Mecanica

Departamento de Física Universidad de Jaén

INTRODUCCIÓN A LAS MÁQUINAS SIMPLES Y COMPUESTAS

Aplicación a la Ingeniería de los capítulos del temario de la asignatura FUNDAMENTOS FÍSICOS I (I.T.MINAS): Tema 8: Dinámica de Rotación de los Cuerpos Rígidos. Tema 9: Equilibrio de los cuerpos Rígidos.

INDICE

INTRODUCCIÓN. CONCEPTOS FUNDAMENTALES. PALANCAS. POLEAS. RUEDA Y EJE. Transmisionesde Banda Simples. Engranajes

INTRODUCCIÓN
Una máquina simple es un dispositivo en el que tanto la energía que se suministra como la que se produce se encuentran en forma de trabajo mecánico y todas sus partes son sólidos rígidos. ¿Por qué tanto interés en convertir una entrada en trabajo en una salida en trabajo?. Existen varias razones. Primero, tal vez queramos aplicar una fuerza en algunaparte de modo que realice trabajo en otro lugar. Con poleas, por ejemplo, podemos levantar un andamio hasta el techo tirando de una cuerda desde el suelo. Por otra parte, es posible que dispongamos sólo de una pequeña fuerza para producir el trabajo de entrada cuando necesitamos una fuerza mayor en la salida. Así sucede con el gato de automóvil: al accionar la varilla del gato podemos alzar elautomóvil que de otra manera sería bastante difícil de mover. Como contrapartida, tenemos que levantar y bajar muchas veces la varilla para levantar el automóvil un poco. Las máquinas simples suelen clasificarse en 6 tipos: -Palancas. - Poleas. -Ruedas y ejes. -Planos inclinados. - Tornillos. - Cuñas. Las máquinas compuestas son combinaciones de estos 6 tipos de máquinas simples.

CONCEPTOSFUNDAMENTALES Son dos las fuerzas importantes en cualquier máquina simple: el esfuerzo y la carga. El esfuerzo (llamado a veces potencia) es la fuerza que se aplica a la máquina y la carga (llamada a veces resistencia) es la fuerza que la máquina supera al realizar trabajo útil. Así, por ejemplo, cuando se usa un cascanueces, el esfuerzo lo proporciona nuestra mano al apretar las tenazas, y la cargacorresponde a la fuerza elástica de la nuez que se parte. Debe aclararse que la magnitud por lo general del esfuerzo y el de la carga no son iguales. De hecho la mayoría de las máquinas simples se utilizan en situaciones donde la carga es mayor que el esfuerzo. La capacidad de una máquina para mover una carga se describe por medio de su ventaja mecánica (VM): VM ≡ carga / esfuerzo (1)

Otroparámetro de gran interés relacionado con las máquinas es la eficiencia (e):
e ≡ (Trabajo útil producido) / (Trabajo suministrado)

(2)

Es posible que la ventaja mecánica de una máquina sea grande y que, sin embargo, su eficiencia sea baja. Todas las máquinas simples tendrían eficiencias cercanas al 100 % de no ser por el rozamiento por deslizamiento y rodamiento. Cuando el rozamiento es muygrande como en el caso de la cuña o el tornillo, la eficiencia puede ser únicamente del 10% o menor. Sin embargo en las palancas, así como en las ruedas y los ejes, donde el rozamiento es bajo, es posible que la eficiencia se aproxime al 99%. Se pierde también un poco de eficiencia a causa de la deformación elástica de la máquina bajo carga. No obstante, en la mayor parte de los casos, éste es es unefecto mínimo. Un tercer parámetro de interés es la ventaja de velocidad (VV): (3)

VV ≡ (velocidad alcanzada por la carga) / (velocidad del punto de aplicación del esfuerzo)

El valor de la VV coincide con el cociente entre los desplazamientos realizados por la carga y el punto de aplicación del esfuerzo en un cierto tiempo t.

Debemos decir que una VM alta (mayor que la unidad) implicanormalmente una VV baja (menor que la unidad) y viceversa, ya que se puede demostrar que se cumple que: VM·VV = e (4)

PALANCAS Una palanca consiste simplemente en una barra rígida que gira en torno a algún punto a lo largo de la misma. El punto de pivote se conoce con el nombre de fulcro o punto de apoyo y no es en éste donde se aplica el esfuerzo y la carga. Son posibles 3 configuraciones...