidor, que se
mueve al ser empujado por la leva cuando gira.Se emplea para
convertir el movimiento de
giro de un eje en el movimiento alternativo del
seguidor.
TORNILLO TUERCA
Consiste en un tornillo y una
tuerca dispuestos de manera que
uno está fijo u el otro se mueve.
Se consigue transformar un movimiento de giro en otro de
avance, con poca velocidad y gran
aumento de fuerza.
PÍÑÓN CREMALLERA
Consiste en una rueda dentada
engarzada a una barra dentada o
cremallera. Al girar el piñón, la cremallera
avanza o retrocede
5.3.-OTROS MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS
5.3.-OTROS MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS (II)
6.-OTROS MECANISMOS (III)
TRINQUETE
• Mecanismo formado por una rueda dentada y una uñeta, que se emplea para dirigir el movimiento de un eje, permitiendo que gire en un sentido y no en el otro
• Se usa para tensar cables, en frenos,…
ACOPLAMIENTOS
• Se emplean para conectar dos ejes, de manera que se mantenga el movimiento.
• La unión puede ser temporal (embragues) o permanente (acoplamientos y juntas)
MECANISMOS QUE
MODIFICAN LA ENERGÍA
•Se emplean para almacenar o liberar energía.•Los muelles, los amortiguadores y los frenos son mecanismos de este tipo
7.- MOTORESDispositivos que
transforman cualquier tipo de energía en
energía MECÁNICA
MOTORES
MOTORES ELÉCTRICOSTransforman la energía eléctrica en mecánica
Electrodomésticos, máquinas-herramientas,
…
MOTORES DE COMBUSTIÓNUtilizan el calor de la
combustión de un combustible para mover la
máquinaCoches, motos, barcos,…
DE COMBUSTIÓN EXTERNA: TURBINA
DE COMBUSTIÓN INTERNA:
MOTOR DE CUATRO TIEMPOS
8.- EJERCICIOS EJERCICIOS DEL LIBRO
Palancas y poleas• 1, 2 y 3 pag 137• 1 pag 139•1, 2 y 3 pag 143• 1, 4 y 6 pag 159Sistemas de transmisión• 1 y 2 pag 147• 2 y 3 pag 159• 1 y 2 pag 160Mecanismos que transforman el movimiento• 1, 2, 3 y 4 pag 149• 5 pag 161
En el siguiente cuadro, une cada dibujo con su nombre (uniendo cada letra con su número)
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
11 12 1314 15
a) b) c) d) e)f) g) h) i) j)k) l)
m) n) ñ)
8.- EJERCICIOS (II)1.-Un mecanismo consta de dos poleas y correa. La polea conductora tiene un diámetro de 25 cm y gira a 300rpm. La polea conducida tiene un diámetro de 5cm. ¿Cuál es la velocidad de giro de la polea conducida? ¿Es una transmisión multiplicadora o reductora? ¿Cuál es la dirección de giro de la polea pequeña? Solución: 1500 rpm2.- Un mecanismo consta de dos engranajes. El engranaje de mayor tamaño tiene 75 dientes y gira a 200rpm. El engranaje más pequeño tiene 25 dientes. ¿Cuál es la velocidad de giro del engranaje pequeño? ¿Es una transmisión multiplicadora o reductora? ¿Cuál es la dirección de giro del engranaje pequeño? Solución: 600 rpm3. Estás en el parque en un balancín de 5 metros y quieres levantar a tu hermano de 30kg. El punto de apoyo se sitúa a 3 m de tu hermano. ¿Cuánto tienes que pesar paraalcanzar el equilibrio? Solución: 45 kg4. Tienes una caja de 100kg que quieres levantar del suelo. Para eso cuentas con unabarra de madera de 3m de longitud y una piedra que puede hacer de punto de apoyo.Tú pesas 50 kg. ¿Dónde colocarías la piedra para levantar mejor la caja? Razona larespuesta.5. ¿Qué es una polea? ¿Cómo funciona?¿Cuándo la utilizarías ?6. Clasifica las siguientes palancas, indicando donde están el punto de apoyo, la resistencia y la potencia:
8.- EJERCICIOS (III)7. Qué diferencia hay entre las máquinas a) polea y b) poleas con correas? Dibuja un esquema de ambos.8. ¿Cómo cambiarías la dirección de dos ejes solidarios a dos poleas? Dibújalo9. Indica en los esquemas 1 y 2 a) sentido de giro de la polea conducida y b) ¿es mecanismo reductor o multiplicador?10. En la transmisión por ruedas de fricción de la figura. ¿A qué velocidad girará la rueda grande (conducida), si la rueda motriz gira a 30rpm?11. En la transmisión de la figura; la rueda 1, gira a 200 rpm y tiene un diámetro de 10 cm. Sabiendo que la rueda 2, deberá girar a 50 rpm ¿Cuál es el diámetro de ésta rueda? 12. Calcula la velocidad a la que gira la rueda de entrada (la grande) si la pequeña gira a 60 rpm. (Debes contar el nº de dientes de ambas ruedas).
9)1
2
10)
11)
12)
8.- EJERCICIOS (IV)
PROYECTO PARA HACER EN CASAHaz con material reciclado una polea . Puedes consultar el canal de youtube tecnobg (http://youtu.be/Ggg3in3ifyY)
ENLACESVideo historia de las máquinashttps://www.youtube.com/watch?v=wfUElpIHMz8#aid=P-kIwzrgteY
Dibujos animados “Como funcionan las cosas”: poleas, palancas, engranajes, planos inclinados, ejes, electricidad, tornillos,…https://www.youtube.com/watch?v=28ZosNCAUKkhttps://www.youtube.com/watch?v=l_cc9Mgv3Ichttps://www.youtube.com/watch?v=l_cc9Mgv3Ichttps://www.youtube.com/watch?v=_BGBwseLCmAhttps://www.youtube.com/watch?v=T9VvvpwRjPghttps://www.youtube.com/watch?v=T9VvvpwRjPghttps://www.youtube.com/watch?v=-g9pJWEmgkk
8.- EJERCICIOS (V)
13 - Identifica el nombre de los mecanismos y su posible utilización
1
2
34
5
6
7
8 910
11 1213
14
8.- EJERCICIOS (VI)