TEMA 7. ESTRUCTURAS Y MECANISMOS

Transcripción

1 TEMA 7. ESTRUCTURAS Y MECANISMOS Recuerda que la tecnología crea objetos que satisfacen necesidades. Estos objetos tendrán que soportar las fuerzas que se les aplican desde el exterior; por eso, estudiaremos nociones elementales de estructuras. En muchas ocasiones los objetos llevan mecanismos en su interior; por eso, también estudiaremos algunos tipos de mecanismos. El índice es: 1. Movimiento y fuerzas 2. Estructuras 3. Mecanismos 1. Movimiento y fuerzas 1.1. Tipos de movimiento Decimos que un objeto se mueve cuando cambia de posición. Según la trayectoria que describa un cuerpo, el movimiento de dicho cuerpo puede ser: Rectilineo de un sentido, si la trayectoria es una línea recta y el objeto siempre se mueve en el mismo sentido (no retrocede). Ejemplo: movimiento de una bola al caer por una rampa. Rectilíneo alternativo, si la trayectoria es una recta pero periódicamente cambia de sentido. Ejemplo: el pistón de un motor. Circular de un sentido, si la trayectoria es una circunferencia y el objeto siempre gira en el mismo sentido. Ejemplo: las agujas del reloj. Circular alternativo, si la trayectoria es una circunferencia y el objeto cambia de sentido de giro. Ejemplo: el péndulo de un reloj de pared Tipos de fuerzas Decimos que fuerza es todo aquello capaz de deformar un cuerpo o de modificar su velocidad. Decimos que se ha modificado la velocidad de un cuerpo cuando se da cualquiera de las siguientes cosas: acelera, frena, cambia la dirección de su movimiento o cambia el sentido de su movimiento. Las fuerzas se miden en kilopondios (kp), siendo un kilopondio la fuerza que tengo que hacer para sostener un cuerpo cuya masa sea de un kilogramo. Las fuerzas también se miden en Newtons (N), siendo 1 kp = 9,8 N 10 N. Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden ser de dos tipos:

2 Fuerza de contacto, si la fuerza que actúa sobre un cuerpo se debe a otro cuerpo que le está tocando. Ejemplo: la fuerza que hago para sostener un bolígrafo o para empujar un carro. Fuerza a distancia, si la fuerza que actúa sobre un cuerpo se debe a otro cuerpo que no necesariamente le tiene que estar tocando. Ejemplo: la fuerza de la gravedad, la fuerza eléctrica, la fuerza magnética. 2. ESTRUCTURAS 2.1. Estructuras Decimos que una estructura es un cuerpo destinado a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre él. Para que una estructura se considere adecuada debe cumplir tres requisitos: Ser resistente, es decir, que aguante sin romperse. Ser rígida, es decir, que no se deforme demasiado. Ser estable, es decir, que no vuelque Esfuerzos Dependiendo de cómo intenten las fuerzas deformar un cuerpo diremos que el cuerpo está soportando: Esfuerzo de tracción si las fuerzas intentan alargarlo. Esfuerzo de compresión si las fuerzas intentar acortarlo. Esfuerzo de flexión si las fuerzas intentan doblarlo. Esfuerzo de torsión si las fuerzas intentan retorcerlo. Esfuerzo de cortadura o cizalla si las fuerzas intentan cortarlo. Tracción Compresión Flexión Torsión Cizalladura

