monografia ii
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habla sobre movimiento rectilineo a circular, velocidad angular, posicion , plano,TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE CAMPECHE
INGENIERÍA EN MECATRÓNICA
ASIGNATURA:
MECANICA PARA AUTOMATIZACION
TITULO DE LA ACTIVIDAD:
MONOGRAFIA DE LA UNIDAD II
“CONCEPTOS FUNDAMENTALES”
NOMBRE DEL ALUMNO:
LUIS ENRIQUE D. MOGUEL
GRADO Y GRUPO:
8° “B”
NOMBRE DEL DOCENTE:
ING. MARCELO MORALES CLEMENTE
FECHA DE ENTREGA:
19 DE FEBRERO DE 2015
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OBJETIVO DE LA UNIDAD
El alumno calculara los parámetros de movimiento de los mecanismos para
que permitan una correcta selección y adecuación de estos.
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INTRODUCCIÓN
Desde los primeros años cuando el ser humano empezó a trabajar se dio
cuenta de cuan duro era el trabajo, ahí fue donde empezaron los indicios
acerca de las pequeñas maquinas. La cantidad de esfuerzo que se tenía que
hacer para un trabajo es lo que motivo para crear las primeras máquinas
simples como fueron, la rueda, la palanca, polea, etc.
Sabemos que las máquinas están conformadas por varios conjuntos de
mecanismos y que sin ellos no tendríamos las grandes herramientas que
conocemos hasta ahora. Gracias a estas herramientas de trabajo, el ser
humano ya no tiene que hacer demasiado esfuerzo para poder lograr sus
objetivos en el trabajo, ya que han ido evolucionando con el paso del tiempo.
En nuestra vida cotidiana utilizamos muchos de estos mecanismos y a veces
sin darnos cuenta. Por eso en este documento van a poder encontrar todo lo
relacionado con los conceptos básicos de lo que se trata la primera unidad de
nuestra materia que es lo fundamental para conocer todo acerca de las
máquinas y como están conformadas. Aquí te proporcionare algunos
conceptos básicos de que es la mecánica, los tipos de mecanismos y como se
conforman cada una de ellas.
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MOVIMIENTO LINEAL
El movimiento rectilíneo, es la trayectoria que describe el móvil de una línea
recta. Algunos tipos notables de movimiento rectilíneo son los siguientes:
Movimiento rectilíneo uniforme: cuando la velocidad es constante.
Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado: cuando la aceleración es
constante.
Movimiento armónico simple unidimensional: cuando la aceleración es
directamente proporcional a la elongación (distancia a la posición de equilibrio)
y está siempre dirigida hacia la posición de equilibrio.
En mecánica el movimiento rectilíneo es uno de los ejemplos más sencillos de
movimiento, en el que la velocidad tiene dirección constante (aunque pueda
tener en algunos casos aceleración), además hay fuerza y aceleración, estas
son siempre paralelas a la velocidad. Esto permite tratar el movimiento
rectilíneo mediante ecuaciones escalares, sin necesidad, de usar el formalismo
de vectores.
MOVIMIENTO CIRCULAR
En cinemática, el movimiento circular (también llamado movimiento
circunferencial) es el que se basa en un eje de giro y radio constante, por lo
cual la trayectoria es una circunferencia. Si además, la velocidad de giro es
constante (giro ondulatorio), se produce el movimiento circular uniforme, que es
un caso particular de movimiento circular, con radio y centro fijos y velocidad
angular constante.
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En el movimiento circular hay que tener en cuenta algunos conceptos que
serían básicos para la descripción cinemática y dinámica del mismo:
Eje de giro: es la línea recta alrededor de la cual se realiza la rotación, este eje
puede permanecer fijo o variar con el tiempo pero para cada instante concreto
es el eje de la rotación (considerando en este caso una variación infinitesimal o
diferencial de tiempo). El eje de giro define un punto llamado centro de giro de
la trayectoria descrita.
Arco: partiendo de un centro fijo o eje de giro fijo, es el espacio recorrido en la
trayectoria circular o arco de radio unitario con el que se mide el
desplazamiento angular. Su unidad es el radián (espacio recorrido dividido
entre el radio de la trayectoria seguida, división de longitud entre longitud,
adimensional por tanto).
