ACTIVIDADES DE LA UNIDAD 7. MECANISMOS

ACTIVIDADES DE LA UNIDAD 7. MECANISMOS
1. Un padre está jugando con su hijo con un palo de 3 m de longitud, tal como
muestra la figura:
a) ¿Qué tipo de palanca identificas en este juego?
Es una palanca de tercer grado ya que la fuerza está entre la resistencia y el punto de
apoyo.
b) Si el niño empuja con una fuerza de 100 N, ¿qué fuerza deberá aplicar el padre
para contrarrestarla?
2. Contesta a las siguientes preguntas relativas al momento de una fuerza:
a) ¿Qué es el momento de una fuerza?
El momento M de una fuerza F, aplicada a una distancia d, viene dado por la
expresión:
M=F·d
La fuerza se mide en newtons (N) y la distancia en metros (m). Por tanto, el momento
M se expresa en newtons por metro (N·m).
b) ¿Qué tipo de movimiento produce el momento de una fuerza?
Mientras que las fuerzas producen desplazamientos, los momentos dan lugar a
movimientos circulares. Cuanto mayor sea la distancia entre el punto de aplicación de
la fuerza y el eje menor será el esfuerzo.
c) ¿Cómo resulta más fácil abrir una puerta, aplicando una fuerza F de 10 N al
picaporte situado a 60 cm del eje de giro de la puerta o una fuerza de 30 N a 10
cm? ¿Por qué?
Con una fuerza de 10 N aplicada a 60 cm del eje tenemos un momento de fuerza:
M = F · d = 10 N · 0,6 m = 6 N ·m
Con una fuerza de 30 N aplicada a 10 cm del eje tenemos un momento de fuerza:
M = F · d = 30 N · 0,1 m = 3 N ·m
En el primer caso tenemos un momento de fuerza mayor por lo que será necesario
hacer menos esfuerzo para abrir la puerta.
3. Las palancas de tercer grado no resultan aparentemente ventajosas en términos
del esfuerzo aplicado, ya que la fuerza F se ejerce a menor distancia del punto de
apoyo que R. Entonces, ¿cuál crees que es la utilidad de este tipo de palancas?
Para descubrirlo, analiza distintas palancas de tercer grado: pinzas de coger
hielo, escoba, caña ...
Las palancas de tercer grado se utilizan cuando lo que se requiere es ampliar la
velocidad transmitida a un objeto o la distancia recorrida por él.
Por ejemplo, al lanzar el señuelo con la caña de pescar le transmitimos mucha
velocidad con poco esfuerzo.
En las pinzas de coger hielo y en la escoba un pequeño movimiento de la fuerza
supone un movimiento más amplio en la resistencia.
4. Observa el siguiente juego de poleas con
correa. Puedes construirlo tú mismo. Tan
solo necesitas carretes de hilo, un tablero de
madera,
clavos
y
gomas
elásticas.
Suponemos que la polea X es la rueda
motriz, que gira en sentido contrario a las
agujas del reloj (también llamado sentido
antihorario).
Contesta a las siguientes cuestiones:
a) ¿Qué ruedas se moverán cuando gira X?
Se moverán las ruedas X, I, J, H, F, B, G, E,
D y C.
b) ¿En qué sentido girará la rueda F? ¿Y la
rueda D?
La rueda F y la rueda D giran las dos en sentido horario.
c) Si todos los carretes que hacen de polea tienen el mismo tamaño y el carrete X gira
a 20 rpm, ¿a qué velocidad y en qué sentido girará el carrete B?
Girará también a 20 rpm pero en el sentido de las agujas del reloj.
d) ¿Qué ocurriría si uniéramos con correas los carretes D y B? ¿Y si uniéramos los
carretes E y F?
Si uniéramos los carretes B y D no ocurriría nada ya que los dos giran en el mismo
sentido y a la misma velocidad.
