APUNTES TECNOLOGÍA 2º ESO 4de4

Unidad 6: Mecanismos
INTRODUCCIÓN
Si observamos a nuestro alrededor, observaremos que estamos rodeados de objetos que se mueven o
tienen capacidad de movimiento.
Los elementos de la transmisión por cadena de la bicicleta, los engranajes de un reloj, una polea
para elevar un peso son algunos de los mecanismos más sencillos que se encuentran formando parte
de muchos objetos.
Los mecanismos son elementos destinados a transmitir y transformar fuerzas y
movimientos desde un elemento motriz (motor) a un elemento receptor. Permiten al
ser humano realizar determinados trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo.
Según su función, los mecanismos se pueden clasificar en mecanismos de transmisión del
movimiento y en mecanismos de transformación del movimiento.
MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO
Transmiten el movimiento, la fuerza y la potencia producidos por un elemento motriz (motor) a otro
punto.
TRANSMISIÓN LINEAL
Polea
Es una rueda ranurada que gira alrededor de un eje, estando éste sujeto a una superficie fija. Por la
ranura de la polea se hace pasar una cuerda, cadena o correa, que permite vencer una resistencia R,
aplicando una fuerza F.
●
Polea fija. Se encuentra en equilibrio cuando la fuerza F es igual a la resistencia R, que
representa a la carga; es decir, cuando F=R.
Sirve para cambiar la dirección del esfuerzo y nos permite subir o bajar cargas con facilidad,
aunque el esfuerzo aplicado es igual que el peso del objeto que se levanta.
●
Polea móvil. Es un conjunto de dos poleas, una fija, y otra que puede desplazarse
linealmente. Se encuentra en equilibrio cuando F=R/2, es decir, el esfuerzo que necesitamos
es la mitad que el peso a levantar. A cambio, si tiramos de un metro de cuerda, la carga sólo
se levanta medio metro.
2
60
Polipasto. Es un tipo especial de montaje constituido por dos grupos de poleas: fijas y móviles.
A medida que aumenta el número de poleas, el mecanismo se hace más complejo, pero el esfuerzo
necesario para vencer la resistencia disminuye. Con el polipasto, es posible levantar cargas muy
elevadas.
Palanca
La palanca es una barra rígida que gira en torno a un punto de apoyo o articulación, también
llamada fulcro. En un punto de la barra se aplica una fuerza F con el fin de vencer una resistencia R,
que actúa en otro punto de la misma.
La palanca se encuentra en equilibrio cuando el producto de la fuerza F por su distancia al fulcro, d
es igual al producto de la resistencia R por su distancia al fulcro, r. Esta es la denominada ley de la
palanca, que matemáticamente se expresa así:
F·d = R · r
Hay tres tipos de palanca: de primer, segundo y tercer grado:
3
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Transmisión circular
Ruedas o poleas
Son sistemas de dos o más ruedas que se encuentran en contacto bien directamente o a través de
correas.
Las ruedas de fricción son que se encuentran en contacto directo. Una de la ruedas se llama motriz
o de entrada y al girar provoca el movimiento de la rueda conducida o de salida, en sentido
contrario.
Los sistemas de poleas con correas son conjuntos de poleas o ruedas situadas a cierta distancia,
que giran simultáneamente por efecto de una correa.
Si tenemos una rueda motriz con un diámetro D1 que gira a una velocidad N1 y una rueda
conducida con un diámetro D2 que gira a una velocidad N2, se cumple que:
D1·N1 = D2·N2
o lo que es lo mismo:
i = D1/D2 = N2/N1 (relación de transmisión)
En la igualdad anterior, los diámetros se expresan en unidades de longitud (normalmente
milímetros) y las velocidades en revoluciones por minuto (r.p.m.)
Si la rueda motriz es más pequeña que la conducida, la segunda rueda gira más despacio que la
primera. Se dice entonces que el mecanismo es reductor.
