El trabajo es el producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida cuando ambas van en la misma dirección. La fuerza y la distancia son los factores que intervienen en el trabajo.
Trabajo = Fuerza · Distancia
Julios = Newtons · Metros
Al subir un objeto pesado desde el suelo hasta la mesa, buscamos hacerlo con el menor esfuerzo posible.
Una de las formas de hacerlo sería apoyando un tablón sobre la mesa o utilizando una cuerda. Se puede decir que en los dos métodos el trabajo que se ha echo es el mismo. Es lo que se denomina trabajo mecánico.
Ejemplo:
La potencia
La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo.
Aunque el trabajo sea el mismo tiempo no significa que se realice en el mismo tiempo. Cuando una máquina realiza el mismo trabajo que otra en el mismo tiempo, se dice que tiene mas potencia.
Potencia = Trabajo/Tiempo
Vatios(W) = Julios (J)/Segundos (s)
Ejemplo:
Una grua eleva una carga de 600N hasta un cuarto piso en 30 segundos. Calcular la potencia.
P¿? P=W/t
W=1800J P=1800/30 = 60W
T=30seg
Clasificación de las máquinas
Las máquinas se clasifican según el tipo de transformación, según el lugar de aplicación y según si hay movimiento o no.
Según el tipo de transformación:
-Energética: coche, aspiradora, lavadora, etc.
-De información: ordenador, teléfono, fax, etc.
Según el lugar de aplicación
-En el hogar:
-higiene personal: afeitadora, cepillo de dientes eléctrico, etc.
-manipulación y conservación de alimentos: batidora, exprimidor, microondas, frigorifico, etc.
-En el transporte: bicicleta, coche, tren, avión, etc.
-En la agricultura: tractor, recolectora, etc.
-En la industria: robot, torno, fresa, etc.
Según si hay movimiento o no
-Dinámicas: molinillo de café, batidora, lavadora, etc.
-Estáticas: transformador, teléfono, etc.
Rendimiento de las máquinas
El trabajo de las máquinas nos ahorra esfuerzo y tiempo. La energia de entrada se transforma en trabajo útil. Pero no toda la energia se convierte en trabajo útil. En todas las máquinas hay una parte de energía que se pierde transformada, fundalmentalmente, en calor.
Energia de entrada = trabajo útil + pérdidas
Rendimiento
El rendimiento de una máquina es el cociente entre el trabajo útil y la energia de entrada.
n = trabajo útil/energía de entrada · 100
El rendimiento no tiene unidades, se expresa en tanto por ciento.
Máquinas simples
La palanca
Es una barra o elemento rigido que oscila sobre un eje o punto de apoyo. Cuando utilizamos estas máquinas, aplicamos una fuerza (Fa) en un punto de la barra para actuar sobre alguna carga (Fc), lo que origina un giro sobre el punto de apoyo.
La palanca se encuentra en equilibrio cuando el producto de la fuerza aplicada (Fa) por una distancia (da) el punto de apoyo, es igual al producto de la carga (Fc) por su distancia al punto de apoyo (dc). Esto se conoce como ley de la palanca.
Fa · da = Fc · dc
Palancas de primer grado: tijera, pinza, martillo...
Palancas de segundo grado: cascanueces, carretilla, abridor...
Palancas de tercer grado: pinzas, martillo, pala...
El plano inclinado
El plano inclinado consiste en una superficie plana que forma un ángulo agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura.
Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento.
Trabajo = Fuerza · Altura = masa · gravedad · altura
W = F · h = m · g · h
El tornillo de Arquimedes
El tornillo es un plano inclinado que se enrolla sobre una superficie cilindrica.
El cientifico griego Arquimedes ideó una máquina para extraer agua de los rios. Funcionaba girando una manivela que provocaba que el agua ascendiera al interior del tornillo mediante una rosca helicoidal. Con esta máquina se consigue incrementar la fuerza.
La polea
El trabajo de las máquinas nos ahorra esfuerzo y tiempo. La energia de entrada se transforma en trabajo útil. Pero no toda la energia se convierte en trabajo útil. En todas las máquinas hay una parte de energía que se pierde transformada, fundalmentalmente, en calor.
Energia de entrada = trabajo útil + pérdidas
Rendimiento
El rendimiento de una máquina es el cociente entre el trabajo útil y la energia de entrada.
n = trabajo útil/energía de entrada · 100
El rendimiento no tiene unidades, se expresa en tanto por ciento.
Máquinas simples
La palanca
Es una barra o elemento rigido que oscila sobre un eje o punto de apoyo. Cuando utilizamos estas máquinas, aplicamos una fuerza (Fa) en un punto de la barra para actuar sobre alguna carga (Fc), lo que origina un giro sobre el punto de apoyo.
