Departament de Tecnologia
3r d’ESO
Les mĂ quines simples
Cinta Prats
1 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
1.
3r d’ESO
Conceptes previs 1.1. Definició i funció d’una màquina 1.2. Parts d’una màquina 1.3. Tipus de moviments en una màquina 1.4. Principis físics d’una màquina 1.5. Tipus de màquines
2. Les màquines simples 2.1. La palanca 2.2. El Pla inclinat 2.3. El cargol i la femella 2.4. La roda 2.5. La manovella 2.6. El torn 2.7. La politja 2.8. La corriola 2.9. La roda dentada
2 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
1. Conceptes previs sobre les màquines 1.1. Definició i funció d’una màquina Les màquines donen resposta a la necessitat humana de fer més feina sense cansar-se i de fer-les sempre amb les mateixes condicions(igual de bé), ja que no ens de preocupar per l’estat subjectiu( ganes de treballar, estat d’avorriment,etc) de la màquina. Una màquina és el conjunt de mecanismes amb moviments coordinats capaç de transformar energia en treball útil . A continuació exposem exemples de màquines conegudes per tots vosaltres
1.2. Parts d’una màquina Les parts d’una màquina són : l’estructura i els mecanismes
PARTS D’UNA MÀQUINA
L’ESTRUCTURA
MECANISMES
Constituïda per una sèrie d’elements units entre si que serveixen de suport dels mecanismes.
Constituïda per un conjunt de peces (eixos,rodes,guies, politges ,engranatges,etc)que, acoblades entre si , transmeten, regulen o modifiquen l’energia i les forces que actuen en una màquina.
3 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
1.3. tipus de moviments d’una màquina
Tipus de moviments de les màquines Moviment RECTILINI
Moviment CIRCULAR
És aquell que quan li apliquem una força se l’obliga a desplaçar-se descrivint una trajectòria en sentit HORITZONTAL o VERTICAL
És aquell que quan li apliquem una força se l’obliga a desplaçar-se descrivint una trajectòria CORBA
Moviment ALTERNATIU
És aquell que quan li apliquem una força se l’obliga a desplaçar-se en descrivint una trajectòria ALTERNATIVA(sentit i direcció diferent)
1.4. Principis físics d’una màquina Existeix diferents paràmetres físics a tenir en compte en una màquina :
Força F (N) P(N)
Treball
Potència
W=F·X en Joules (J)
W P = ------t W en Joules (J) t en segons (s) P en Watts (W) P tb CV , 1CV = 736W
Rendiment P útil o consumida
η=------------------P absorb o cosumida
4 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
PROBLEMES DE TREBALL, POTÈNCIA I RENDIMENT 1.
Calcula el treball realitzat per una màquina que utilitza una força de 30 N i
desplaça un pes de 15 m .Solució:450J
2.
Aplicant una força de 3000N s’arrossega un sofà a una distància de 8 m.
Quin treball ha realitzat?.Solució: 24000J
3.
Calcula el treball el treball realitzat per un tractor que arrossega una arada
al llarg de 100 metres amb una força de tracció de 12500N. Solució : 1250000J
4.
Calcula la potència d’un ascensor que pot pujar un pes de 100Kg a una
altura de 20 m en un temps de 20 segons.Solució: 19600W.
5.
Quant de temps triga a fer un treball de 1500j una màquina de 500W de
potència?.Solució: 3 segons
6.
Calcula el treball realitzat per una grua en aixecar una biga a 12 m
d’altura, sabent que la força que desenvolupa el seu motor és de 8000N.Busca també la potència si sabem que per realitzar l’operació necessitem 1 minut. Solució: 96000J i 1600W.
7.
Calcula la potència desenvolupada per un ascensor en pujar un pes de
100 Kg a una altura de 15 m en 30 segons .Solució : 490W.
8.
Un automòbil es desplaça a una velocitat de 90 Km/h i per mantenir
aquesta velocitat ha de vèncer un conjunt de forces equivalents a 2400N.Determina el treball fet per l’automòbil en un recorregut de 10 Km i la potència desenvolupada en Kw i en CV. Solució: 24.000.000J; 60Kw i 81,52 CV. 9.
Un ascensor i la seva càrrega pesen 12.000N.Si puja des d’una planta
baixa fins a 5é pis situat a 12m d’altura en un temps de dos minuts, calcula en referència al motor que acciona la càrrega: a)
El treball realitzat durant la maniobra. 144.000J 5 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
b)
La potència desenvolupada 1.200w
c)
L’energia consumida, si el seu rendiment és del 85%. 169.411,76J.
10. Una persona va en bicicleta i recorre un trajecte de 20Km.Si la força que ha hagut de vèncer durant el desplaçament ha estat de 150N, quin treball realitzat?. Solució:3.000.000J 11. Una màquina aixeca un pes de 750 N a un metre d’alçada en un temps d’un segon.Quina potència ha de desenvolupar en CV i Kw?Solució: 1,01CV i 0,75 Kw. 12. Un Salt d’aigua pot subministrar una potència de 300 KW.Quina potència útil podrà subministrar una roda hidràulica si es calcula que té un rendiment del 75% ? Solució:225 Kw 13. Una grua ha d’aixecar un pes de 3000 N a una alçada de 10 m. Determina: a)
El treball realitzat durant la maniobra.Solució:30.000J
b)
La potència desenvolupada si el temps que ha durat és un minut.Solució:
500 W c)
L’energia consumida per la grua si el seu rendiment és del 75%.