Velocidad angular: es la variación del desplazamiento angular por unidad de
tiempo (omega minúscula, ).
Aceleración angular: es la variación de la velocidad angular por unidad de
tiempo (alfa minúscula, ).
En dinámica de los movimientos curvilíneos, circulares y/o giratorios se tienen
en cuenta además las siguientes magnitudes:
Momento angular (L): es la magnitud que en el movimiento rectilíneo equivale
al momento lineal o cantidad de movimiento pero aplicada al movimiento
curvilíneo, circular y/o giratorio (producto vectorial de la cantidad de movimiento
por el vector posición, desde el centro de giro al punto donde se encuentra la
masa puntual).
Momento de inercia (I): es una cualidad de los cuerpos que depende de su
forma y de la distribución de su masa y que resulta de multiplicar una porción
concreta de la masa por la distancia que la separa al eje de giro.
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Momento de fuerza (M): o par motor es la fuerza aplicada por la distancia al eje
de giro (es el equivalente a la fuerza agente del movimiento que cambia el
estado de un movimiento rectilíneo).
En el movimiento rectilíneo, la trayectoria que describe el móvil es una línea
recta. Eso permite un tratamiento más simple del problema, ya que al ser
constante la dirección puede plantearse el problema del movimiento mediante
funciones escalares de una sola variable. La ecuación básica del movimiento
rectilíneo resulta ser:
FUERZA
En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la Intensidad del
intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas.
Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la
cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con
los conceptos de esfuerzo o de energía.
En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de fuerza es
el newton que se representa con el símbolo: N , nombrada así en
reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la física, especialmente a
la mecánica clásica. El newton es una unidad derivada que se define como la
fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s² a un objeto de
1 kg de masa.
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Figura 1. Descomposición de la fuerzas sobre un eje.
INERCIA
En física, la inercia (del latín inertĭa) es la propiedad que tienen los cuerpos de
permanecer en su estado de reposo o movimiento, mientras la fuerza sea igual
a cero, o la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o
movimiento. Como consecuencia, un cuerpo conserva su estado de reposo
o movimiento rectilíneo uniforme si no hay una fuerza actuando sobre él.
Podríamos decir que es la resistencia que opone un sistema de partículas a
modificar su estado dinámico.
En física se dice que un sistema tiene más inercia cuando resulta más difícil
lograr un cambio en el estado físico del mismo. Los dos usos más frecuentes
en física son la inercia mecánica y la inercia térmica.
La primera de ellas aparece en mecánica y es una medida de dificultad para
cambiar el estado de movimiento o reposo de un cuerpo. La inercia
mecánica depende de la cantidad de masa y del tensor de inercia.
La inercia térmica mide la dificultad con la que un cuerpo cambia
su temperatura al estar en contacto con otros cuerpos o ser calentado. La
inercia térmica depende de la capacidad calorífica.
Las llamadas fuerzas de inercia son fuerzas ficticias o aparentes que
un observador percibe en un sistema de referencia no-inercial.
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PAR TORSIONAL
El par torsional es una magnitud derivada de las magnitudes fuerza y longitud.
Para obtenerlo se aplica una fuerza a una distancia perpendicular de un eje un
cuerpo, tal que se genere en este cuerpo una rotación, tal que se genere en
este cuerpo una rotación alrededor de este eje. También se le conoce como
torque o momento de giro de apriete, en este trabajo se usaran estos términos
par torsional y torque indistintamente, esto es por razones de uso de términos
propios de atornillado. Las unidades que usaremos son newton metro o Nm.
ENERGIA
El término energía (del griego ἐνέργεια enérgeia, ‘actividad’, ‘operación’; de
ἐνεργóς [energós], ‘fuerza de acción’ o ‘fuerza trabajando’) tiene diversas
acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para
obrar, transformar o poner en movimiento.
En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo.
En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso
natural (incluyendo a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla y
darle un uso industrial o económico.
Relación entre la fuerza de salida y la de entrada
Una pequeña fuerza de entrada puede realizar una tarea que requiera una
fuerza grande de salida. Sin embargo, la restricción es que la fuerza pequeña
de entrada se debe ejercer a través de una mayor distancia para que el
consumo de trabajo sea igual a la producción de trabajo. Una pequeña fuerza
actuando sobre una distancia larga, por una fuerza mayor actuando sobre una
distancia menor. Esta es la naturaleza de todas las máquinas simples.