Si la rueda motriz es más grande que la conducida, la segunda rueda gira más rápido que la primera.
Se dice entonces que el mecanismo es multiplicador.
Engranajes
Son juegos de ruedas que poseen salientes denominados dientes, que encajan entre sí, de modo que
unas ruedas arrastran a las otras. Todos los dientes han de tener la misma forma y tamaño.
4
62
El movimiento del eje motriz se transmite al eje conducido a través de los engranajes.
En este caso, la relación de transmisión “i”, depende del número de dientes de cada rueda, al que
denominamos con la letra “Z”. Así, se umple siempre que:
Z1/Z2 = N2/N1
Transmisión por cadena
Es una “mezcla” de la transmisión por correa y los engranajes. Permite transmitir movimiento entre
ejes que están separados entre sí. Evita los resbalamientos de las correas, por lo que permite
transmitir más potencia.
Tornillo sinfin - corona
Es un mecanismo que sirve para transmitir un movimiento circular entre dos ejes que se cruzan
perpendicularmente.
Un tornillo gira engarzado a un engranaje (corona o piñón) de forma que se produce una gran
reducción de velocidad.
Es un mecanismo no reversible, ya que si gira el tornillo, también lo hace el engranaje, pero si
intentamos hacer girar esta último, el mecanismo permanece bloqueado.
En el sinfín-corona de la figura, la relación de transmisión es igual al número de dientes de la
corona, ya que para que ésta dé una vuelta, el sinfín tiene que dar tantas como dientes tenga.
Ejemplo: si la corona tiene 16 dientes, el sinfín deberá dar 16 vueltas para que la corona dé una.
5
63
MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DEL MOVIMIENTO
Son aquellos mecanismos que transforman un movimiento circular en rectilíneo, o viceversa.
Conjunto manivela-torno
Una manivela es una barra que está unida a un eje al que hace girar. La fuerza necesaria para que el
eje gire es menor que la que habría que aplicarle directamente.
El mecanismo que se basa en este dispositivo es el torno, que consta de un tambor que gira
alrededor de su eje a fin de arrastrar un objeto. Con él, transformamos un movimiento circular en
rectilíneo.
Un torno está en equilibrio cuando se cumple la igualdad que puedes ver en el dibujo. De esta
forma, cuanto más larga sea la manivela y menor el diámetro del tambor, mayor será la fuerza que
podremos vencer.
Piñón – cremallera
Se trata de un mecanismo en el que hay una rueda dentada angarzada a una cremallera, es decir una
barra recta dentada, Cuando la rueda dentada gira, la cremallera se desplaza con un movimiento
rectilíneo.
Este macanismo es reversible, es decir, que si se desplaza la cremallera, hacemos girar el piñón, con
lo que estamos transformando un movimiento rectilíneo en circular.
Se utiliza en direcciones de automóviles, sacacorchos, puertas de corredera, taladradoras, etc.
6
64
Biela-manivela
Está formado por una manivela y una barra denominada biela. Ésta se encuentra articulada por un
extremo con dicha manivela y, por el otro, con un elemento que describe un movimiento alternativo.
Al girar la rueda, la manivela transmite un movimiento circular a la biela que experimenta un
movimiento de vaivén.
Este sistema también funciona a la inversa, es decir, transforma un movimiento rectilíneo
alternativo de vaivén en un movimiento de rotación.
Su importancia fue decisiva en el desarrollo de lallocomotora de vapor, y en la actualidad se utiliza
en motores de combustión interna, limpiaparabrisas, máquinas herramientas, etc.
OTROS MECANISMOS
Trinquete
Es un dispositivo de seguridad que permite el giro en un
sentido y lo impide en el contrario.
Se utiliza en relojería, como elemento tensor de cables de
seguridad en máquinas elevadoras, frenos, etc.
7
65
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1.
1ºESO
¿Cuántos tipos de palancas conoces? Pon al menos dos ejemplos de cada tipo.
