Máquinas y mecanismos: conceptos clave

Las máquinas

Las máquinas  pueden ser simples cuando solo hay un punto de apoyo, no existe rozamiento. Ej: poleas, palancas, plano inclinado, etc. W_m=W_r También pueden ser compuestas: Son la asociación de 2 o más máquinas simples. Existe rozamiento entre los elementos que las integran por lo que se pierde energía mecánica. Además hay que tener en cuenta que trabajan sobre una unidad de medida que es el vatio. W_m=W_r+W, rendimiento

N_u=Eútil / Eabsorbida · 100

Los mecanismos son los dispositivos básicos de las máquinas que permiten transmitir y transformar las fuerzas y los movimientos desde un elemento de entrada o motor hasta un elemento de salida o actuador, que es donde se encuentra la carga que se desea desplazar.

Tipos de movimientos

En las máquinas, un mecanismo se desarrolla en un espacio reducido. El movimiento que estos desarrollan puede ser de varios tipos:

• Lineal: El desplazamiento del cuerpo es una línea recta en una dirección determinada. Ej: Bicicleta, ascensor, escalera mecánica...
• Giratorio: El desplazamiento sigue una trayectoria circular. Ej: Batidora, aerogenerador...
• Alternativo o vaivén: Desplazamiento de vaivén a lo largo de una línea o describiendo un arco alrededor de una posición de equilibrio. Ej: Caballito de un tiovivo

Magnitudes usadas en máquinas

• La fuerza: Es el empuje para modificar el movimiento de un cuerpo o deformarlo. Matemáticamente se expresa así: F=m·a, y su unidad de medida son los Newtons (N)

• Momento de una fuerza: Es el producto de la fuerza por la distancia al punto de aplicación. Las fuerzas producen movimientos, y los momentos rotación o giro. Se expresa de la siguiente manera: M=F·r, y su unidad de medida es el Newton por metros (N·m) (r=distancia recorrida).
• Potencia Mecánica: En un eje de rotación es el producto del momento del giro por la velocidad angular. Formula: P=M·w=F·r·w,la unidad es el vatio.
• Energía mecánica: Los objetos en movimiento tienen energía cinética, y los que están situados a una cierta altura tienen energía potencial. La suma de ambas energías es la energía mecánica. Se expresa matemáticamente así: E_m=E_cinética+E_potencial; E_m=1/2·m·v²+m·g·h. Si  no hay pérdida de rozamiento. E_m=W=P·t. Se mide en Julios (J).
• Rendimiento: Es la utilidad de una cosa en relación con lo que cuesta, gasta... n(%)=P_útil/P_suministrada·100; n=E_útil/E_{suministrada·100}

Mecanismos de transmisión de movimientos lineales

Una máquina simple es un mecanismo sencillo que transforma la fuerza muscular en una tarea útil y procura una ventaja en fuerza o en velocidad. Reciben una fuerza motriz (F) y realizan una tarea que presenta una fuerza resistente (R). Relación entre F y R: Ley de la máquina simple: F·b_F=R·b_R

• La palanca: La palanca es una barra rígida que puede girar alrededor de un punto llamado fulcro. Según donde se encuentre el fulcro, la palanca puede ser de distintos géneros:

-Palanca de 1^er género: El fulcro está entre F y R. Son ejemplos las balanzas, las tijeras, los alicates, etc.

-Palanca de 2º género: R está entre el fulcro y F. Son ejemplos la carretilla o el casca nueces. -Palanca de 3^er género: F está entre el fulcro y R. Por ejemplo la grapadora, una caña de pescar, las pinzas de electrónica...

La ley de la máquinas simples se cumple siempre que se produce la igualdad de momentos M_R=M_F

• La polea: Una polea es una rueda que gira alrededor de un eje, movida por una cuerda en cuyos extremos se sitúan la carga que elevar (R) y la fuerza que hay que hacer (F). F·D=R·r

• Tipos

• Polea fija: F=R
• Polea móvil: F=R/2
• Polipastos escalonados: F=R/2ⁿ
• Polipastos en línea: F/2·n
• n=número de poleas móviles

• El plano inclinado

Es una superficie plana, dotada de una cierta inclinación (α) respecto del plano horizontal. Se utiliza para subir cargas a una altura determinada (h) mediante el deslizamiento o rodadura, y reducir así el esfuerzo que hay que realizar. En ausencia de rotación, se cumple la ley del plano inclinado.