DEPARTAMENT DE TECNOLOGIA INS CAN MAS DE RIPOLLET
DOSSIER D´ACTIVITATS 3R ESO
Nom i Cognoms: Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Curs : Página 1
• INSCRIPCIÓ AL CURS : –
–
Es indispensable que tots els alumnes de 3r estiguin inscrits en el curs corresponent a Tecnologies 3r d´ESO de l´aula virtual de l´Institut Can Mas. •
http://www.inscanmas.cat/moodle ( per accedir des de casa)
•
http://192.168.0.240/moodle ( per accedir des del centre )
Per fer-ho necessiteu el vostre nom d´usuari/a i la vostre contrasenya facilitades pel vostre tutor/a.
• DISTRIBUCIÓ D´HORES : –
L´assignatura de tecnologies de 3r d´ESO es de dues hores setmanals. 1 hora comuna ( tots a l´aula ) i 1 hora desdoblada ( al taller de tecnologia ).
–
Durant l´hora comuna introduirem tots els continguts teòrics i farem els controls i exercicis pràctics.
–
Durant l´hora de taller realitzarem el projecte constructiu.
• CONTINGUTS QUE TREBALLAREM :
•
–
Tema 1 : MÀQUINES SIMPLES.
–
Tema 2 : ELEMENTS DE TRANSMISSIÓ I TRANSFORMACIÓ DEL MOVIMENT.
–
Tema 3 : MOTORS DE COMBUSTIÓ.
–
Tema 4 : ESTRUCTURES.
–
Tema 5 : COMUNICACIONS.
MATERIAL QUE NECESSITAREM : –
El material per la realització dels projectes al taller de tecnologia l´aporta el centre amb la quota de material i les eines són del departament de tecnologia.
–
D´altra banda es necessita també : •
Regle Graduat de 30 cm.
•
Escaire i Cartabó.
•
Llapis i Goma.
•
Bolígraf blau o negre.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 2
•
Calculadora.
• PROJECTE TECNOLOGIA TALLER –
El projecte es realitza de forma individual.
–
Consistirà en la construcción d´un robot propulsat amb dos motors elèctrics i comandat per cable utilitzant materials reciclats. El material elèctric,el xassís i el material pel comandament el proporcionarà el centre a través de la quota de material de tecnología.
–
Cada alumne és responsable del seu material. Cal portar una caixa de sabates gran per tal de deixar tot el material dins i guardat a la safata de l´armari del taller corresponent.
–
Cada trimestre caldrà tenir acabat la part del projecte corresponent i lliurar la documentació que es demani.
–
Al final de curs cal tenir el projecte acabat i recopilar tota la documentació lliurada durant tot el curs i presentar una memòria enquadernada en format paper.
• CRITERIS D´AVALUACIÓ I PUNTUACIÓ : –
MOLT IMPORTANT: Per tal d´aprovar l´assignatura es indispensable acabar el projecte del taller i de lliurar la memòria constructiva així com el dossier amb tots els exercicis fets.
–
Cada trimestre es fixaran quins són els elements del projecte que s´han de tenir acabats. Aquests elements més la documentació escrita establiran la Nota de Taller.
–
La NOTA de cada trimestre serà : •
–
Nota Trimestre = 50% Nota continguts teòrics+ 50% Nota de Taller
La NOTA FINAL serà la mitjana de les notes dels trimestres.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 3
ÍNDEX INTRODUCCIÓ. TEMA 1. MÀQUINES SIMPLES 1. LA PALANCA. •
Exercicis sobre palanques.
2. POLITGES. •
Exercicis sobre politges.
3. PLA INCLINAT. •
Exercicis sobre pla inclinat.
4. EL CARGOL. •
Exercicis sobre cargols.
TEMA 2. MECANISMES DE TRANSMISSIÓ I TRANSFORMACIÓ DEL MOVIMENT. 1. POLITGES I CORRETGES. •
Exercicis sobre politges i corretges.
2. ENGRANATGES I RODES DE FRICCIÓ. •
Exercicis sobre engranatges i rodes de fricció.
3. MECANISME CREMALLERA PINYÓ. •
Exercicis sobre mecanismes de cremallera-pinyó.
TEMA 3. MOTORS TÈRMICS. 1. MOTORS TÈRMICS DE COMBUSTIÓ INTERNA. •
Exercicis de motors tèrmcis de combustió interna.
TEMA 4. ESTRUCTURES. 1. ESTRUCTURES I ESFORÇOS A LES ESTRUCTURES. •
Exercicis sobre estructures i esforços a les estructures.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 4
INTRODUCCIÓ 1. 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. 2. 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. 3. 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.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 5
4. 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.
5. Tipus de moviments de les màquines Els moviments que poden efectuar les màquines es poden agrupar de la següent manera:
6. 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 %.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 6
7. 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) 8. VELOCITAT LINEAL I DE ROTACIÓ.
Una de les magnituds més importants dels objectes en moviment és la velocitat mitjana.