Por supuesto que también es posible intercambiar una gran fuerza de entrada
actuando sobre una distancia pequeña, por una fuerza de salida pequeña
actuando sobre una distancia grande.
Conservación de la potencia
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El principio de la conservación de la potencia es cuando un cuerpo se mueve
sobre la superficie de la Tierra, posee tanto energía cinética como energía
potencial gravitatoria.
Posición Angular
En el instante t el móvil se encuentra en el punto P. Su posición angular viene
dada por el ángulo q, que hace el punto P, el centro de la circunferencia C y el
origen de ángulos O.
El ángulo q, es el cociente entre la longitud del arco s y el radio de la
circunferencia r, q=s/r. La posición angular es el cociente entre dos longitudes y
por tanto, no tiene dimensiones.}
Figura 1.
Velocidad Angular
En el instante t' el móvil se encontrará en la posición P' dada por el ángulo q '.
El móvil se habrá desplazado Dq=q ' -qen el intervalo de tiempo Dt=t'-
t comprendido entre t y t'.
Se denomina velocidad angular media al cociente entre el desplazamiento y el
tiempo.
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Como ya se explicó en el movimiento rectilíneo, la velocidad angular en un
instante se obtiene calculando la velocidad angular media en un intervalo de
tiempo que tiende a cero.
Aceleración Angular
Si en el instante t la velocidad angular del móvil es w y en el instante t' la
velocidad angular del móvil es w'. La velocidad angular del móvil ha
cambiado Dw=w' -w en el intervalo de tiempo Dt=t'-t comprendido entre t y t'.
Se denomina aceleración angular media al cociente entre el cambio de
velocidad angular y el intervalo de tiempo que tarda en efectuar dicho cambio.
La aceleración angular en un instante, se obtiene calculando la aceleración
angular media en un intervalo de tiempo que tiende a cero.
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Figura 2
MOVIMIENTO HECOIDAL
El movimiento helicoidal es un movimiento rototraslatorio que resulta de
combinar un movimiento de rotación en torno a un eje dado con un movimiento
de traslación a lo largo de ese mismo eje; el resultado es un movimiento
helicoidal. En estas condiciones, el eje citado recibe el nombre de eje
instantáneo de rotación y deslizamiento del sólido rígido.
Sean vO la velocidad de traslación y ω la velocidad angular de rotación del
sólido rígido. La velocidad de un punto genérico P, perteneciente al sólido y
que no está situado sobre el eje de rotación (Figura 1), viene dado por
Figura 3.
Como el vector resulta ser perpendicular a ω y, por lo tanto, a vO, la
velocidad del punto P es la suma de dos vectores perpendiculares entre sí;
el vO, paralelo al eje y el , asociado a la rotación, perpendicular al eje
y que depende de la posición del punto P con respecto a dicho eje.
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Si tanto vO, como ω son independientes del tiempo (traslación y rotación
uniformes), el punto P describe una trayectoria que es una curva
alabeada llamada hélice (Figura 2), cuyo eje es la recta soporte de ω, y el
movimiento del sólido se llama helicoidal uniforme.
Figura 4.
El paso de la hélice estará dado por
Plano
Un mecanismo tiene movimiento plano cuando las velocidades de todos sus
puntos son paralelas a un plano fijo. Movimiento plano no quiere decir que
aunque el mecanismo este dentro de un plano, aun así se puede idealizar su
movimiento para el análisis cinemático. Se dice que no es válida en el
dinámico.
Se dice que es posible que el lugar geométrico de cualquier punto elegido de
un mecanismo plano se represente con su verdadero tamaño y forma real, en
un solo dibujo o de una sola figura.
Esférico
Es aquel en que cada eslabón tiene algún punto que se mantiene estacionario
conforme el eslabonamiento se mueve, y en que los puntos estacionarios de
todos los eslabones están en una ubicación común; o sea que el lugar
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geométrico de cada punto es una curva contenida dentro de una superficie
esférica y estas están definidas por varios puntos arbitrariamente elegidos son
concéntricas.