Pero si unimos los carretes E y F, al moverse los dos en sentidos contrarios,
provocaríamos que la correa deslizara o se rompiese.
5. Observa el siguiente sistema de poleas.
a) Suponiendo que la polea motriz es la A y que gira a 24 rpm en sentido contrario a
las agujas del reloj, ¿a qué velocidad y en qué sentido girará la rueda B?
La rueda B girará solidariamente con la rueda A en el sentido contrario a las agujas del
reloj y su velocidad vendrá dada por la fórmula:
b) Las poleas C y D se mueven arrastradas por la polea B. ¿A qué velocidad y en qué
sentido girarán dichas ruedas?
La rueda C girará también en sentido antihorario y su velocidad será:
La rueda D girará en el sentido de las agujas del reloj y su velocidad será:
6. Fíjate en el exprimidor de fruta de la ilustración de
la derecha y contesta a las siguientes preguntas:
a) El eje del motor gira a 1800 rpm y lleva una rueda
dentada (A) de 10 dientes. Si la rueda B consta de
50 dientes, ¿a qué velocidad girará?
Sabemos que en los engranajes se cumple:
Por lo tanto:
b) La rueda C gira solidariamente con B, y consta de 15 dientes, mientras que la
rueda D tiene 45 dientes. ¿A qué velocidad girará esta última?
Sabemos que la rueda C gira a 360 rpm, por la tanto:
c) Para calcular la velocidad de la última rueda (D), es decir, la velocidad del
exprimidor, puedes utilizar la fórmula del tren de engranajes. Aplícala y comprueba
que el resultado es el mismo que el calculado anteriormente.
Aplicando la fórmula del tren de engranajes tenemos:
7. Observa el siguiente juego de engranajes y contesta a las preguntas
a) ¿Cuántos engranajes se moverán si gira A?
Girarán 13 engranajes: D, E, F, G, I, H, Q, P, O, N, M, K y L.
b) ¿En qué sentido girará la rueda I?
La rueda I girará en el sentido contrario a las agujas del reloj.
c) ¿En qué sentido girará la rueda K?
La rueda K girará en el sentido contrario a las agujas del reloj.
8. Observa estos mecanismos y elementos mecánicos y completa la tabla siguiente:
Nº
Elemento
Función
1
Correa
Unir poleas.
2
Palanca de primer grado
Elevar grandes cargas con poco esfuerzo y relativa
comodidad.
3
Cadena
Unir engranajes.
4
Polea móvil
Conjunto de dos poleas que permite elevar cargas
aplicando una fuerza igual a la mitad del peso del
cuerpo.
5
Tren de poleas
Transmitir un movimiento de giro entre ejes separados
una cierta distancia
6
Tren de engranajes
Transmitir movimiento de giro con precisión entre ejes
próximos.
9. Observa los objetos siguientes y escribe en la tabla inferior sus nombres y el del
mecanismo de transmisión de movimiento de cada uno:
Nº
Nombre del objeto
Nombre del mecanismo
1
Clavijero de guitarra
Tornillo sin fin
2
Tambor de lavadora
Sistema de poleas con correa
3
Exprimidor
Sistema de engranajes
4
Grúa
Polipasto
5
Molino de viento
Sistema de engranajes
6
Tren cremallera
Sistema piñón-cremallera
En la tabla hay un mecanismo de transformación de movimiento. Identifícalo e indica
cómo transforma el movimiento.
Es el mecanismo de torno-manivela de la grúa. Convierte el movimiento giratorio de la
manivela en un movimiento lineal de la cuerda que va a parar a la grúa.
10. Completa la siguiente tabla:
Es un mecanismo que
permite a un engranaje
girar hacia un lado, pero
le impide hacerlo en
sentido contrario, ya que
lo traba con dientes en
forma de sierra
Es similar al trinquete
normal, pero permite
invertir el sentido de
actuación de la cuña,
permitiendo así el giro en
uno u otro sentido.
El trinquete se utiliza:
En relojería.