V=e/t On t és el temps expressat en segons. En el sistema internacional les unitats de la velocitat són els m/s. També s’utilitza el Km/h. En un moviment circular, els mecanismes giren un nombre de voltes en un temps determinat. La velocitat d’aquests mecanismes s’anomena velocitat angular i es mesura en revolucions per minut [rpm.]. Una roda que gira, per exemple, 100 vegades per minut, és diu que té una velocitat angular de n=100 rpm. Si a més es coneix el radi (r) de la roda, podem posar la formula següent, que lliga amb la velocitat angular (n) i la velocitat lineal de la roda (v).
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 7
TEMA 1. 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
•
Les politges
•
El cargol
•
La roda
1. LA PALANCA : a. DEFINCIÓ DE PALANCA Una palanca consisteix en una barra rígida recolzada en un punt de suport o fulcre al voltant del qual pot girar. En aplicar-hi una força (F) en un extrem, s’obté una altra força a l’altre extrem que pot
vèncer una resistència (R). b. PARTS D´UNA PALANCA
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 8
c. LA LLEI DE LA PALANCA
d. TIPUS DE PALANQUES
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Pรกgina 9
EXERCICIS SOBRE PALANQUES 1. Un miner ha d’aixecar una pedra de 400 N amb una palanca, amb un braç de potència de 3m i un braç de resistència de 70cm. Calcula la força necessària per bellugar la pedra?
2. A quina longitud ha de situar-se l’Alexandra per equilibrar el pes en cadascun dels casos.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 10
3. Calcula la força que s'ha d'aplicar per aixecar una pedra de 250 kg amb una barra de 2,5 m si posem el punt de suport a 50 cm de l'extrem de la barra que està en contacte amb la pedra.
4. La força que s’aplica a unes estenalles és de 20 N, essent el braç de potència (a) de 60 cm. Quina serà la seva resistència (R) d’una làmina si es troba a 20cm (b) del fulcre (punt de suport).
5. Digues de quin gènere són les palanques següents i explica perquè. Després calcula els valors que hi falten:
F=
500 N
0,50 m 2,50 m
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 11
85 N
150 N
2,25 m d=
240 N
R=
2,50 m
0,75 m
6. Relaciona cada imatge amb el tipus de palanca corresponent.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Pรกgina 12
7. En un gronxador hi ha una noia i un noi en els seus extrems que pesen 450 N i 550 N respectivament. La distància entre la noia i el punt de suport és de 2m. Si el gronxador no es mou, quina distància els separa ? . Dibuixa l’esquema de la palanca.
8. Digues quin tipus de palanca és l'obridor de la figura i calcula la força que cal fer per obrir la xapa si la distància entre el punt 0 i el lloc on s’obre la xapa és de 1’5 cm i la distancia entre la resistència de la xapa (Que és de 150N) i el lloc on apliquem la força és de 8’5 cm.
9. Per aixecar amb una barra de 2 m una massa de 60 kg situada a 40 cm del punt de suport, Quina força cal fer?
10. Calcula el pes del sucre si la distancia entre el plat i el fulcre és de 3cm i el pes d’un kg de massa es troba situat a 40 cm del fulcre.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 13
11. A quin tipus de palanca pertanyen els aparells dibuixats a continuació ? Marca els punts característics en cadascun.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 14
12.
A
quin
tipus
de
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
palanques
pertanyen
els
elements
segĂźents:
PĂĄgina 15
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Pรกgina 16
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Pรกgina 17
2. LES POLITGES a. DEFINICIÓ : La politja, és una màquina simple que consisteix en una roda amb un solc al voltant, per on va una corda o cable, i que gira al voltant del seu eix.
En funció del número de politges utilitzades, trobem diferents aplicacions: 1. 2. 3.
Politja fixa o corriola Politja mòbil Polispast b. Politja fixa o Corriola
Només s'utilitza una politja, i no estalvia esforç. Només serveix per canviar el sentit de la força que apliquem. S'utilitza per pujar pesos fent una força cap a baix, donat que és més fàcil.
F=R F= Força aplicada (N) R= Pes que volem aixecar (N)
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 18
c. Politja mòbil. És un sistema de politges compost per dos politges: una fixa i una mòbil.
F=R/2 F= Força aplicada (N) R= Pes que volem aixecar (N) Inconvenient: Hem d'estirar més longitud de corda Avantatge: Hem de fer la meitat de força. d. Polipast. Ve a ser una generalització de la politja mòbil. En aquest cas també és un sistema amb politja móbil, però en aquest cas amb més d'una.
F=R/(2·n) F= Força aplicada (N) R= Pes que volem aixecar (N) n= número de politges mòbils.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 19
EXERCICIS SOBRE POLITGES 1. Si volem aixecar una càrrega de 80 kg amb una corriola fixa, que forçà s’haurà d’aplicar?
