En aquesta unitat treballarem:

  • L'influència de les màquines en la vida diària.
  • Les màquines simples i la seva aplicació en la construcció de màquines complexes.

Objectius

  • Reconèixer i diferenciar les màquines simples.
  • Explicar les lleis bàsiques de les màquines simples.
  • Reconèixer els diferents tipus de moviments.
  • Explicar la funció dels mecanismes de transmissió de moviment.
  • Calcular el treball i el rendiment d'una màquina.

 


Què és una màquina?

Una màquina és un objecte que ens ajuda a efectuar un treball d'una manera més còmoda, ràpida i descansada.

Des del punt de vista tècnic, una màquina és un objecte capaç de transformar l'energia en un altre tipus d'energia o en un treball útil.

Evolució de les màquines

Les primeres màquines eren simples rampes o plans inclinats i troncs per fer palanca i ajudar a desplaçar blocs de pedra.


Posteriorment, la utilització de troncs col·locats sota de lloses va donar lloc a la invenció de la roda.


El següent pas va ser l'invenció de les rodes hidràuliques, les sínies, els batans, martinets, molins, etc. Aquestes màquines eren mogudes per animals o per la força de l'aigua o el vent.


La revolució industrial amb la invenció de la màquina de vapor i la utilització del carbó com a font d'energia, va marcar un canvi molt important en la utilització i evolució de les màquines.


Des de finals del segle XIX amb el descobriment de l'electricitat i l'ús del petroli com a font d'energia, junt amb la invenció dels motors elèctrics i els motors de combustió interna a dut a un ús massiu i imprescindible de les màquines.

Constitució d'una màquina
Les màquines poden ser:

  • simples, formades per una sola peça, per exemple barra utilitzada com a palanca,
  • complexes i sofisticades formades per centenars o milers de peces com rellotges, cotxes, avions, etc.

En general les màquines complexes tenen dos parts:

  • L'Estructura (carcassa) és part rígida que serveix de suport dels mecanismes i de les forces que actuen a la màquina.
  • Els mecanismes són les parts mòbils que transmeten moviments o forces que actuen sobre la màquina.

Classificació de les màquines
Segons la seva finalitat:

  • Màquines motrius o motors són màquines que transformen en energia mecànica altres formes d'energia com la hidràulica, tèrmica o elèctrica, etc.
  • Maquines operatives són les que transformen una energia en treball útil; les màquines eina són un tipus de màquina operativa.

Segons l'energia primària que utilitzen es classifiquen en:

hidràuliques, tèrmiques ,elèctriques, etc.

Tipus de moviments de les màquines
Els moviments que poden efectuar les màquines es poden agrupar de la següent manera:

Moviment rectilini és quan un objecte es desplaça en línia recta, pot ser: horitzontal, vertical o inclinat.
Moviment circular o curvilini és quan un objecte es desplaça en una trajectòria circular o corba.
Moviment alternatiu és un moviment rectilini o circular que canvia constantment de sentit.

Rendiment mecànic
És impossible que una màquina transformi tota l'energia que consumeix en un treball útil o energia de sortida.Una part de l'energia es perd en forma de calor.


El rendiment mecànic és la relació entre el treball útil generat ,per la màquina, i l'energia o el treball motor consumit.


El rendiment acostuma a expressar-se en %.


Activitats

  1. Pag. 124 exercicis: 1, 3, 4,
  2. Quina de les màquines anteriors té millor rendiment?
  3. Creus que el rendiment té influència en el consum d'una màquina?
  4. Quin rendiment té una màquina que fa un treball de 300 Joules i consumeix una energia de 400 Joules.
  5. Quina energia consumeix una màquina que fa un treball de 2000J i té un rendiment del 40 %.

 

Treball

Segons la física es fa un treball quan es desplaça un objecte mitjançant l'aplicació d'una força.
Per tant el treball W és el producte de la força F per l'espai e recorregut.

W = F· e


El treball com l'energia es mesura amb Joules (J)
1 J = 1N * 1 m ;(1 Joule = 1 Newton * 1 metre)

Màquines simples
Les màquines simples són les constituïdes bàsicament per un sol element, s'apliquen per ampliar l'efecte d'una força i són la base per la construcció de d'altres màquines.

Les màquines simples ens faciliten la realització d'un treball.

Les màquines simples fonamentals són:

  • El pla inclinat
  • La palanca
  • El cargol
  • La roda

Pla inclinat

El pla inclinat és una simple rampa que serveix per desplaçar objectes des d'un nivell a un altre més elevat.

La força necessària per elevar un objecte des d'un punt a un altre superior ve donat per la següent expressió:

F = P · h / L

P = pes en Newtons ; Pes = m · g
h = alçada en metres
L = longitud del pla inclinat


Activitats pag 124: 6, 7

La palanca

La palanca és una barra rígida i que gira sobre un punt de suport anomenat fulcre, si en un dels extrems de la palanca s'aplica una força relativament petita es possible vèncer una resistència més gran situada a l'altre extrem.