2. ¿A qué distancia del punto de apoyo deberá colocarse Ana para equilibrar el balancín con su
hermano Javier?
3. ¿A qué distancia del punto de apoyo deberá colocarse María (25 kg) para equilibrar el balancín
con su hermano Álvaro (50 kg)?
4. En este balancín el punto de apoyo no está en el centro. En el brazo más corto se sienta un chico
que pesa 45 kg. ¿Cuánto deberá pesar la chica para levantarlo?
El chico está sentado a 0,5 m del punto de apoyo, y la chica a 1 m.
5. Dibuja, siguiendo el esquema, los dos grupos de palancas que faltan y di sus nombres.
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2
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
6. Clasifica los diferentes tipos de palancas según su grado:
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3
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
7. Completa las siguientes frases:
a. Una balanza es una palanca de____________________________ ya que el punto se
encuentra situado entre_____________________________________
b. Un cortafotos es una palanca de ____________________________ ya que el punto se
encuentra situado entre_____________________________________
c. Un pedal de la rueda de un afilador es una palanca de ____________________________ ya
que el punto se encuentra situado entre_____________________________________
8. Indica hacia dónde se inclina la balanza o si está equilibrada. Justificar cada caso
9. Completa la siguiente tabla:
10. Observando las palancas representadas en las siguientes figuras:
a. Localiza en ellas la situación del fulcro, la potencia y la resistencia y di de qué tipo de palanca se
trata.
b.
¿A qué distancia debe sentarse el niño para poder equilibrar el columpio?
c.
¿Qué fuerza habrá que hacer para equilibrar la carga?
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4
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
11. Completa con las siguientes palabras:
AUMENTA
POLIPASTO
DOS
MÓVILES
ESFUERZO
FIJAS
El conjunto de dos o más poleas se denomina_______________________.
Está constituido por _______grupos de poleas: __________________ y_______________.
A medida que ________________________ el número de poleas, el mecanismo se hace más complejo,
pero el _______________________ disminuye.
12. El polipasto es una combinación de poleas:
a.
Indica qué se pretende con ello
b. Explica cómo funciona el siguiente polipasto
c.
Dibuja el polipasto más sencillo que se pueda construir
13. ¿Cuál es la fuerza que hay que ejercer para levantar un peso de 100 N?
Con un polea
F=
Con cuatro poleas
Con dos poleas
F=
F=
14. ¿Calcula la fuerza que hay que ejercer para levantar un peso de 80 Kgf en los siguientes casos?
Con un polea
F=
Con dos poleas
F=
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Con cuatro poleas
F=
69
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5
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
15. Indica el sentido de giro de todas las poleas, si la polea motriz (la de la izquierda) girase en el
sentido de las agujas del reloj.
Indica también si se son mecanismos reductores o
multiplicadores de la velocidad.
A
E
B
F
C
D
G
16.
Identifica cada uno de los siguientes mecanismos con su nombre e indica con flechas el sentido del
movimiento en cada uno de ellos. Escribe además si es un mecanismo de TRANSMISIÓN o de TRANSFORMACIÓN
de movimiento.
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MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
17. Observa la máquina inventada por Leonardo da Vinci y responde a las siguientes preguntas: (1
punto)
a) ¿Aumenta o disminuye la velocidad? ¿Por qué?
b) ¿Varía el ángulo del eje de giro del mecanismo?
c) ¿Cambia el sentido de giro?
d) ¿Varía el tipo de movimiento?
e) ¿Cómo podrías aumentar la velocidad de las aspas?
18. Si tenemos un motor que gira a 1000 r.p.m. con una polea de 20 cm acoplada en su eje, unida mediante
correa a una polea conducida de 60 cm.
a.
Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la polea motriz y la
conducida, y los sentidos de giro mediante flechas
b.
Cuál es la relación de transmisión i
c.
d.
¿Qué velocidad adquiere la polea CONDUCIDA en este montaje?