2. Què força es requereix per aixecar una càrrega de 74 kg, si s’empra una politja mòbil?
3. Calcula la força necessària per elevar una càrrega de 250 kg mitjançant un dispositiu que tingui: 1, 2, 3 i 4 politges mòbils.
4.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 20
5.
6.
7. Amb quina d’aquestes màquines haurem de fer menys esforç per aconseguir elevar una càrrega de 450 N ?
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 21
3. EL PLA INCLINAT. a. DEFINICIÓ : Un pla inclinat és una superfície plana inclinada respecte al pla on es recolza, que permet desplaçar un objecte pesant a major altura sense esforçar-se tant com si l'aixequéssim verticalment. La força requerida per desplaçar un objecte d'una altura a una altra, sense tenir en compte el fregament, es calcula utilitzant aquesta fórmula:
F= R · h / l F = Força (en Newtons) ; R= Resistència (en Newtons) ; h= altura (metres) ; l = longitud (metres)
EXERCICIS PLA INCLINAT 1. Volem que una caixa de 750 N pugi fins a una altura d’ 1 m. Per aconseguir-ho, disposem d’una rampa de 5 m de longitud. Quina força haurem d’exercir, com a mínim, per fer pujar la caixa per la rampa ? Quina hauria estat la força necessària per fer pujar la caxa a plom ?
2. Un cotxe de 14000 N de pes puja a un port de muntanya des de la plana que hi ha 800m dessota el nivell del port. La carretera té una longitud de 12 km i el seu pendent és gairebé constant. Determina la força que el durà fins al port.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 22
3. Calcula la força per elevar un pes de 5000 N a una altura de 3 m per una rampa de 8 m de longitud.
4. Fent un esforç de 200 N, quin pes podem enlairar fins a 500 cm d’altura en un pla inclinat de 12 m de longitud ?
5. Quina ha de ser la longitud del pla inclinat per traslladar un pes de 400 N fins a una alçada de 4 m fent una força de 1000 N ?
6. Quina longitud ha de tenir una rampa per reduir a la meitat la força que s'ha d'aplicar per remuntar un objecte 5 m?
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 23
4. EL CARGOL a. DEFINICIÓ
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. b. Llei del cargol
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 24
EXERCICIS CARGOLS I FEMELLES 1. Si volguéssim que la barra de cola es desplacés cap a fora 20 mm amb dues voltes del cap, quin pas de rosca caldria?.
2. Un cargol de banc de l'aula de tecnologia té un pas de rosca de 0,2 cm i una maneta de 15 cm. Si s'aplica una força de 120 N a l'extrem de la maneta, calcula la força amb la que el cargol subjectarà la peça.
3. Si el pas de rosca del mecanisme de la cola en barra és de 3 mm quantes voltes hem de donar-li al capdavant per extreure 2 mm de cola?
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 25
TEMA 2. MECANISMES DE TRANSMISSIÓ TRANSFORMACIÓ DEL MOVIMENT.
I
Les màquines per transmetre moviments utilitzen mecanismes, aquest mecanismes es poden agrupar en dos grans grups: politges i engranatges. 1. POLITGES I CORRETGES. a. DEFINICIÓ :
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:
N1 Velocitat de la roda conductora (rpm) D1 Diàmetre roda conductora (m) N2 Velocitat de la roda conduïda (rpm) D2 Diàmetre de la roda conduïda (m) r p m : revolucions per minut b. Relació de Transmissió :
La relació de transmissió és la relació entre els dos diàmetres:
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 26
EXERCICIS POLITGES.
1. Si una roda gira a 1500 rpm, quina serà la seva velocitat angular?
2. Si un eix gira a 52,36 rad/s, quina serà la seva velocitat de rotació?
3. En el sistema de politges de la figura. A quina velocitat girarà l’eix conduït si el conductor ho fa a 250 rpm?
4. Fent servir un sistema multiplicador per politges, volem que un eix conduït giri el doble de ràpid que l’eix conductor. Si la politja conductora té un diàmetre de 100 mm. Quin serà el diàmetre de la politja conduïda?
5. Calcula el diàmetre que ha de tenir la politja motriu d’un mecanisme de transmissió simple, així com la seva velocitat angular, si sabem que la politja conduïda gira a 250 rpm i té un diàmetre de 80 mm. (i = 0,25)
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 27
6. Calcula la velocitat de la politja D, si la politja A gira a una velocitat de 100 rpm. (L’eix de la politja C i de la politja B és el mateix)
7. Calcula la velocitat de rotació de l’eix de sortida (4) del sistema de la figura, sabent que l’eix motriu (1) gira a 1500 rpm (d1= 1cm ; d2= 6cm ; d3= 2cm ; d4= 4cm)
8.