En una palanca a la distància entre el punt d'aplicació de la força o la resistència i el fulcre s'anomena braç.

La palanca té dos braços:

el braç de força és distància entre el punt d'aplicació de la força i el fulcre

el braç de resistència és la distància entre el punt d'aplicació de la resistència i el fulcre.

La formula general de la palanca diu

" Força pel seu braç és igual a la resistència pel seu"

F · d1 = R · d2

Tipus de palanca
Segons la situació del fulcre respecte el punt d'aplicació de la força i la resistència tenim tres tipus de palanca:

Primer gènere
Segon gènere
Tercer gènere

 

Activitats pag. 125: 8, 9, 10

La roda

La roda va ser un dels grans descobriments de l'ésser humà.
La roda permet desplaçar objectes pesats i voluminosos amb poc esforç i un gran estalvi d'energia.

La roda és la base d'altres màquines com el torn, el cargol, la manovella, les politges o els engranatges.

Activitat pag. 126: 11

El cargol

Un cargol és una peça cilíndrica amb un solc o resalt uniforme i continu que descriu una línia helicoïdal. El cargol podríem dir que és un pla inclinat en forma d'hèlix.

La femella és una peça amb un forat que té un canal helicoïdal.

El mecanisme cargol- femella pot ser utilitzat com element de fixació o com a mecanisme de transformació de moviment circular a rectilini.

El solc o resalt rep el nom de filet de rosca.

El pas (p) d'una rosca és la separació entre dos filets.
L'avanç (a) d'un cargol és la distància que avança amb una volta censera. a = p
Si el cargol té un sol filet l'avanç és igual pas pel nombre de filets (n). a = n·p

Els cargols poden tenir més d'un fil de rosca, en aquest cas l'avanç és igual al pas pel nombre de fils o entrades.

Llei del cargol

R= Resistència, r = radi, F = força, p = pas de rosca

 

Activitats pag 126: 12,14

La politja

La politja és una roda amb un canal en la seva paret circular, aquest canal permet el pas d'una corda o corretja per tal de transmetre força i moviment.


La corriola
La corriola o politja fixa és una màquina simple que permet elevar pesos amb comoditat.
En una corriola la força que cal aplicar per elevar el pes és igual a aquest, canvia la direcció en la aplicació de la força.

Politja mòbil

 

La politja mòbil és un sistema format per dues politges una fixa i un altre mòbil unides per mitja d'una corda.

La força que cal fer per elevar o moure un objecte és igual a la meitat de la resistència.

F = R / 2


Si el sistema té més una politja mòbil la força és igual a la resistència entre el doble del nombre de politges mòbils .


F = R / 2n

n= nombre de politges mòbils

 


Activitats pag. 128: 21
Per ampliar conceptes

Activitats amb politges http://www.xtec.es/~ccapell/engranatges/
Activitats amb màquines simples http://www.edu365.com/eso/muds/tecnologia/problemes/maquines_simples/msimples.htm


 

Transmisió de moviment

Les màquines per transmetre moviments utilitzen mecanismes, aquest mecanismes es poden agrupar en dos grans grups: politges i engranatges.

Transmissió de moviment per politges

Quan dues politges estan acoblades per mitja d'una corretja el moviment es transmet de la politja motriu a la politja conduïda.

La politja motriu és la que inicia el moviment.
La politja conduïda és la moguda per mitja de la corretja.

La velocitat de gir de cada politja dependrà del seu diàmetre.

Si els diàmetres són iguals la velocitat és igual, en cas contrari la velocitat ve donada per la següent expressió:

velocitat conductora x diàmetre conductora = velocitat conduïda x diàmetre conduïda.

N1 · D1 = N2 · D2

N = velocitat de gir (rpm).
rpm = revolucions per minut ; (voltes que dona en un minut)

La relació de transmissió és la relació entre els dos diàmetres:

Transmissió de moviment per engranatges

Els engranatges són rodes dentades que permeten la transmissió de moviment.

Els engranatges es poden acoblar directament o per mitja d'una cadena.

Segons en nombre de dents de cada engranatge podrem augmentar o disminuir la velocitat de gir segons la següent expressió:

rpm conductora x Z conductora = rpm conduïda x Z conduïda.

N1 · Z1 = N2 · Z2

Z = nombre de dents d'un engranatge

La relació de transmisió és la relació entre el nombre de dents

Activitats 128.- 23, 24,

Per ampliar conceptes

http://www.xtec.es/~ccapell/engranatges/
http://www.edu365.com/eso/muds/tecnologia/problemes/transmissio/transmissio.htm