2. MECANISMOS

01. ESTRUCTURAS VS. MECANISMOS

02. ¿QUÉ ES UNA MÁQUINA?

03. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO

04. MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DEL MOVIMIENTO

RECURSOS

ACTIVIDADES

EVALUACIÓN

ACTIVIDADES DEL TEMA

ACTIVIDADES FINALES

PROYECTO FINAL

ACTIVIDAD FINAL

A1. En cada extremo de unas tijeras aplicamos una fuerza de 35 N ¿Cuál será la fuerza que resultará en cada una de las puntas de este objeto?

SOLUCIÓN

Las tijeras son una máquina simple que utiliza el principio de la palanca para multiplicar la fuerza aplicada y generar una fuerza cortante para cortar diferentes materiales. Su diseño hace que al aplicar fuerza en cada uno de sus extremos, las hojas ejerzan la fuerza necesaria para cortar el material que queramos.

A2. En un concurso de pesca, uno de los participantes quiere averiguar la fuerza que está haciendo. Se sabe que la distancia del pez al punto de apoyo es de 3 metros y la distancia a la mano derecha que está izando el cordel es de 2 metros. Si el pez pesa 225 gramos ¿Qué fuerza tiene que hacer el pescador?

SOLUCIÓN

Una caña de pescar también es una máquina simple que utiliza la ley de la palanca para ayudarte a pescar. En una caña de pescar, la caña en sí es la palanca, y el punto de apoyo es el soporte que se encuentra en el mango. El pescador aplica una fuerza en el extremo de la caña, donde está la línea de pesca y el cebo. Cuando el pescado muerde el anzuelo, el pescador aplica una fuerza para levantar al pez, lo que produce una fuerza en el otro extremo de la caña, donde está el soporte del mango.

Observando el esquema de la solución es necesario averiguar la distancia entre el punto de apoyo y la mano encargada del izado. En este caso es 1 metro. A parte tenemos que averiguar la fuerza que hace el pez de 225 gramos. Es tan sencillo como multiplicar su peso por la gravedad.

A3. Siguiendo esta estructura de poleas queremos levantar un peso de 100 kg de peso. ¿Qué fuerza hay que realizar?

SOLUCIÓN

Cuando se aplica una fuerza hacia abajo en el extremo libre de la cuerda, la polea gira y eleva el objeto. Al usar una polea móvil, se reduce la cantidad de fuerza que se necesita para levantar el objeto en comparación con levantarlo directamente con los brazos.

Esto es porque el peso del objeto se distribuye a lo largo de la cuerda o el cable, y cada sección de la cuerda soporta una parte del peso del objeto. Como resultado, se necesita menos fuerza en el extremo libre de la cuerda para levantar el objeto en comparación con levantarlo directamente con los brazos.

A4. Teniendo en cuenta la siguiente imagen, calcula:

1. Relación de transmisión del tren de poleas.
2. Velocidad de la polea 4.
3. ¿Es un sistema reductor o multiplicador de velocidad?

SOLUCIÓN

El funcionamiento de un tren de poleas es similar al de una polea móvil individual, pero con la ventaja de que se pueden aplicar varias poleas móviles juntas para multiplicar la fuerza. De esta forma se puede distribuir el peso de na carga a lo largo de varias secciones de la cuerda o cable que las une.

A5. En un edificio hay un ascensor que se mueve gracias al mecanismo combinado de poleas y torno de la imagen. El motor que genera el movimiento gira a 500 rpm y tiene acoplada en su eje una polea de 8 cm de diámetro. La polea del eje del torno tiene un diámetro de 12 cm. El diámetro del cilindro del torno es de 18 cm. Calcula:

1. ¿A qué velocidad gira el torno?
2. ¿Cuánto sube el ascensor en un minuto?
3. ¿A qué velocidad sube el ascensor en en m/s?
4. ¿Cuánto tardará el ascensor en subir desde la planta baja a la tercera planta que está a 50 metro?

SOLUCIÓN

En el caso del torno, hay dos poleas principales: una en el motor y otra en el cabezal del torno. Estas poleas están conectadas por una correa que gira alrededor de ellas. Al cambiar el tamaño de las poleas o la posición de la correa, se puede ajustar la velocidad de rotación de la pieza. Por ello comenzaremos a resolvver este problema como si fuera un conjunto de poleas.

A6. Este es un esquema de una bicicleta que me gustaría comprar. El plato tiene 45 dientes y el piñón 15 dientes. El diámetro de la rueda es de 60 cm. Si suelo pedalear con una velocidad de 35 rpm. Calcula:

1. La velocidad a la que gira la rueda en rpm
2. La distancia que recorre la bicicleta en 5 minutos.
3. La velocidad que alcanza la bicicleta expresada en km/hora

SOLUCIÓN

El plato y el piñón trabajan juntos para transferir la energía del ciclista a la rueda trasera y controlar la relación de transmisión para adaptarse a diferentes condiciones de conducción. La selección adecuada de los tamaños de plato y piñón puede mejorar la eficiencia y la comodidad de la conducción. Es decir, trabajan de forma similar a un tren de poleas en la que su unión hace que facilite el esfuerzo del ciclista.