En el sistema de transmissió de la figura, calcula el diàmetre que ha de tenir la politja conduïda perquè aquesta giri a 300 rpm. Dades: D motriu=7cm ; nmotriu=2100 rpm
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 28
9. Calcula les velocitats de sortida que es poden transmetre en el con de politges de la figura.
10. En el dibuix es veu un sistema de politges esglaonades utilitzat en un trepant. Al canviar la posició de la corretja es poden obtenir 3 velocitats de gir diferents. o En quina posició ha d’estar col·locada la corretja per subministrar la màxima velocitat al trepant?. Raona la resposta. o Si el motor d’accionament funciona a 1400 rpm, quines són les velocitats, màxima, mitjana i mínima de funcionament del trepant?
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 29
11. En un sistema de cadena i pinyó, el pinyó motriu té 36 dents i gira a 200 rpm mentre que el pinyó conduït té 144 dents. 1. Calcula la relació de transmissió del sistema 2. Determina la velocitat de gir del pinyó conduït. 3. Justifica si es tracta d’un sistema multiplicador o reductor.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 30
2.
ENGRANATGES I RODES DE FRICCIÓ. a. DEFINICIÓ
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 ( per engranatges ) N1 · D1 = N2· D2 ( per rodes de fricció ) Z = nombre de dents d'un engranatge. D = diàmetre de la roda de fricció. b. Relació de Transmissió. La relació de transmisió és la relació entre el nombre de dents :
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 31
c. Tipus d´engranatges.
Els engranatges es classifiquen en funció de la posició relativa dels seus eixos. Segons aquest criteri podem trobar els següents tipus d'engranatges:
•
Engranatges Rectes Quan giren sobre eixos que són paral.lels entre ells. Les dents són paral.leles a l'eix.
•
Engranatges Cònics Quan giren sobre eixos que es tallen. L'angle de tall acostuma ser de 90 graus, és a dir, els eixos són perpendiculars.
•
Engranatges Helicoidals Quan giren sobre eixos que són paral.lels o s'encreuen. Les dents estan disposades en forma d'hèlix.
•
De cremallera Quan engrana una barra dentada i una roda dentada. Tenim una conversió de moviment circular a rectilini i v/v.
•
Roda i cargol sense fi Quan giren sobre eixos que es tallen i un dels elements és un cargol sense fi.
d. Sistema compost d´engranatges : En aquest mecanisme les velocitats de gir dels successius eixos (N1, N2, N3 i N4) es van reduint a mesura que s'engrana una roda de menor nombre de dents (conductor amb Zb dents) amb una de més nombre (conduïda amb Za dents).
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 32
N2=N1·(Za/Zb) N3=N2·(Zc/Zd) N4=N3·(Ze/Zf) Si el engranatge es produeix des d'una roda de major nombre de dents a una de menor nombre, obtindrem un augment de velocitat. e. Cadena- Pinyó. Aquest sistema consta d'una cadena sense fi (tancada) les baules engranen amb rodes dentades (pinyons) que estan unides als eixos dels mecanismes conductor i conduit.
Els eixos han de mantenir-se en posició fixa un respecte a un altre, pel que solen subjectar mitjançant suports, armadures o forquilles (en el cas de motos i bicicletes).
Per a la relació de transmissió valen totes les equacions deduïdes per les politges o per a les rodes dentades, sense més que substituir el diàmetre de les politges pel nombre de dents dels pinyons.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 33
EXERCICIS ENGRANATGES I RODES DE FRICCIÓ. 1. Calcula la velocitat angular d’una roda de fricció conduïda, si sabem que la roda motriu té 120 mm de diàmetre i gira a 39 rpm. (Diàmetre roda conduïda = 150 mm)
2. El dibuix següent representa una transmissió per rodes de fricció. La roda A està unida a l’eix del motor. (A=60mm, B=10mm, C=20mm). Contesta o Si A gira en sentit horari com girarà C? o Si el motor gira a 50 rpm, quina velocitat tindrà C?
3. En l’engranatge de la figura el pinyó conductor té 20 dents i la roda gran 40: o Quant val la relació de transmissió? o A quina velocitat girarà la roda si el pinyó gira a 300 rpm? o Si ara afegim un altre engranatge de 50 dents despres de l’engranatge gran, a quina velocitat girarà?
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 34
4. Calcula la velocitat de gir de l’engranatge 4 si els engranatges 2 i 3 estan muntats sobre el mateix eix i l’engranatge 1 gira a 30 rpm. (z 1 i z3 = 20 dents, z2 i z4 = 80 dents)
5.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 35
6.
7.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Pรกgina 36
8.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Pรกgina 37
3.MECANISME CREMALLERA-PINYÓ. a. DEFINICIÓ : Permet
convertir
un
moviment
giratori
en
un
lineal
continu,
o
viceversa.
Tot i que el sistema és perfectament reversible, la seva utilitat pràctica sol centrar-se només en la conversió de giratori a lineal continu, sent molt apreciat per aconseguir moviments lineals de precisió (cas de microscopis o altres instruments òptics com retroprojectors), desplaçament del capçal dels trepants sensitius , moviment de portes automàtiques de garatge, llevataps, regulació d'altura dels trípodes, moviment de prestatgeries mòbils emprades en arxius, farmàcies o biblioteques, panys, control d'avanç i retrocés d'un trepant sensitiu b.CONSTITUCIÓ I FUNCIONAMENT. El sistema està format per un pinyó (roda dentada) que engrana perfectament en una cremallera.