Solució:40.000J d) 1.5.Tipus de màquines Segons la complexitat o senzillesa
del mecanisme de la màquina podem
classificar les màquines en dos grans grups : Màquines simples i màquines complexes .
6 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
La classificació segons el número d’elements i la manera com transmeten l’energia que reben MÀQUINES SIMPLES
MÀQUINES COMPLEXES
Són les que bàsicament utilitzen l’energia muscular i serveixen de base per al disseny i la construcció d’altres màquines .
Es fonamenten amb les màquines simples i són formades per mecanismes que transformen el moviment de l’element motriu fins a la resta d’elements .
La palanca El pla inclinat La roda El cargol La manovella El torn
Màquines motrius o motors : Converteix l’energia elèctrica en energia mecànica.
Màquines generadores : A partir d’energia mecànica la transformen en elèctrica.La dinamo , o bé l’alternador.
Màquines operatives: Transformen qualsevol tipus d’energia en treball. P.e. La serra
A continuació estudiarem les màquines simples més importants . 2.Les màquines simples 2.1. La palanca Constituïdes per una barra rígida i llarga que es recolza sobre un punt FULCRE.En aplicar en un punt de la barra una força petita( que s’anomena FORÇA o POTÈNCIA) aquesta permet vèncer una força més gran anomenada RESISTÈNCIA, situada en un altre punt de la barra.
7 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
En funció d’on estigui situat el fulcre respecte la resistència i la força tenim tres tipus de palanques : a)
Palanca de primer gènere
b)
Palanca de segon gènere
c)
Palanca de tercer gènere
Primer gènere
Segon gènere
Tercer gènere
Aplicacions de les palanques :
Primer gènere
Segon gènere
Tercer gènere
8 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
La relació entre el braç, la força i la potència hi ha una relació anomenada : Llei de la palanca .
Exemple Calcula el valor de la força F que serà necessaria per vèncer la resistència R
2.2. El pla inclinat
És un pla que té una inclinació respecte l’horitzontal. S’utilitza per desplaçar un objecte des d’un nivell fins un altre més elevat amb menys esforç que si s’enlairés el mateix objecte verticalment.
9 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
2.3. El cargol i la femella
CARGOL
FEMELLA
Peça cilíndrica o cònica que té un canal exterior en forma d’hélix uniforme i contínua.
És una peça amb un forat que té a la seva superfície interior una canal exterior en forma d’hèlix uniforme i contínua.
Si el canal de la femella i el del cargol són iguals , s’acoblen.
Les parts d’una rosca són
Pas de rosca p : distància entre dos filets Avanç d’una rosca a : distància longitudinal que recorre un mateix filet en fer
una volta . Nombre de filets d’una rosca(n) a = n· p Secció del filet de rosca: triangular,rodona, etc Flanc Obertura
10 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
Per designar una rosca Sistema de rosca ens ve indicat pel DIÀMETRE DE ROSCA : M10 = SISTEMA MÈTRIC i que té un diàmetre de 10 mm
El mecanisme cargol-femella s’utilitza :
Element de fixació per a unions desmuntables. Transforma el moviment circular en linial .Aplicació : Cargol sense fi Quan el cargol és fix i fem girar la femella , aquesta avança o retrocedeix segons el sentit de gir, i es desplaça longitudinalment un espai per volta igual a la distància p compresa entre dos filets consecutius, anomenat pas de rosca.
en mm
en mm en N
en N
R és la resistència que s’ha de vèncer per desplaçar un cargol en fer-lo girar acoblat dins d’una femella .
11 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
2.4.La roda La roda va aparéixer per facilitar el transport de càrregues , però ha esdevingut la base d’altres màquines simples com: el torn, la politja,les rodes dentades ,roda hidràulica,etc.
2.5. La manovella S’utilitza per girar manualment elements o mecanismes.
12 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
2.6.El torn
Format per un corró de fusta, acer , o un altre material, que porta fixada una corda i que es sosté pels seus extrems en un suport adequat. En un dels seus externs hi ha una manovella que quan s’acciona fa girar el corró i enrotlla o desenrotlla( depenent del sentit) la corda, la qual cosa fa baixar o pujar una càrrega amb més comoditat i menys esforç.
2.7. La politja Peça cilíndrica de poc gruix, amb un forat central on es fixa l’eix. Les politges poden ser : planes, acanalades o dentades
13 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
2.8. La corriola
Politja fixada en el seu eix que ens permet pujar o baixar objectes. Pel canal de la politja es fa passar una corda, en un dels extrems es penja una càrrega R i a l’altre s’aplica una força F necessària per enlairar l’objecte .
F R 2.9. La roda dentada
Engranatge : quan un entrant d’una roda toca la dent d’un altra
Dents
Entrants
14 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
Les característiques
3r d’ESO
d’una roda dentada són
Nombre de dents Z Pas Mòdul Cap i peu de la dent Altura Diàmetre primitiu(circunferència primitiva) Diàmetre exterior(circunferència exterior)
Els tipus de rodes dentades en funció de com tenen la disposició i forma de les dents : rodes de dents rectes, rodes amb dents helicoïdals , rodes amb dentat cònic, rodes amb dentat interior
1.Rodes amb dents rectes
2.Rodes amb dents helicoïdals
15 Cinta Prats
Departament de Tecnologia
3r d’ESO
3.Roda amb dentat cònic
4.Roda amb dentat interior
16 Cinta Prats