A7. Teniendo en cuenta el siguiente sistema de engranajes. Calcula:

1. La velocidad de salida
2. El sentido de giro del resto de las ruedas, sabiendo que la rueda motriz gira en el sentido de las agujas del reloj
3. ¿Es un sistema reductor o multiplicador de velocidad? Explica tu respuesta

SOLUCIÓN

La velocidad de salida de un tren de engranajes es la velocidad a la que gira la salida del sistema de engranajes. Es importante tener en cuenta que la velocidad de salida del tren de engranajes puede ser diferente a la velocidad de entrada del sistema, que es la velocidad a la que gira el primer engranaje del tren de engranajes. Esto se debe a que la relación de transmisión entre los diferentes engranajes del sistema puede variar, lo que afecta la velocidad de salida del sistema en comparación con la velocidad de entrada.

Mientras que la dirección o sentido de la velocidad de salida dependerá de la configuración del sistema de engranajes. Si el último engranaje del tren de engranajes es un engranaje impulsor y está conectado a un eje de salida, la velocidad de salida será en la misma dirección y sentido de la velocidad de rotación del engranaje impulsor. Por otro lado, si el último engranaje es un engranaje conducido y está conectado a un eje de salida, la velocidad de salida será en la dirección opuesta y sentido a la velocidad de rotación del engranaje conducido.

A8. Queremos crear unas máquinas que realicen los siguientes movimientos. ¿Qué mecanismo propones utilizar para cada uno de los casos?

SOLUCIÓN

La solución de la primera imagen sería un piñón cremallera. Mientras que la segunda, sería una biela manievela.

A9. Elabora una hoja de cálculo para que nos permita calcular la relación de transmisión y la velocidad de salida de distintos mecanismos según sus caracteristicas. Añade una celda en la que se utilice un condicional para determinar si el mecanismo es reductor o multiplicador de la velocidad.

- Recuerda que insertar una fórmula, se puede usar el asistente de funciones o escribir el signo igual (=). Las operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación y división) se pueden escribir con los signos del teclado (+, –, *, /). Tienes que escribir los nombres de las celdas en las que se introducen los datos para realizar los cálculos.
- Puedes consultar lo tutoriales de Microsoft Excel y de Hojas de cálculo de Google para realizar esta actividad.

SOLUCIÓN

Estos son los pasos que puedes seguir para completar la actividad:

En la primera columna, escribe los nombres de los componentes tipos de engranajes que quieras calcular.

En la segunda columna, escribe las velocidades de entrada de cada componente en unidades como RPM (revoluciones por minuto) o m/s (metros por segundo).

En la tercera columna, escribe la relación de transmisión de cada componente.

En la cuarta columna, escribe las velocidades de salida de cada componente, que se pueden calcular utilizando la fórmula de la velocidad angular (ω) multiplicada por el radio (r) del componente: v = ω x r. Asegúrate de utilizar las unidades correctas para la velocidad angular y el radio.

Utiliza fórmulas y funciones para automatizar los cálculos de la relación de transmisión y la velocidad de salida, en lugar de hacerlo manualmente para cada componente. Por ejemplo, para calcular la velocidad de salida de un engranaje, puedes utilizar la fórmula =velocidad_entrada x relación_de_transmisión.

Agrega títulos y etiquetas a las columnas y filas para hacer que la hoja de cálculo sea fácil de leer y entender.

Una vez que hayas completado la hoja de cálculo, puedes utilizar gráficos y tablas dinámicas para visualizar los datos y analizar la relación entre la velocidad de entrada y salida del mecanismo.

A10. Visualiza el siguiente vídeo. Identifica entre todas las máquinas que aparecen los diferentes mecanismos que se han trabajado en este tema y clasifícalos.

SOLUCIÓN

Algunas máquinas simples que ha utilizado Leonardo Da Vinci en sus ingenios son:

Palanca: La palanca es una máquina simple que consiste en una barra rígida que gira alrededor de un punto de apoyo, conocido como fulcro. Da Vinci utilizó palancas en sus diseños de prensas hidráulicas y de alzamiento, así como en su famoso dibujo de «El hombre de Vitruvio».

Polea: La polea es una rueda con un canal o surco en su borde, que se utiliza para cambiar la dirección y la fuerza de una fuerza aplicada a una cuerda o cable que pasa por ella. Da Vinci utilizó poleas en varios de sus diseños, como grúas y mecanismos de elevación.

Tornillo: El tornillo es una máquina simple que consiste en una superficie helicoidal enrollada alrededor de un eje cilíndrico. Da Vinci utilizó tornillos en varios de sus diseños, como prensas y sistemas de transmisión de potencia.

Rueda: La rueda y el eje son una máquina simple que se utiliza para transmitir movimiento y potencia entre dos objetos. Da Vinci utilizó ruedas y ejes en varios de sus diseños, como molinos de viento y sistemas de transmisión de energía.

Cuña: La cuña es una máquina simple que consiste en una pieza triangular que se utiliza para separar o levantar objetos. Da Vinci utilizó cuñas en varios de sus diseños, como herramientas de corte y mecanismos de sujeción.