Quan el pinyó gira, les seves dents empenyen els de la cremallera, provocant el desplaçament lineal d'aquesta. Si el que es mou és la cremallera, les seves dents empenyen als del pinyó aconseguint que aquest giri i obtenint en el seu eix un moviment giratori.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 38
Com a qualsevol engranatge, per a que un pinyó i una cremallera engranin i transmetin el moviment cal que tinguin el mateix mòdul ( M ). El mòdul és la relació existent entre el diàmetre del dent i el nombre de dents. Aquest mòdul està normalitzat.
El pas circular és la distancia que hi ha entre el començament d´un dent i el començament del que be a continuación ( tal i com es pot veure a la imatge ). La relació que hi ha entre el pas circular i el mòdul és la següent.
On p : pas circular ( en mm ) i M : mòdul ( en mm ) Com que cada dent del pinyó engrana amb una dent de la cremallera podem dir que cada dent del pinyó provoca en la cremallera un avançament lineal d´un pas. Si el pinyó té Z dents, quan hagi donat una volta sencera la cremallera s´haura desplaçat
d= Z · p ( desplaçament de la cremallera per una volta del pinyó )
d= Z · p · nºvoltes pinyó ( desplaçament de la cremallera per un nombre n de voltes del pinyó ) On d : desplaçament de la cremallera en mm, Z : nº de dents del pinyó.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 39
Amb tot això si el pinyó gira per exemple a N rpm podrem calcular la velocitat lineal de desplaçament de la cremallera en cm/segon com :
V = d · N/ 600 On V és la velocitat lineal de la cremallera en cm/s i N la velocitat de rotació del pinyó en rpm.
EXERCICIS MECANIMSME PINYÓ-CREMALLERA 1.
2. Determina el desplaçament d´una cremallera , que engrana amb un pinyó de 10 dents, de mòdul 1mm si aquest dona 5 voltes.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 40
3. Quantes voltes ha de donar un pinyó perquè tanqui una porta corredissa de 90 cm si el pas de la cremallera és de 10 mm i té 15 dents?
4. Si la cremallera té 6 dents per centímetre i la desplacem 100 mm cap a l'esquerra quantes voltes donarà el pinyó?.
5. Si el pinyó gira a 100 r.p.m. ¿Amb quina velocitat lineal es mourà la cremallera?.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 41
6. Amb quina velocitat ha de girar el pinyó de la pregunta anterior si volem que la cremallera es desplaci 200 cm en 30 segons?
7. Quantes dents per cm haurà de tenir la cremallera perquè avanci 1 m per cada 100 voltes del pinyó?
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 42
TEMA 3. MOTORS TÈRMICS. 1. MOTORS DE COMBUSTIÓ INTERNA. a. DEFINICIÓ : És una màquina que obté energia mecànica de l'energia química produïda per un combustible que crema dins d'una cambra de combustió. b. CLASSIFICACIÓ i FUNCIONAMENT : Una forma molt general de classificar els motors es fa partint del tipus de combustible que utilitzen, a causa que això estableix diferències molt importants entre ells com veurem més endavant: - Motors de gasolina (també anomenats motors Otto) - Motors dièsel. Si fem una síntesi del treball dels dos tipus de motors podem dir que en un motor de gasolina s'introdueix dins d'una cambra de combustió tancada el fons és el pistó una barreja d'aire i combustible, que després s'inflama amb l'ús d'una espurna, en una mena d'explosió controlada que fa augmentar la pressió i la temperatura dins de la cambra, aquesta pressió empeny el pistó, que al mateix temps transmet la força al cigonyal a través de la biela. Per al cas del motor dièsel el funcionament és molt similar, però a la cambra de combustió només entra aire, i després, en ella, s'injecta el combustible finament polvoritzat, el qual s'inflama espontàniament i produeix l'augment de pressió que dóna peu al moviment del cigonyal.
Com des del punt de vista constructiu I funcional dos motors són d'estructura bàsica similar., Cal destacar que l'eficiència dels motors és força baixa, només el 15-25% de l'energia tèrmica del combustible pot ser utilitzable en l'eix de sortida, la resta es perd en forma de calor transferit a les parets de la cambra, en els gasos d'escapament, que tot i calents s'aboquen a l'exterior, en pèrdues internes per fregament i en el moviment de les parts necessàries com els Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 43
líquids de lubricació o de refredament. L'eficiència dels motors dièsel és una mica més gran que els de gasolina. Com ja es va dir, la transformació de l'energia es basa en el moviment del mecanisme pistóbiela-manovella que converteix la translació linela del pistó en moviment de rotació de l'arbre de sortida per proporcionar força.
Durant el treball d'aquest mecanisme es poden diferenciar diverses etapes que s'ha convingut a anomenar cicles o temps i que coneixerem amb una mica de detall més endavant, doncs bé, a la pràctica això proporciona una altra via important i molt general de classificació: - Motors de dos temps.