¿Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad?
19. Si tenemos un motor que gira a 1000 r.p.m. con una polea de 50 cm, acoplada en su eje, unida mediante
correa a una polea conducida de 10 cm.
a.
Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la polea motriz y la
conducida, y los sentidos de giro mediante flechas
b.
Cuál es la relación de transmisión i
c.
d.
¿Qué velocidad adquiere la polea CONDUCIDA en este montaje?
¿Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad?
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7
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
20. Si tenemos un motor que gira a 1000 r.p.m. con una polea de 40 cm, acoplada en su eje, unida mediante
correa a una polea conducida de 40 cm.
a.
Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la polea motriz y la
conducida, y los sentidos de giro mediante flechas
b.
Cuál es la relación de transmisión i
c.
d.
¿Qué velocidad adquiere la polea CONDUCIDA en este montaje?
¿Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad?
21. En el siguiente mecanismo,
a.
Calcula la relación de transmisión
b.
Si la motriz da 100 vueltas ¿Cuántas vueltas da la polea conducida?
22. A partir de los datos de la figura, calcular la velocidad con la que girará la polea de mayor diámentro.
DA= 2 cm (motriz)
Db=8 cm (conducida)
nA= 160 r.p.m. (motor)
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8
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
23. Si tenemos un motor que gira a 100 r.p.m. con una polea de 40 cm, acoplada en su eje, unida mediante
correa a una polea conducida de 10 cm.
a.
Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la polea motriz y la
conducida, y los sentidos de giro mediante flechas
b.
Cuál es la relación de transmisión i
c.
d.
¿Qué velocidad adquiere la polea CONDUCIDA en este montaje?
¿Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad?
24.
Un motor que gira a 3.000 r.p.m. tiene montado en su eje un piñón de 20 dientes y está acoplado a otro
engranaje de 60 dientes.
a.
b.
c.
Dibujar el esquema del mecanismo
Calcular la relación de transmisión.
Calcular las revoluciones por minuto a las que gira el eje de salida
25.
Observa el siguiente dibujo y sabiendo que el engranaje motriz tiene 14 dientes y gira a 4000 rpm y el
conducido 56.
a. ¿Se trata de una transmisión que aumenta o reduce la velocidad?, justifica tu respuesta.
b. Calcula el número de revoluciones por minuto de la rueda conducida.
c. Si la rueda motriz gira en el sentido de las agujas del reloj, ¿en qué sentido girará la rueda conducida?
26.
Tenemos el siguiente sistema de transmisión formado por dos engranajes. El engranaje A (motriz) tiene 15
dientes y gira a 120 rpm. El engranaje B (conducido) tiene 60 dientes. Calcula:
a) La velocidad de giro del engranaje B.
b) Las vueltas que dará B al cabo de 1 hora.
c) Si A gira a la derecha, dibuja el sentido de giro de B. ¿Cómo podrá
conseguirse que A y B girasen en el mismo sentido?
A
B
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9
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
27.
Un motor que gira a 100 r.p.m. tiene montado en su eje un engranaje de 60 dientes y está acoplado a otro
engranaje de 20 dientes.
a.
b.
c.
d.
Dibujar el esquema del mecanismo
Calcular la relación de transmisión.
Calcular las revoluciones por minuto a las que gira el engranaje conducido
¿Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador?
28. Si tenemos un motor que gira a 900 r.p.m. con una polea de 12 cm acoplada en su eje, unida mediante
correa a una polea conducida de 36 cm.
a.
Representa el sistema de poleas en dos dimensiones, indicando cuál es la polea motriz y la
conducida, y los sentidos de giro mediante flechas
b.
Cuál es la relación de transmisión i
c.
d.
¿Qué velocidad adquiere la polea CONDUCIDA en este montaje?
¿Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad?
29. Tenemos un motor que gira a 3000 r.p.m. con un engranaje de 45 dientes acoplado en su eje. Sabiendo
que el engranaje conducido posee 15 dientes:
a.