La palanca se encuentra en equilibrio cuando el producto de la fuerza aplicada (Fa) por una distancia (da) el punto de apoyo, es igual al producto de la carga (Fc) por su distancia al punto de apoyo (dc). Esto se conoce como ley de la palanca.
Fa · da = Fc · dc
Palancas de primer grado: tijera, pinza, martillo...
Palancas de segundo grado: cascanueces, carretilla, abridor...
Palancas de tercer grado: pinzas, martillo, pala...
El plano inclinado
El plano inclinado consiste en una superficie plana que forma un ángulo agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura.
Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento.
Trabajo = Fuerza · Altura = masa · gravedad · altura
W = F · h = m · g · h
El tornillo de Arquimedes
El tornillo es un plano inclinado que se enrolla sobre una superficie cilindrica.
El cientifico griego Arquimedes ideó una máquina para extraer agua de los rios. Funcionaba girando una manivela que provocaba que el agua ascendiera al interior del tornillo mediante una rosca helicoidal. Con esta máquina se consigue incrementar la fuerza.
La polea
Una polea, sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda que, con el curso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal, se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos: polipastos o poleas escalonadas, sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso.
Fa = Fc + Q/ 2n Si se desprecia el peso de la polea móvil: Fa = Fc/2
La polea es una rueda con una ranura por la cual se hace pasar una cuerda o una correa, con ella aprovechamos el peso de nuestro cuerpo.
Si colocamos una carga Fc en un extremo de la cuerda, habrá que aplicar una fuerza Fa al otro extremo para subirla.
Fa = Fc
Transmisión y transformación de movimiento: relación de transmision
Cuando se trata de la transmisión de un movimiento circular, se utilizan otros mecanismos que pueden aumentar o disminuir la velocidad de giro, variar su sentido o cambiar la posición de los ejes.
Relación de transmisión = Velocidad de salida (r.p.m)/Velocidad de entrada (r.p.m)
Rt = ns (r.p.m)/ ne (r.p.m)
r.p.m : revoluciónes por minuto
La relación de transmisión NO tiene unidades.
Mecanismos de transmisión de movimiento
La transmisión de movimiento circular puede efectuarse mediante uns sistema de poleas y correas, mediante cadenas y mediante engranajes.
Poleas y correas
Sirven para la transmisión del movimiento circular entre dos ejes paralelos por medio de una correa.
-Si ambas poleas miden igual, girarán a igual velocidad.
-Cuando la polea más pequeña arrastra a la mayor, esta última gira más despacio pero con más fuerza.
-Si la polea mayor arrastra a la más pequeña, esta última gira más rápido pero con menos fuerza.
-Si cruzamos las correas, invertiremos el sentido de giro.
Polea motriz: es la polea sobre la que se efectúa la fuerza y es la de entrada del movimiento.
Polea arrastrada: es la polea de salida del movimiento.
La relacion entre las velocidades de giro de las poleas depende del diámetro de las mismas.
ne · De = ns · Ds
Rt = ns/ne = Ds/De
Poleas escalonadas o árbol de poleas
LEs una polea de la cual se suspenden dos hilos que poseen en sus extremos dos cuerpos. La polea escalonada está sujeta por dos tornillos que ejercerán sobre el sistema un momento de fricción retardatriz.
Uno de los cuerpos así suspendido debe ser de masa despreciable respecto al segundo. Este cuerpo de pequeña masa se llama "el indicador". El segundo cuerpo será el encargado de poner el sistema en movimiento y se le llama "el impulsor".
Una escala vertical nos permitirá determinar las distancias recorridas por el indicador.
a unión de varias poleas de diferentes tamaños da lugar a una polea escalonada.
Cadenas
El funcionamiento es similar al de las poleas, pero sin el peligro de que la cadena patine en la rueda, aunque tiene el inconveniente de ser más ruidoso.
ne · Ze = ns · Zs
Relación de transmisión:
Rt = ns/ne = Ze/Zs
Al subir por una pendiente con la bicicleta se utiliza el piñón grande para ir a menor velocidad pero con mas fuerza, por el contrario al bajar se utiliza el pequeño para ir a mas velocidad.
Engranajes rectos
Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona y la menor piñon. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el ejede una fuente de energía, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energia y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor.
Tornillo sin fin
El tornillo sin fin es un mecanismo que transmite movimiento entre ejes que forman un ángulo recto. La transmisión siempre se efectúa desde el tornillo hacia la rueda dentada, el tornillo siempre hace de elemento motriz.
Es un mecanismo que siempre reduce la velocidad. El número de dientes del tornillo se corresponde con el número de entradas de la rosca (generalmente 1, 2 o 3).
