Màquines Simples: Conceptes d'Energia, Treball i Palanques
Enviado por Chuletator online y clasificado en Tecnología Industrial
Escrito el en 
catalán con un tamaño de 24,21 KB
Energia i Màquines
Una MÀQUINA és un conjunt de mecanismes, amb moviments coordinats, que transforma una forma d’energia en treball útil o en un altre tipus d’energia.
Les màquines són capaces de facilitar la realització de treball, suplint o multiplicant l’esforç humà.
Una MÀQUINA TÈRMICA és aquella la capacitat de generar treball de la qual està assegurada per un motor que converteix l’energia de la gasolina o del gasoil en energia motriu.
Energia, Treball i Potència
El principi de funcionament de les màquines es basa en el concepte físic de treball.
S’anomena treball (W) l’acció d’aplicar una o més forces sobre un cos i provocar o modificar el seu moviment. L’energia és la capacitat de fer un treball.
La potència (P) és el treball efectuat per unitat de temps.
Si un mateix treball es fa amb menys temps, la capacitat de realitzar-lo és més gran; per tant, la potència de la màquina és més elevada.
Unitats de Mesura
- Energia:
- Joules (J): quilojoule (1 kJ = 10³ J), megajoule (1 MJ = 10⁶ J), gigajoule (1 GJ = 10⁹ J).
- Quan parlem d’energia elèctrica, també tenim el kWh (quilowatt hora): 1 kWh = 3,6 · 10⁶ J.
- Quan parlem d’energia tèrmica, tenim la caloria: 1 cal = 4,18 J (1 kcal = 4,18 kJ).
- Potència:
- Watt (W): 1 Watt = 1 Joule / 1 segon.
- CV (cavall de vapor): 1 CV equival a 736 W.
Màquines Simples
Les màquines simples són aquelles que estan formades bàsicament per un sol element i en les quals fonamentalment s’aplica el treball útil per ampliar alguna força. Per tant, la seva funció bàsica és la de multiplicar la força humana.
Els filòsofs de l'antiguitat consideraven que les màquines simples eren cinc: la palanca, la roda, el pla inclinat, la rosca i el tascó, encara que aquestes dues últimes són una aplicació de la tercera.
Totes aquestes màquines treballen amb un esquema equivalent que involucra dues forces:
- Força motriu (F): És la força aplicada sobre la màquina.
- Força resistent (R): És la força que fa la feina que volem obtenir.
La Palanca
La palanca és una barra rígida que pot pivotar entorn d’un punt, anomenat fulcre.
- La distància entre el punt d’aplicació de la força motriu (F) i el fulcre, l’anomenem distància de força (df).
- La distància entre el punt on s’aplica la força resistent (R), on hi ha l’objecte a aixecar, i el fulcre, l’anomenem distància resistent (dr).
Llei de la Palanca
La relació matemàtica entre les forces F i R s’anomena llei d’una màquina simple.
- El producte de la força motriu per la distància motor s’anomena treball motor.
- El producte de la força resistent per la distància resistent s’anomena treball resistent.
La llei de la palanca relaciona aquests conceptes mitjançant la següent equació:
F · df = R · dr
Podem resumir la llei de la palanca dient que el treball motor és igual al treball resistent.
Avantatge Mecànic (i)
L’avantatge mecànic (i) és la relació que hi ha entre la força que apliquem i la resistència que s’ha de contrarestar.
La palanca permet multiplicar la força que fem: com més lluny del punt de suport apliquem la força, menys força haurem de fer.
Tipus de Palanques
Segons la posició del fulcre respecte de les forces, les classifiquem en tres tipus:
La Roda i les seves Aplicacions
La roda és un dels invents més importants de la humanitat i les seves aplicacions són nombroses. Nosaltres n'estudiarem una:
La Politja i el Polispast
Una politja és una roda o estructura cilíndrica amb un eix central al voltant del qual pot girar, i en la qual s’encaixa una corda o cable que circula pel seu exterior. El seu principi de funcionament és el d’una palanca de primer grau.
Politja Simple
En una politja simple, quan estirem la corda, la nostra força es transmet íntegrament a través de la corda fins a l’objecte que volem aixecar.
F = R i = 1
Ens servirà per treballar més còmodament, però no amplificarà la nostra força.
El Polispast
Els polispasts estan formats per politges fixes i politges mòbils. Aquests sí que presenten avantatge mecànic, perquè el pes de l’objecte ara es carrega també sobre l’eix de la politja i no directament al final de la corda.
L’avantatge mecànic dels polispasts depèn directament del nombre de politges mòbils (n) de què constin.
Si volem fer la meitat de força, posarem una politja mòbil; si en volem fer un quart, en posarem dues, etc.
A partir d’aquesta relació podem deduir la llei del polispast.
El Pla Inclinat
El pla inclinat és una rampa que permet elevar càrregues, fent menys força que si ho féssim verticalment.
L’ús del pla inclinat facilita el desplaçament i la superació de barreres arquitectòniques a les persones amb mobilitat reduïda.
Aplicacions del Pla Inclinat: El Cargol
Una aplicació del pla inclinat és el cargol.
Aquests estan formats per rosques, que no deixen de ser un pla inclinat que dona voltes en una superfície cilíndrica.
La Falca o Tascó (Doble Pla Inclinat)
La falca o tascó és una màquina simple consistent en una peça prismàtica de fusta o de metall acabada en angle diedre molt agut. Tècnicament és un doble pla inclinat portàtil. Serveix per a esberlar o dividir cossos sòlids, per a ajustar o estrènyer un amb un altre, per a calçar-los o per a omplir algun badall o buit.
El funcionament de la falca respon al mateix principi que el del pla inclinat. En moure's en la direcció del seu extrem esmolat, el tascó genera grans forces en sentit perpendicular a la direcció del moviment. Aquestes són les forces que s'aprofiten per separar objectes, o per generar fricció i mantenir la falca fixa als objectes amb què està en contacte.