Són motors lleugers i senzills amb un funcionament similar als de 4T. No porten vàlvules ni arbres de lleves, són econòmics i indicats per màquines de poca potència (ciclomotors, serres mecàniques, grups electrògens ...) En el primer temps es produeixen simultàniament les fases d’admissió i compressió i en el segon temps es produeixen, també simultàniament, les fases d’explosió i escapament. Els motors de 2T utilitzen gasolina mesclada amb oli del 2 al 4% (mescla) per lubrificar el pistó (no cal oli al carter)
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 44
Principi de funcionament: •
•
Admissió i compressió: El pistó es desplaça del PMI al PMS (moviment ascendent). El pistó tanca la boca de sortida dels gasos cremats i obre la boca d’entrada dels gasos que venen del carburador. El buit produït al càrter provoca l’aspiració dels gasos combustibles (admissió) i la mescla d’aire, gasolina i oli procedent del carburador passa a l’interior del càrter. El pistó continua el seu moviment cap PMS comprimint els gasos combustibles que hi havia a l’interior del cilindre. Explosió i escapament: moviment descendent del pistó degut a l’explosió provocada per la guspira de la bugia des del PMS a PMI (explosió). Durant aquest moviment el pistó tanca la boca d’admissió i obre la d’escapament i la de càrrega. Es produeix la sortida de gasos cremats (escapament) i l’entrada al cilindre, per la boca de càrrega, dels gasos combustibles procedents del càrter. A continuació torna a iniciar-se el cicle.
- Motors de quatre temps.
Inventat per Nikolaus Otto el 1876 (enginyer alemany) Utilitza gasolina com a combustible i transforma l’energia tèrmica en mecànica impulsant un pistó que transforma el seu moviment alternatiu en circular a través d’un mecanisme biela – manovella. Funcionament del motor de quatre temps: •
Admissió: s’obre la vàlvula d’admissió i al baixar el pistó xucla la mescla de gasolina i aire que ve del injector electrònic, antigament era un carburador. (Pistó al PMS i baixa al PMI)
•
Compressió: la vàlvula d’admissió es tanca i el pistó puja comprimint la mescla de gasolina i aire. (Moviment ascendent del pistó fins PMS)
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 45
•
Explosió: una guspira elèctrica produïda per la bugia inflama la mescla provocant una explosió. Es generen molts gasos que empenyen el pistó cap a baix. És l’única fase que es produeix treball. (Moviment descendent del pistó)
•
Escapament: s’obre la vàlvula d’escapament i surten els gasos de la combustió al pujar el pistó. Es tanca la vàlvula i torna a començar el cicle. (moviment ascendent del pistó de PMI a PMS)
c. Altres components dels motors de combustió interna.
d. Com calcular la cilindrada d´un motor d´un cotxe o una moto. Cilindrada, és la denominació que es dóna a la suma del volum útil de tots els cilindres d'un motor alternatiu. És molt usual que es mesuri a centímetres cúbics (cc). Es calcula en forma següent:
r = radi del cilindre h = carrera o cursa del pistó En altres paraules, cilindrada és el volum geomètric ocupat pel conjunt de pistons des del punt mort inferior (PMI) fins al més alt (PMS), també anomenat punt mort superior.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 46
EXERCICIS DE MOTORS DE COMBUSTIÓ INTERNA
1. Identifica els components del cilindre del motor de benzina.
2. Calcular la cilindrada total d'un motor de quatre cilindres que té un diàmetre de 80,5 mm i una cursa de 63,9 mm.
3. Calcular la cursa del cilindre d´un motor de benzina de quatre cilindres, que té un diàmetre de 70 mm i cada cilindre dona un volum de 510 cc.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 47
4. Completa la següent taula corresponent a un vehicle de gasolina de 4 temps.
Temps d ´admissió
Temps de compressió
Estat Vàlvula d ´admissió
OBERTA
TANCADA
Estat Vàlvula d ´escapament
TANCADA
Posició del pistó
Desplaçant-se des del PMS fins al PMI
Estat de la Bugia
NO FA GUSPIRA
Temps d ´explosió
Temps d ´escapament TANCADA
Desplaçant-se des del PMS fins al PMI
5. Si en el motor anterior el pistón sube y baja 2400 veces cada minuto ¿a qué velocidad gira el cigüeñal?
6. En el següent sistema biela-maneta pertanyent a un motor d'explosió interna d'un automòbil, el pistó té una carrera de 50 mm quina longitud tindrà el braç del cigonyal?
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 48
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Pรกgina 49
TEMA 4. ESTRUCTURES a. Definició: Una estructura és un conjunt resistent i estable d’elements capaços de suportar forces i transmetre-les als punts de suport. Les forces que actuen sobre una estructura s’anomenen càrregues. •
Estructures naturals: els ossos de l’esquelet humà, els troncs i branques dels arbres, les teranyines, ...