Indica cuál es el motriz y el conducido, y los sentidos de giro mediante flechas
b.
Cuál es la relación de transmisión i
c.
d.
¿Qué velocidad adquiere el engranaje CONDUCIDO en este montaje?
¿Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad?
30. La figura representa un plato y un piñón de una bicicleta. Al dar
una vuelta al pedal observamos que el piñón da tres vueltas.
a) ¿Cuál es la relación de transmisión?
b) Si pedaleamos a 50 rpm, ¿a qué velocidad girará la rueda?
31. Observa el engranaje de la figura en el que la rueda motriz gira (movimiento de entrada) a 40
rpm y la rueda de salida a 120 rpm.
a) ¿Cuál es la rueda de entrada y la de salida?
b) ¿Se trata de un mecanismo multiplicador o reductor de velocidad?
c) ¿Cuál es su relación de transmisión?
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10
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
d) Si la rueda motriz gira a 100 r.p.m., ¿a qué velocidad gira la rueda de salida?
32. Observa el mecanismo de la figura en el que el motor gira a 15
rpm y la rueda de salida gira a 5 rpm:
a) ¿Se trata de un mecanismo multiplicador o reductor de velocidad?
b) ¿Cuál es su relación de transmisión?
c) Si motor girara a 90 rpm, ¿a qué velocidad gira la rueda de salida?
d) Si volvemos a variar la velocidad del motor y vemos que la rueda de salida gira a 120 rpm, ¿a qué
velocidad gira ahora el motor?
33. Observa el mecanismo de la figura en el que la velocidad del
motor se reduce en dos etapas. Los dos engranajes son idénticos
y la relación de transmisión de cada uno de ellos es de 1/3.
a) Si el motor gira a 45 rpm, ¿a qué velocidad gira la rueda de salida?
b) ¿Cuál es la relación de transmisión del conjunto?
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11
MÁQUINAS Y MECANISMOS
34.
1ºESO
TEST DE MECANISMOS
1. Una máquina simple que es un cilindro con una
rosca helicoidal se llama...
9 Los mecanismos no reversibles son:
a) El piñón cremallera y la leva
a) engranaje helicoidal.
b) tornillo.
c) rueda.
b) Los engranajes cónicos y el tornillo sin fín
c) El tornillo sin fin y la leva
2. Para que con una palanca nos cueste poco elevar
una carga, el punto de apoyo ha de estar...
10. El mecanismo de la figura corresponde a un...
a) cerca de la carga.
b) cerca de la fuerza.
c) en el centro.
a) Engranaje cónico
b) Engranaje cónico helicoidal
c) Engranaje recto.
3. En una polea simple, si la carga que se quiere
levantar pesa 100 N, se debe estirar con una
fuerza...
a) mayor. b) menor. c) igual.
4. En un mecanismo formado por dos engranajes
rectos, el ángulo del eje de giro...
11. Un tornillo sin fin es un mecanismo de...
a) varia 90°.
b) varia 45°.
c) no varia.
a) transmisión de movimiento.
b) transformación de movimiento.
c) inversión de movimiento.
5. En una transmisión por cadena el sentido de
giro...
12. En el mecanismo de la figura, el movimiento de la
rueda superior derecha será...
a) horario.
b) antihorario.
c) de izquierda a derecha.
a) es el mismo.
b) se invierte.
c) va de izquierda a derecha
6. En una cadena de una bicicleta la transmisión
del movimiento va...
a) del plato al piñón.
b) del piñón a la rueda delantera.
c) del piñón al plato.
7. En el mecanismo de la figura la relación de
transmisión es de...
a) Rt = 1
b) Rt = 1/2
c) Rt = 2
13. Los mecanismos que transforman el movimiento
son:
a) El piñón cremallera, la leva y la biela-manivela
b) Los engranajes cónicos y el tornillo sin fín
c) El tornillo sin fin y la leva
8. En el mecanismo piñón-cremallera el movimiento
se transmite...