Figura 5.
Espaciales
No tienen restricción alguna en los movimientos relativos de las partículas. La
transformación del movimiento no es necesariamente coplanar, como tampoco
es preciso que sea concéntrica. Un mecanismo espacial puede poseer
particular con lugares geométricos de doble curvatura.
Figura 6.
La transmisión de movimiento de un miembro a otro.
El tipo de movimiento que tiene el elemento de entrada del mecanismo
coincide con el tipo de movimiento que tiene el elemento de salida.
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Los mecanismos de transmisión pueden ser, a su vez, agrupados en dos
grandes grupos:
Transmisión circular.
Transmisión lineal.
Circular a rectilíneo
El elemento de entrada tiene movimiento circular, mientras que el elemento de
salida tiene movimiento lineal. Ejemplo: El mecanismo piñón-cremallera.
Figura 7.
Circular a oscilante
Es cuando un transformamos un movimiento giratorio en oscilante, la potencia
es suministrada por la biela a la palanca. La elección de la palanca dependerá
de factores tales como el sentido del movimiento, fuerza que tiene que crear y
amplitud de la oscilación.
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Figura 8.
Doble oscilatorio
Es una combinación de dos osciladores individuales interconectados entre si.
Este sistema se puede aplicar en los sistemas mecánicos.
Figura 9.
Aceleración y tipos y características
A la magnitud vectorial que nos indica el ritmo o tasa con la que aumenta o
disminuye la velocidad de un móvil en función del tiempo. Sus dimensiones son
longitud/tiempo² y como unidades, según el sistema internacional, se utiliza el
m/s².
La aceleración tangencial para relacionar la variación de la rapidez con el
tiempo.
La aceleración normal (o centrípeta) para relacionar los cambios de la dirección
con el tiempo.
La aceleración media permite calcular el cambio promedio de eapidez en un
determinado intervalo de tiempo.
Relación de fuerza – aceleración
La fuerza es igual a la masa por la aceleración, por lo tanto la relación que
guardan es directamente proporcional a la fuerza ejercida sobre dicho cuerpo.
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Relación entre el torque y aceleración angular.
La fuerza tangencial se relaciona con la aceleración tangencial at por Ft = mat.
El torque alrededor del centro del círculo producido por Ft es:
t =Ft r = (mat) r
Como la at se relaciona con la aceleración angular por at = rα, el torque se
puede escribir como:
t = (m rα) r =(m r2)α
Y como mr2 es el momento de inercia de la masa m que gira en torno al centro
de la trayectoria circular, entonces:
t = Iα
El torque que actúa sobre una partícula es proporcional a su aceleración
angular α, donde Ι es la constante de proporcionalidad.
CONCLUSION
En la investigación de este tema de la unidad pude encontrar lo interesante de
cómo hemos evolucionado en base a las máquinas y mecanismos, podemos
decir que todo lo que está a nuestro alrededor son los avances que ha tenido el
ser humano. Gracias a todos esos tipos de mecanismos que existieron y que
se han ido evolucionando hasta ahora, hacen que nuestro trabajo sea mucho
más fácil y sencillo.
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En esta unidad aprendí de cómo están conformadas las máquinas y los
mecanismos, los tipos de mecanismos que existen y de cómo funcionan dentro
de una máquina. Espero aprender más acerca de esta materia ya que todo
está basado en las máquinas y esto nos servirá cuando salgamos al mundo
laboral. Me gustaría conocer más acerca de cómo funcionan y se construyen
las partes de una máquina.
La mecánica añadida a la automatización es la reducción de trabajo y tiempo
para el hombre, ya que no necesita tanto esfuerzo para realizar un trabajo. Esta
ha causado grande impacto en las industrias de todo el mundo, gracias al
ingenio y las ideas que ha tenido el hombre a lo largo de este tiempo.
BIBLIOGRAFIA
Bolton, W. (2011). sistema de control electronico en ingenieria mecanica y
electrica. alfaomega.
Ramirez, A. C. (2005). cinematica de las maquinas. San Luis Potosi, Mexico.
VILLAVA, I. Z. (2007). http://www.imem.unavarra.es/.
www.areatecnologia.com/. (s.f.).