Mecanismos de transmisión del movimiento: contenidos y ejercicios

A los alumnos de 2º ESO les dejo los contenidos y ejercicios que hemos estado trabajando en clase acerca de la primera parte de este tema: los mecanismos de transmisión del movimiento.

pdf-icon-thumbnailContenidos y ejercicios de mecanismos de transmisión del movimiento

Nota: Agradecer a la infinita comunidad de profesores tecnólogos sus aportaciones

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El motor V-12 más pequeño del mundo

Ahora que estoy con los mecanismos en 2º ESO y mirando aquí y allá, he descubierto esta joya de vídeo. No conozco la autoría del mismo, pero por lo que se aprecia, pertenece a un señor que para mí merece mi más sincero respeto. La obra de ingeniería que ha logrado este señor es impresionante. Crear de forma artesanal nada más y nada menos que un pequeño motor de 12 cilindros en V, con la complejidad que ello conlleva, y que funcione perfectamente, tiene un mérito más que merecido. Para colmo de bienes, el vídeo tiene buena factura y resulta didáctico, pues a medida que avanza la construcción se van mostrando los elementos del motor y cómo los va fijando en su sitio. Para rematar la buena faena, el vídeo está ejecutado con buena música para cine de grandes autores de la música para el cine de la cual, curiosamente, soy aficionado.

En definitiva: os aconsejo que le echéis un ojo, no tiene desperdicio. Un homenaje al trabajo preciso y bien hecho.

 

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Animación de sistemas de poleas con correa

En la siguiente animación observarás un mecanismo de poleas con correa reductor, suponiendo que la polea de la izquierda sea la motriz. Al ser el diámetro de la polea conducida d2 = 40 mm y el de la polea motriz d1 = 20 mm, la relación de transmisión de este sistema es

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de este modo se puede concluir que dos giros de la polea motriz equivalen a un solo giro de la polea conducida.

En la siguiente animación podrás observar un mecanismo de poleas con correa multiplicador. El diámetro de la polea motriz es de  d1=40 mm , mientras que la polea conducida tiene un diámetro de d2= 20 mm. Así pues la relación de transmisión de este sistema es

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de este modo se puede concluir que un giro de la polea motriz equivale a dos giros de la polea conducida.

Fuente: Mecaneso

La palanca

 

La palanca es un sistema de transmisión lineal que consiste en una barra rígida que gira en torno a un punto de apoyo o articulación. en un punto de la barra se aplica una fuerza F (también llamada potencia) con el fin de vencer una resistencia R.

Podemos encontrar palancas allá donde miremos y siempre han estado entre nosotros desde que el ser humano tiene conciencia. Así, un simple palillo de dientes se puede considerar una palanca, al igual que una cuchara. En principio, el objetivo de la palanca es el de reducir el esfuerzo que una persona o máquina debe hacer para cumplir con un objetivo, aunque no todas las palancas nos ayudan a reducir tal esfuerzo.

Basándonos en la definición de palanca, podemos distinguir los siguientes elementos en la misma:

  • Potencia (F): o fuerza que aplicamos en un punto de la palanca para obtener un resultado. La fuerza la podemos aplicar manualmente con nuestra propia fuerza, o través de un motor o cualquier otro mecanismo.
  • Resistencia (R): fuerza que tenemos que vencer; es la que hace la palanca como consecuencia de haber aplicado nosotros la potencia.
  • Brazo de potencia (BP), distancia entre el punto en el que aplicamos la potencia y el punto de apoyo.
  • Brazo de resistenciaBr: distancia entre la fuerza de resistencia y el punto de apoyo.

carretilla

En el siguiente ejemplo, podemos observar una carretilla que, en realidad es una palanca. Allá donde actúa la persona que lleva la carretilla se aplica la fuerza o potencia (F), la carga que lleve la carretilla será la resistencia (R). Teniendo en cuenta que el punto de apoyo (O) se sitúa en el centro de la rueda, podemos concluir que el brazo de la potencia (BP) es la distancia de F a O, esto es, 1.6 m mientras que el brazo de la resistencia (BR) es la distancia de R a O, esto es, 0.4 m

Según la posición que ocupe la fuerza, la resistencia y el punto de apoyo en la palanca, existen tres tipos de palanca.