•
Estructures artificials: els edificis, els ponts, les grues,
…
b. Elements d’una estructura: Els elements fonamentals d´una estructura són : •
Fonaments:
Són la base resistent, són de formigó armat i eviten que els edificis s’enfonsin pel seu propi pes. Treballen a compressió. •
Columnes o pilars:
Són barres verticals dissenyades especialment per suportar el pes o esforços a compressió. •
Bigues:
Són barres horitzontals que estàn sotmeses a esforços de flexió. •
Arcs:
Element amb forma corba que serveix per obrir un forat entre dos pilars i que suporta part de l’estructura. Treballen a compressió. •
Tirants:
Són cables o barres que suporten esforços a tracció, augmentant la resistència i estabilitat de le estructures. c. Funcions principals d´una estructura
Les funcions principals de les estructures són: a. La resistència → aguantar les càrregues b. La estabilitat → que no caigui l’estructura Quan les forces són molt grans i les estructures no aguanten les càrregues es produeix una deformació permanent, que pot arribar a fer que es trenqui l’estructura.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 50
L’única figura geomètrica que no es deforma quan li apliquem forces als costats és el triangle. Problemes de les estructures de ferro: •
Dilatació dels perfils quan s’escalfen (esforços de tracció)
•
Oxidació del ferro (debilitació de l’estructura)
d. Estructures estables i inestables. Estructures estables: Són aquelles que, quan se’ls aplica una força, conserven la seva posició. Estructures inestables: Són aquelles que, quan se’ls aplica un petit impuls perden l’equilibri. L’estabilitat està relacionada amb el centre de gravetat, què és un punt imaginari on estaria tota la massa de l’objecte si es pogués comprimir. Quan aquest punt se situa fora de la base de l’objecte, aleshores es converteix en inestable i bolca. Normalment interessa que l'estructura no pugui bolcar ni caure fàcilment per evitar danys o catàstrofes. Maneres per fer més estable una estructura: Fixar l’estructura a terra Augmentar el pes de la base Fer una base més gran Col·locar cables tensors e. Esforços a les estructures. • • • •
Esforços són les forces que suporten els elements d’una estructura quan es troba sotmesa a altres forces o càrregues.
•
Esforç de tracció:
Forces que intenten estirar un material, volen allargar-lo. Ex: el cable d’una grua, ascensor. Que un cos sigui resistent a la tracció (sigui capaç de suportar esforços de tracció sense trencar-se) depèn de: el material, la secció. S’usa l’acer per cables i el niló per fils i cordes ja que són molt resistents.
•
Esforç de compressió:
Forces que intenten aixafar un material. (dues forces que van amb la mateixa direcció però amb sentit oposat) Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 51
Ex: les potes d’una cadira, els pilars d’un edifici. Per què un cos sigui resistent a la compressió cal que sigui rígid, ample i no molt llarg ja que si no es vinclarà.
•
Esforç de flexió:
Forces que intenten doblegar o corbar un material.
Ex: la fusta d’un trampolí, les bigues, canya de pescar, una prestatgeria. Que un cos sigui resistent a la flexió (sigui capaç de suportar esforços de flexió sense trencar-se) depèn de: el material, la longitud i la secció. •
Esforç de torsió:
Forces que intenten retorçar (que giri) un material. Ex: al utilitzar un tornavís, eix d’un motor, volant d’un cotxe. Un cos com més ample i curt més resistent a la torsió. •
Esforç al cisallament o al tall:
Forces que intenten tallar el material. Ex: Al tallar amb unes tisores, alicates, cisalla, en unions cargolades i reblades. La resistència d’un cos al cisallament depèn del material i de la seva secció. Un material molt resistent al cisallament és l’acer.
f.
