Tema 2. Máquinas simples

Alumn@: Nº

MÁQUINA SIMPLEUnha máquina simple é un dispositivo no que tanto a enerxía que se fornece como a que se produce atópanse en forma de traballo mecánico e todas as súas partes son sólidos ríxidos.

O interese de converter unha entrada en traballo nunha saída en traballo ten varias razóns. Primeiro, quizais queiramos aplicar unha forza en algures de modo que realice traballo noutro lugar. Con poleas, por exemplo, podemos levantar unha estada ata o teito tirando dunha corda desde o chan. Por outra banda, é posible que dispoñamos só dunha pequena forza para producir o traballo de entrada cando necesitamos unha forza maior na saída. Así sucede co gato de automóbil: ao accionar a variña do gato podemos alzar o automóbil que doutro xeito sería bastante difícil de mover. Como contrapartida, temos que erguer e baixar moitas veces a variña para levantar o automóbil un pouco.

As máquinas simples adoitan clasificarse en 6 tipos:

Pancas. Poleas. Rodas e eixos. Planos inclinados. Parafusos. Cuñas.

As máquinas compostas son combinacións destes 6 tipos de máquinas simples.

INTRODUCIÓN e CONCEPTOS FUNDAMENTAIS Son dúas as forzas importantes en calquera máquina simple: o esforzo e a carga. O esforzo (chamado ás veces potencia) é a forza que se aplica á máquina e a carga (chamada ás veces resistencia) que é a forza que a máquina supera ao desenvolver traballo útil. Así, por exemplo, cando emprégase un cascanoces, o esforzo proporciónao a nosa man ao apertar as tenazas, e a carga corresponde á forza elástica da noz que separte. Debe aclararse que a magnitude polo xeral do esforzo e o da carga non son iguais. De feito a maioría das máquinas simples utilízanse en situacións onde a carga é maior que o esforzo.

PANCAS Unha panca consiste simplemente nunha barra ríxida que vira ao redor dalgún punto ao longo da mesma. O punto de pivote coñécese co nome de fulcro ou punto de apoio e non é neste onde se aplica o esforzo e a carga. Son posibles 3 configuracións distintas que se denominan pancas de primeiro,segundo e terceiro xénero ou grao.

Nunha panca de primeiro xénero, o esforzo e a carga atópanse en lados opostos do punto de apoio. Exemplos: pata de cabra e tenazas.

1

Nunha panca de segundo xénero, a carga colócase entre o esforzo e o punto de apoio. Exemplo: carretilla.

Nunha panca de terceiro xénero, o esforzo sitúase entre a carga e o punto de apoio. Estas pancas non son tan comúns como as de primeiro e segundo xénero. Exemplos: tenacillas e antebrazo humano.

A distancia perpendicular entre o punto de apoio e a liña de acción do esforzo noméase brazo de panca efectivo, en tanto que a distancia entre o punto de apoio e a liña de acción da carga noméase brazo de carga efectivo.

A RODAEstá formada por un corpo redondo que vira respecto dun punto fixo denominado eixo de xiro. Normalmente a roda sempre ten que ir acompañada dun eixo cilíndrico (que guía o seu movemento xiratorio) e dun soporte (que mantén ao eixo na súa posición). Aínda que na

2

natureza tamén existen corpos redondeados (troncos de árbore, cantos rodados, ovos...), ningún deles cumpre a función da roda nas máquinas, por tanto pódese considerar que esta é unha máquina totalmente artificial. Da roda derívanse multitude de máquinas das que cabe destacar: polea simple, rodete, tren de rodaxe, nora, polea móbil, polipasto, rodamento, engrenaxes, sistema correa-polea...

POLEASUnha polea é unha roda, xeralmente maciza e acanalada no seu bordo, que, co concurso dunha corda ou cable que se fai pasar pola canle, úsase como elemento de transmisión en máquinas e mecanismos para cambiar a dirección do movemento ou a súa velocidade e formando conxuntos (denominados aparellos ou polipastos) para ademais reducir a magnitude da forza necesaria para mover un peso.

Unha polea simple cambia a dirección dunha forza sen cambiar a súa magnitude, como se observa na figura, onde a carga e o esforzo toman un valor de 100 N. A eficiencia da polea está determinada principalmente polo rozamento do coxinete.

Na figura co sistema de 2 poleas chamado polipasto. A polea superior fíxase a un soporte estacionario, en tanto que a polea inferior móvese coa carga. É evidente que nestas condicións as dúas seccións paralelas de cable soportan a carga (de 100 N), soportando cada unha delas unha tensión de 50 N. O esforzo é neste caso 50.

RODA E EIXOCando unha roda vira libremente sobre un coxinete, funciona como unha polea, situación radicalmente distinta á dunha roda conectada ríxidamente a un eixo de maneira que os dous viren xuntos. A roda e o eixo poden utilizarse para xerar unha gran vantaxe mecánica (por exemplo un desaparafusador ou o volante de dirección dun automóbil) ou, en sentido oposto, para producir unha gran vantaxe de velocidade (por exemplo, o xogo da roda dentada e pedais dunha bicicleta). Un exemplo clásico de roda e eixo é o malacate, utilizado para elevar con comodidade (accionando unha manivela) e ao longo de distancias relativamente grandes corpos moi pesados. Neste caso o esforzo aplícase en forma perpendicular á manivela, e como esta móvese en círculo, representa en efecto unha roda. O tambor (é dicir, o cilindro onde se enrola o cable) é o eixo.

PLANO INCLINADOO plano inclinado é unha superficie plana que forma con outra un ángulo moi agudo (moito menor de 90º). Na natureza aparece en forma de rampla, pero o ser

3

humano adaptouno ás súas necesidades facéndoo móbil, como no caso da machada ou do coitelo. Ten a vantaxe de precisar unha forza menor que a que se emprega se levantamos devandito corpo verticalmente, aínda que á conta de aumentar a distancia percorrida e vencer a forza de rozamento. O plano inclinado é o punto de partida dun nutrido grupo de operadores e mecanismos cuxa utilidade tecnolóxica é indiscutible. As súas principais aplicacións son tres:

Emprégase en forma de rampla para reducir o esforzo necesario para elevar unha masa (estradas, subir gando a camións, acceso a garaxes subterráneos, escaleiras...).

Plano inclinado como parafuso . En forma de hélice para converter un movemento xiratorio en lineal (parafuso de Arquímedes, parafuso, hélice de barco,...)

En forma de cuña para apertar (suxeitar portas para que non se pechen, ensamblar pezas de madeira...), cortar (coitelo, tesoira, serra, serrucho...) e separar ou abrir (machada, arado, formón, abrelatas...).

4