  • Palanca de primer grado: Es aquella en la que el punto de apoyo se encuentra entre la potencia y la resistencia. Si el punto de apoyo se encuentra más cerca de la resistencia que del punto donde se aplica la fuerza, podemos vencer grandes resistencias aplicando pequeños esfuerzos. Es nuestra idea intuitiva de palanca, algo que nos ayuda a mover una carga pesada. Como ejemplos clásicos podemos citar la pata de cabra, el balancín, los alicates o la balanza romana.
Esquema de una palanca de primer grado

Esquema de la palanca de primer grado

Ejemplos de palancas de primer grado

Ejemplos de palancas de primer grado

  • Palanca de segundo grado: Se obtiene cuando colocamos la resistencia entre la potencia y el punto de apoyo. Según esto el brazo de resistencia siempre será menor que el de potencia, por lo que el esfuerzo (potencia) será menor que la carga (resistencia) a vencer. Como ejemplos se puede citar el cascanueces, la carretilla o la perforadora de hojas de papel.
Esquema de la palanca de segundo grado

Esquema de la palanca de segundo grado

El cascanueces es un ejemplo de palanca de segundo grado, al igual que la carretilla de primera imagen

El cascanueces es un ejemplo de palanca de segundo grado, al igual que la carretilla de primera imagen

  • Palanca de tercer grado: Se obtiene cuando ejercemos la potencia entre el punto de apoyo y la resistencia. Esto trae consigo que el brazo de resistencia siempre sea mayor que el de potencia, por lo que el esfuerzo siempre será mayor que la carga (caso contrario al caso de la palanca de segundo grado). Ejemplos típicos de este tipo de palanca son las pinzas de depilar y la caña de pescar. Este tipo de palanca es ideal para situaciones de precisión, donde la fuerza aplicada es mayor que la resistencia a vencer. .
Esquema de la palanca de tercer grado

Esquema de la palanca de tercer grado

Una pinzas para depilar son un buen ejemplo de palanca de tercer grado

Una pinzas para depilar son un buen ejemplo de palanca de tercer grado

La ley de la palanca dice: Una palanca está en equilibrio cuando el producto de la fuerza F, por su distancia BP, al punto de apoyo es igual al producto de la resistencia R por su distancia BR, al punto de apoyo.

F·BP = R·BR

Esta fórmula nos dice una gran verdad: cuanto mayor sea la distancia de la fuerza aplicada al punto de apoyo (brazo de potencia), menor será el esfuerzo a realizar para vencer una determinada resistencia”. (BPF)

Resolvamos un ejemplo de ejercicio de palanca con la carretilla anterior. Supongamos que queremos cargar 80 kg de arena con la carretilla. Teniendo en cuenta que el valor del brazo de potencia es de 1,6 metros y el del brazo de la resistencia es 0,4 metros, podemos considerar:

  • BP = 1,6 m
  • BR= 0,4 m
  • R= 80 kgf,   kgf significa kilogramo-fuerza. Un kilogramo-fuerza es la fuerza necesaria para sostener un objeto de masa un kilogramo.

Sustituyendo

F · BP = R · BR

F · 1,6 = 80 · 0,4

F · 1,6 = 32  —-> F = 20 kgf

Conclusión: Para cargar con la carretilla 80 kg de arena, la persona tan solo debe ejercer una fuerza de 20 kgf.

 

 

Materiales de uso técnico: los metales

El curso pasado estudiamos un material de uso técnico muy común en nuestras vidas, que lleva utilizando el ser humano desde hace miles de años. También hace miles de años, el ser humano descubrió los metales: cómo obtenerlos, cómo darles forma y cómo aprovecharlos. De hecho, en la prehistoria se nombraron tres periodos de la historia con nombres de metales: La Edad del Cobre (primer metal que el ser humano utilizó), La Edad de Bronce y, por fin, la última, La Edad de Hierro.

