Mecanismos y Máquinas Simples: Conceptos y Aplicaciones
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Conceptos Básicos de Mecánica
Trabajo, Energía y Rendimiento
El trabajo se define como la fuerza aplicada multiplicada por el desplazamiento producido. Se expresa con la fórmula: W = F * d, donde W representa el trabajo en julios, F la fuerza en newtons y d el desplazamiento en metros.
Potencia
La potencia es la relación entre la energía aplicada y el tiempo que tarda en desarrollarse. Su fórmula es: P = W / t, donde P es la potencia en vatios, W el trabajo en julios y t el tiempo en segundos.
Tipos de Máquinas
Máquinas Simples y Compuestas
Las máquinas son dispositivos creados para facilitar la realización de trabajos con menor esfuerzo. Se clasifican en:
- Máquina simple: Realiza su trabajo en un solo paso. Ejemplos: palanca, polea, plano inclinado, torno.
- Máquina compuesta: Combinación de varias máquinas simples.
Mecanismos de Transmisión del Movimiento
Transmisión Lineal
En la transmisión lineal, tanto el movimiento de entrada como el de salida son lineales. Sus objetivos incluyen:
- Aumentar la fuerza aplicada.
- Cambiar el sentido de la fuerza.
- Variar el punto de aplicación de la fuerza.
Transmisión Circular
En la transmisión circular, tanto el movimiento de entrada como el de salida son circulares. Su principal objetivo es variar la velocidad, lo que a su vez modifica el par (fuerza aplicada). También se utiliza para transmitir movimiento a distancia.
Transformación del Movimiento
Estos mecanismos transforman un movimiento lineal en circular o viceversa. Las características de los movimientos pueden variar, siendo intermitentes, alternativos o continuos.
Máquinas Simples en Detalle
El Plano Inclinado
El plano inclinado facilita la elevación de pesos al salvar un desnivel. Es más sencillo elevar un peso utilizando un plano inclinado que levantándolo verticalmente.
Cuña
La cuña es una máquina simple que multiplica el esfuerzo aplicado sobre ella.
Palanca
La palanca es una barra rígida que gira alrededor de un punto de apoyo. Se rige por la ley de la palanca: F * d = R * r, donde F es la fuerza aplicada, d la distancia de la fuerza al punto de apoyo, R la resistencia y r la distancia de la resistencia al punto de apoyo.
Tipos de palancas:
- Primera clase: Punto de apoyo entre la fuerza y la resistencia.
- Segunda clase: Resistencia entre el punto de apoyo y la fuerza.
- Tercera clase: Fuerza entre el punto de apoyo y la resistencia.
Polea
La polea es una rueda que gira libremente alrededor de su eje, con un canal en su periferia para guiar una cuerda, correa o cadena. Existen poleas fijas y móviles.
Polipasto
Un polipasto es un conjunto de poleas que reduce la fuerza necesaria para levantar un peso. La fórmula es: F = Resistencia / (2 * Número de poleas * Gravedad).
Mecanismos de Transformación del Movimiento
Biela-Manivela
El mecanismo biela-manivela transforma un movimiento giratorio (manivela) en uno rectilíneo alternativo o de vaivén.
Transmisión por Poleas y Correas
Los sistemas de poleas y correas transmiten un movimiento circular de una polea conductora a una polea conducida. La relación es: d1 * n1 = d2 * n2, donde d1 y d2 son los diámetros de las poleas, y n1 y n2 son las velocidades de rotación en revoluciones por minuto (rpm).
Engranajes
Los engranajes son poleas dentadas que transmiten movimiento circular entre ejes. La relación es: Z1 * n1 = Z2 * n2, donde Z1 y Z2 son el número de dientes de los engranajes, y n1 y n2 son las velocidades de rotación en rpm.
Piñón-Cremallera
El mecanismo piñón-cremallera consiste en una barra dentada (cremallera) sobre la que se engrana un piñón. El movimiento se transmite únicamente del piñón a la cremallera, no al revés.
Tornillo sin Fin
El tornillo sin fin está formado por un tornillo y un engranaje. Al girar el tornillo, se obliga a girar al engranaje. Transforma el movimiento circular en movimiento circular entre ejes perpendiculares (90º).
Leva
La leva transforma el movimiento circular del eje en movimientos lineales en el seguidor.
Relación de transmisión: i = Z.motriz / Z.conducida