14. La velocidad de los engranajes se mide en:
a) del piñón hacia la cremallera.
b) de la cremallera hacia el piñón.
c) en los dos sentidos.
a) Revoluciones
b) Revoluciones por hora
c) Revoluciones por minuto
COMPLETA ESTA TABLA CON LA LETRA DE LA SOLUCIÓN DE CADA PREGUNTA DEL TEST
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
76
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@TL
12
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
TEST DE MECANISMOS
1
A.
B.
C.
D.
2
¿En qué sentido girará el engranaje D en
el caso de que el engranaje A lo hiciese
en el sentido que marca la flecha?
A. Sentido 1
B
C
D
A
B
Sentido 2
C
C.
No se puede determinar
D
D.
Indistintamente hacia 1 ó 2
A.
B.
C.
D.
Cuando el engranaje A gire en el sentido
indicado, ¿en qué dirección girará el
engranaje B?
No se puede determinar
Indistintamente hacia 1 ó 2
1
2
Si el tornillo sinfín gira en el sentido
indicado, ¿en qué sentido girará la
rueda?
1
2
No se puede determinar
Indistintamente hacia 1 ó 2
A.
B.
C.
D.
Si el piñón gira en el sentido indicado,
¿en qué sentido se moverá la
cremallera?
Indistintamente hacia 1 ó 2
1
2
No se moverá
A.
B.
C.
D.
Si hacemos girar la polea en el sentido
indicado, ¿en qué sentido girará el
ventilador?
1
2
Indistintamente hacia 1 ó 2
No se puede determinar
A.
B.
C.
D.
4
5
6
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A
B.
3
7
En el caso de que el engranaje A girase
en el sentido indicado en la figura
¿Hacia dónde giraría el engranaje B?
No se puede determinar
Indistintamente hacia 1 ó 2
Hacia 1
Hacia 2
¿En
una
B?
A.
B.
C.
D.
el caso de que la manivela A diese
vuelta, ¿cuánto giraría la manivela
A
B
C
D
A
B
C
D
A
B
C
D
A
B
C
D
A
B
Menos
Más
Igual
Depende de la velocidad de giro
C
77
D
@TL
13
MÁQUINAS Y MECANISMOS
1ºESO
8.
A.
B.
C.
D.
¿En qué sentido girará el engranaje D en
el caso de que el engranaje A lo hiciese
en el sentido que marca la flecha?
Indistintamente hacia 1 ó 2
Sentido 1
Sentido 2
No se puede determinar
A
B
C
D
A
9
¿Qué eje gira más lentamente?
A.
No se puede determinar
B.
Los dos giran a la misma velocidad
C.
Eje 1
D.
Eje 2
B
C
D
¿En qué sentido girará la polea B, en el
supuesto de que la polea A lo hiciese en
el sentido que marca la flecha?
A. No giraría
10.
A
B
B.
Sentido 1
C
C.
Sentido 2
D
D.
No se puede determinar
Si el engranaje A diese una vuelta,
¿cuánto giraría el engranaje D?
11
A.
Igual
B.
No se puede determinar
A
B
C. Más
D.
C
Menos
D
¿Hacia dónde se moverá el jugador al
girar la manivela en el sentido indicado?
A. Hacia 1
B. Hacia 2
C. No se moverá
D. Indistintamente hacia 1 ó 2
12
13
A.
B.
C.
D.
14
1
A.
B.
2
C.
D.
¿Qué sucederá cuando la polea se mueva
en el sentido indicado?
La puerta permanecerá en su posición
La puerta subirá
La puerta bajará
No se puede determinar
¿En qué caso se mueve el camión a
menor velocidad?
No se puede determinar
En ambos casos se mueve a igual
velocidad
1
2
A
B
C
D
A
B
C
D
A
B
C
D
78
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14