¿Sabías que las herramientas que utilizaron los egipcios para construir las grandes pirámides eran de cobre? En aquella época, sólo conocían este metal. Las utlizaban para tallar piedras de dos toneladas que extraían de las canteras. El problema es que la herramienta de cobre se desgastaba rápido y pronto se doblaba. Tenía que haber alguien cerca con fuego para volver a darle forma a la herramienta. Ese nos da una idea del esfuerzo tremendo que supuso construir unas pirámides con unos recursos tecnológicos limitados.

En esta unidad aprenderás de dónde se obtienen los metales, qué propiedades tienen, qué tipos hay, cómo se mezclan entre sí… y muchas cosas más. ¿Te imaginas un mundo sin metales? ¿Cómo sería?

Materiales de uso técnico: Metales

Ejercicios acerca de metales

El cigüeñal

El cigüeñal es un árbol de transmisión que junto con las bielas transforma el movimiento alternativo en circular, o viceversa. En realidad consiste en un conjunto de manivelas. Cada manivela consta de una parte llamada muñequilla y dos brazos que acaban en el eje giratorio del cigüeñal. Cada muñequilla se une una biela, la cual a su vez está unida por el otro extremo a un pistón. Observa la imagen y lo entenderás inmediatamente…

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Los cigüeñales se utilizan extensamente en los motores de combustión de los automóviles, donde el movimiento lineal de los pistones dentro de los cilindros se trasmite a las bielas y se transforma en un movimiento rotatorio del cigüeñal que, a su vez, se transmite a las ruedas y otros elementos como un volante de inercia. El cigüeñal es un elemento estructural del motor.

En la siguiente imagen puedes apreciar un cigüeñal real unido a sus respectivas bielas

Al observar esta imagen, nos viene a la cabeza la imagen del mecanismo de biela-manivela… y es que, al fin y al cabo, este conjunto de pistones, bielas y cigüeñal se puede considerar como una serie de mecanismos biela-manivela que funcionan de forma simultánea y sincronizada.

Y por último, os muestro un corto vídeo donde se aprecia el movimiento del conjunto pistón, biela y cigüeñal.

Mecanismo tornillo-tuerca

El mecanismo tornillo-tuerca, conocido también como husillo-tuerca es un mecanismo de transformación de circular a lineal compuesto por una tuerca alojada en un eje roscado (tornillo).

Si el tornillo gira y se mantiene fija lo orientación de la tuerca, el tornillo avanza con movimiento rectilíneo dentro de ella.

Por otra parte, si se hace girar la tuerca, manteniendo fija la orientación del tornillo, aquella avanzará por fuera de ésta. Este mecanismo es muy común en nuestro entorno, pues lo podemos encontrar en infinidad de máquinas y artilugios.

Evidentemente, este mecanismo es irreversible, es decir, no se puede convertir el movimiento lineal de ninguno de los elementos en circular.

El avance depende depende de dos factores:

  • La velocidad de giro del elemento motriz.

  • El paso de la rosca del tornillo, es decir, la distancia que existe entre dos crestas de la rosca del tornillo. Cuando mayor sea el paso, mayor será la velocidad de avance.

Veamos algunos instrumentos que incorporan este mecanismo:

El sargento: Esta herramienta de sujeción de piezas que se van a mecanizar, muy común en cualquier aula de tecnología, tiene este mecanismo como elemento esencial. En este caso, el elemento motriz es el tornillo que, al girarlo manualmente, avanza dentro de la tuerca que posee el brazo de la corredera.

La bigotera: Este instrumento, muy común en las clases de plástica, regula la abertura de sus brazos gracias al giro de un tornillo que mantiene su posición y que actúa como elemento motriz. Las tuercas se encuentran en los brazos del compás, las cuales avanzan dentro del tornillo.

El gato mecánico: En este caso, al girar la manivela, gira la tuerca, que actúa como elemento motriz y, a la vez, avanza por el tornillo linealmente de forma que se cierran las barras articuladas que levantan el automóvil.

El grifo de rosca: El elemento es el mando giratorio del grifo, acoplado a un tornillo (elemento motriz) que avanza linealmente y gira dentro de una tuerca. En el extremo del tornillo hay una zapata de caucho que termina cerrando el paso al agua.