Como elemento tensor
de cables
Como dispositivo de
seguridad en máquinas
elevadoras.
En los frenos de mano
de los automóviles.
Los trinquetes reversibles
se utilizan en las llaves de
carraca que permiten
atornillar y desatornillar
en ambos sentidos.
Constan de unas pastillas
y un disco acoplado al
elemento que se desea
frenar. Funcionan por la
fricción o rozamiento de
las
pastillas
cuando
presionan el disco.
Los frenos de disco se
utilizan sobre todo en las
ruedas de los automóviles.
Consta de una cinta
metálica o fleje que
presiona un
tambor
acoplado al eje que se
desea frenar; funciona
también por fricción o
rozamiento.
Los frenos de cinta se
usan en las máquinas de
vapor, en los vehículos a
motor y en algunos tipos
de bicicletas, pero sobre
todo
en
aparatos
elevadores.
Consta de una o dos
zapatas
semicirculares
fabricadas con material de
fricción que al ser
accionado el freno, entran
en contacto con un
tambor de frenada que
gira simultáneamente con
el elemento que se desea
frenar.
Los frenos de tambor se
utilizan en las ruedas traseras
de los vehículos de gama baja,
ya que son más baratos que
los frenos de disco. En los
vehículos de gran tonelaje,
con sistemas de frenado por
aire a presión, como los
camiones, siguen usándose
por la gran superficie de
intercambio de energía por
fricción que presentan.
Está constituido por una parte
motriz, que transmite el giro a
una
parte
conducida,
utilizando para tal efecto la
adherencia existente entre
los dos elementos, y a los que
se les aplica una determinada
presión,
que
los
une
fuertemente uno contra el
otro.
Los árboles que se van a acoplar
llevan en sus extremos dos piezas
dentadas que encajan. Para poder
embragar y desembragar, ambos
árboles deben estar parados, ya
que, si se intentan acoplar en
movimiento, puede producirse la
rotura de los dientes.
Unen rígidamente los árboles que
están conectados y no admiten
ningún tipo de movimiento
relativo entre ellos.
La junta consta de tres elementos
dos solidarios uno a cada eje y un
tercero que sirve de unión entres
las anteriores.
La junta Cardan transmiten el
movimiento entre árboles que
forman un determinado ángulo.
El movimiento de giro
necesario para poner en
movimiento el vehículo es
transmitido a las ruedas por
medio de un conjunto de
mecanismos hasta el motor.
Es imprescindible acoplar un
mecanismo
capaz
de
interrumpir
o
conectar
suavemente la transmisión de
movimiento entre el motor y
las ruedas. Este mecanismo lo
constituye el embrague.
Los acoplamientos fijos se
emplean para unir ejes o árboles
de transmisión largos enlazados
de forma permanente. Los
árboles
tienen
que
estar
perfectamente centrados y han
de ser resistentes.
Los acoplamientos móviles se
usan para unir árboles de
transmisión
que
pueden
desplazarse a lo largo del eje o
que forman un ángulo entre sí.
Las juntas Oldham transmiten el
movimiento
entre
árboles
enlazados o situados a poca
distancia.
Las juntas Cardan transmiten el
movimiento entre árboles que
forman un determinado ángulo.
Gracias a la elasticidad de los
materiales con los que están
elaborados, absorben energía
cuando son sometidos a cierta
presión. Esta energía puede ser
liberada más tarde, ya sea
dosificada
en
pequeñas
cantidades o de golpe.
Los muelles se utilizan:
En máquinas industriales y
domésticas.
Juguetes de cuerda.
Relojes
Cerrojos
Bolígrafos
Colchones.
Pinzas, etc.
Los
amortiguadores
están
formados
por
muelles
helicoidales de acero.
Estos elementos forman parte de
los sistemas de suspensión de los
vehículos.
Las ballestas están formadas por
láminas de acero de gran
elasticidad, apiladas de mayor a
menor longitud y unidas en el
centro