Materials per construir estructures
Només estudiarem aquells materials utilitzats per a les grans estructures. Els metalls.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 52
S´obtenen de la naturalesa de maneres molt diverses, n´hi ha que es troben en estat lliure, com l´or i d´altres com el ferro i l´alumini, estan mesclats amb altres substàncies formant minerals. 1. El ferro i l´hacer El ferro s´obté de minerals com la siderita o la limonita. El procés industrial de tractament d´aquests minerals per obtenir-ne ferro i acer el seu derivat) s´anomena siderúrgia. Aquest procés es duu a terme en unes instal·lacions anomenades alts forns. El principal producte dels alts forns és l´acer, que pot ser de varietats molts diverses; l ´acer al carboni és la varietat més comuna. Amb l´acer es construeixen bigues i perfils de molts tipus. S´utilitza per fabricar coberts i tota mena d´objectes que hagin d´estar en contacte amb l´aigua perquè es un material inoxidable. 2. L´alumini L´alumini també s´obté de minerals, el més important dels quals és la bauxita. La principal propietat d´aquest metall és la lleugeresa, per això s´aplica en la construcció d ´avions i trens d´alta velocitat. 3. El formigó El formigó és un dels materials més important en la construcció d´edificis, ponts torres, preses i altres obres grans. És una mescla de ciment, sorra, aigua i grava. Quan s´asseca, s´endureix i es fa molt resistent. El formigó armat, és formigó al qual s´han afegit, abans que s´endureixi, unes quantes vares llargues de ferro. Se sol emprar per fer pilars, que així guanyen molta resistència.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 53
g. PROPIETATS DELS MATERIALS
Algunes de les propietats físiques més importants són les que pots veure a l'esquema de més amunt. Densitat: és la massa que hi cap en una unitat de volum. Es calcula dividint la massa d'un cos entre el volum que ocupa. Les seves unitats per tant poden ser kg/l,kg/m3,g/cm3 Cal recordar que un l (litre) és 1 dm3. La densitat de l'aigua és de 1kg/l , o el que és el mateix: 1000kg/m 3. Els cossos que tinguin una densitat més gran que l'aigua no flotaran en ella; en canvi els cossos que tinguin una densitat inferior a l'aigua flotaran. La densitat d'un cos depèn de la densitat dels materials que el formen. Punt de fusió: és la temperatura a la qual un material sòlid comença a convertir-se en líquid (o a l'inrevés). Conductivitat elèctrica: és la capacitat que pot tenir un material de deixar passar el corrent elèctric a través d'ell. Conductivitat tèrmica: és la capacitat que pot tenir un material de deixar passar la calor a través d'ell. Dilatació: és la propietat que tenen alguns materials per la qual amb la calor es fan més grossos i amb el fred s'encongeixen.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 54
Magnetisme: es consideren magnètics els materials que són atrets pels imants i que ells mateixos en determinades circumstàncies es poden convertir en imants. Anem a veure ara algunes de les propietats mecàniques. Resistència: és la capacitat dels materials de suportar forces sense trencar-se ni deformar-se gaire. Tenacitat: és la capacitat dels materials de suportar cops sense trencar-se ni deformarse gaire. El contrari de la tenacitat és la fragilitat. Duresa: és la capacitat dels materials de no ser ratllats ni foradats. Com més difícil és ratllar-los o foradar-los, més durs són. Elasticitat: és la capacitat que tenen els materials de deformar-se sense trencar-se quan els apliquem una força, i de recuperar la forma inicial quan deixem d'aplicar-los la força. Plasticitat: és la capacitat que tenen els materials de deformar-se sense trencar-se quan els apliquem una força, encara que quan la força deixa d'actuar els materials no recuperen la seva forma inicial sinó que queden deformats.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 55
EXERCICIS ESTRUCTURES I ESFORÇOS A LES ESTRUCTURES •
Exercici 1 Observa els dibuixos i identifica el tipus d’esforç que estan realitzant.
A)
D)
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
B)
C)
Página 56
•
Exercici 2 Indica el tipus d’esforç representat en cada figura.
imatge
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
esforç
Página 57
•
Exercici 3 Relaciona cada objecte amb el tipus d’esforçs que està relacionat Imatge
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Esforç relacionat
Página 58
•
Exercici 4
Observa les diferents parts de les següents estructures i digues si estan treballant a tracció compressió o flexió: C A
B pes
A
B
C pes pes C
E
C A
A
B
B
D D
pes
•
Exercici 5
Observa la següent estructura i digues a quin tipus d’esforços està sotmesa cadascuna de les seves parts.
F´
F
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 59
•
Exercici 6
Quines de les següents estructures construïdes amb un Mecano són rígides i quines no?
•
Exercici 7.
Busca imatges dels següents tipus de ponts :
•
o
Pont d'arc de pedra.
o
Pont d’arcs d’acer.
o
Ponts en suspensió.
o
Pont Cantilever.
o
Pont suportat per cables.
o
Pont basculant.
o
Pont giratori.
Exercici 8:
Fes una recerca sobre un dels tres ponts més llargs del món. Fes una descripció d’on està, de quins materials està fet, quan es va construir, i tota aquella informació que consideris interessant o curiosa. Acompanya la descripció d’una fotografia extreta del Google Earth (o programa similar) que situï on és troba el pont i d’un parell de fotografies on es vegi aquest pont.
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 60
•
Exercici 9:
Posa tres exemples de materials elàstics i tres més de materials plàstics.
•
Exercici 10:
Posa tres exemples de materials fràgils. Pot un material ser alhora fràgil i dur?
I pot ser alhora fràgil i tenaç?. En cas afirmatiu posa un exemple.
•
Exercici 11:
Quines de les propietats mecàniques que hem treballat creus que són més importants alhora de triar els materials per construir els següents objectes? µ Un cable d'alta tensió: µ Un cable de telèfon:. µ Una columna:. µ Una pilota de bàsquet: µ Una pilota de golf: µ El quadre d'una bicicleta:. µ Una llauna de Coca cola: µ Una farola: µ Un trampolí:
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Página 61
Dossier Activitats Tecnologia 3r ESO.
Pรกgina 62