3 2.3. Tipos de estructuras Las estructuras más importantes son: Estructuras masivas. Utilizan gran cantidad de material, como por ejemplo las pirámides o los zigurats. Estructuras de barras. Están formadas por barras. Las barras pueden estar trianguladas como en las torres de alta tensión o no estarlo, en cuyo caso se llaman entramadas, como en los edificios urbanos. Estructuras neumáticas. Contienen aire a presión en su interior, como por ejemplo, una lancha hinchable o los neumáticos de un vehículo. Estructuras abovedadas. Formadas por arcos y bóvedas, como por ejemplo las catedrales. Estructuras colgantes. Utilizan cables, como por ejemplo un puente colgante. Masiva Barras trianguladas Barras entramadas Abovedada Colgante 3. Mecanismos 3.1 Mecanismos Los mecanismos son elementos destinados a transmitir y transformar fuerzas y movimientos desde un elemento que llamamos motriz hasta otro elemento que llamamos resistente. Gracias a los mecanismos podemos realizar determinados trabajos con mayor comodidad y menor cansancio. Son ejemplos de mecanismos: cascanueces, sacacorchos, balancín, engranajes, poleas, etc. 3.2 Palancas Una palanca es un mecanismo que constará como mínimo de una barra rígida que puede girar en torno a un punto llamado punto de apoyo. En un punto de la barra se aplica una fuerza, llamada fuerza motriz (F), con el fin de vencer otra fuerza, llamada fuerza resistente (R), situada en otro punto.

4 Llamamos brazo motriz (d) a la distancia entre la fuerza motriz y el punto de apoyo. Llamamos brazo resistente (r) a la distancia entre la fuerza resistente y el punto de apoyo. Para que la fuerza motriz venza a la fuerza resistente es suficiente con que cumpla la siguiente ecuación, donde las fuerzas deben expresarse en las mismas unidades y los dos brazos también en las mismas unidades, se cumpla la siguiente ecuación: F d = R r Según la ecuación anterior, la fuerza más alejada del punto de apoyo es la fuerza más pequeña y, por tanto, la más cercana al punto de apoyo es la mayor. Hemos visto que en las palancas hay tres puntos importantes: el punto de apoyo, el punto de la fuerza motriz y el punto de la fuerza resistente. Según cuál de los tres puntos esté en el medio, las palancas se clasifican en: Palanca de primer grado. En esta palanca es el punto de apoyo el que está en medio. Ejemplo: balancín. Palanca de segundo grado. En esta palanca es el punto de la fuerza resistente el que está en medio. En estas palancas la fuerza motriz siempre se menor que la fuerza resistente, puesto que la fuerza motriz es la más alejada del punto de apoyo. Ejemplo: cascanueces. Palanca de tercer grado. En esta palanca es el punto de la fuerza motriz el que está en medio. En estas palancas la fuerza motriz siempre es mayor que la fuerza resistente, puesto que la fuerza motriz es la más cercana al punto de apoyo. Ejemplo: pinzas. Palanca de primer grado Palanca de segundo grado Palanca de tercer grado 3.3 Poleas Llamamos poleas a las ruedas ranuradas que giran alrededor de su eje. Por la ranura de la polea se hace pasar una cuerda o correa. En un extremo se aplica la fuerza motriz (F) y en el otro extremo se aplica la fuerza resistente (R). Estudiaremos dos tipos de poleas: la polea fija y la polea móvil.

5 Polea fija. En una polea fija, para que la fuerza motriz venza a la fuerza resistente es suficiente con que sean iguales. Polea móvil. En una polea móvil, para que la fuerza motriz venza a la fuerza resistente es suficiente con que la fuerza motriz valga la mitad de la fuerza resistente. Polea fija Polea móvil 3.4 Engranajes y cadenas Llamamos engranajes a los juegos de ruedas que poseen salientes llamados dientes, que encajan entre sí, de modo que unas ruedas arrastran a las otras. Para que los dientes encajen bien, todos los dientes han de tener la misma forma y tamaño. Los engranajes se usan en relojes, coches, batidoras, etc. Dos engranajes en contacto giran en distinto sentido. Vamos a llamar a uno de los engranajes 1 y al otro, engranaje 2. Entonces se cumple la siguiente ecuación: (rapidez de giro 1) (nº dientes de 1) = (rapidez de giro de 2) (nº dientes de 2) Según la ecuación anterior, el engranaje que gira más deprisa es el engranaje con menos dientes; por tanto, el engranaje que gira más despacio es el engranaje con más dientes. En el caso de que las ruedas dentadas no estén en contacto directo entre sí, sino a través de una cadena la ecuación anterior se cumple exactamente igual. Lo único que cambia es que ahora ambas ruedas dentadas giran en el mismo sentido. Ejemplo: bicicleta. Engranajes Ruedas dentadas con cadena