ACTIVIDADES DE LA UNIDAD 7. MECANISMOS

Transcripción

1 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

2 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

3 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:

4 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.

5 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.

6 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.

7 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.

8 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. 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. 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. 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