INTRODUCCIÓ
Segons el que hem vist en el video poden concloure que les màquines tenen una funció bàsica: suplir, estalviar o multiplicar l'esforç humà necessari per a la realització d'un treball.
Però perquè una màquina funcioni es necessita energia.
Una màquina és un conjunt de dispositius capaços de transformar l'energia en treball útil.
CONCEPTES PREVIS
Braç d'una força
El braç d'una força respecte d'un punt és la distància entre el punt d'aplicació de la força i el punt considerat.
Les forces motrius generen el braç motor.
Les forces resistents generen el braç resistent
Moments
Moment d'una força respecte a un punt és el producte del valor de la força per la distància que hi ha entre la força i el punt.
M = F · d
El moment d'una força respecte a un punt dóna a conèixer en quina mesura existeix capacitat en una força o sistema de forces per canviar l'estat de la rotació del cos al voltant d'un eix que passi per aquest punt.
El moment tendeix a provocar una acceleració angular (canvi en la velocitat de gir) en el cos sobre el qual s'aplica i és una magnitud característica en elements que treballen sotmesos a torsió (com els eixos de maquinària) o flexió (com les bigues) .
Treball
S'anomena treball l'acció d'aplicar una o més forces sobre un cos i provocar o modificar el seu moviment.
W = F · s
on
W = treball expressat en Joules (J)
F = és la força expressadsa en Newtons (N)
s = és el desplaçament provocat per la força en metres (m)
Potència
S'anomena potència la rapidesa amb que es duu a terme el treball.
on
P = potencia expressada en Watts (W)
W = treball expressat en joules (J)
t = temps expressat en segons (S)
S'utilitza també com utitat de mesura el quilowatt (KW) i el cavall de vapor (CV)
1KW = 1000W
1 CV = 736 W
Principi de la conservació de l'energia. El rendiment
No hi ha cap màquina que pugi transformar tota l'energia que rep en treball útil, ja que la mateixa màquina consumeix part de l'energia que rep durant el procés de transformació.
El rendiment és la relació que hi ha entre l'energia consumida i el treball produït.
n = Rendiment
Wu = Treball útil
Wc = Treball consumit
El resultat d'aquesta expressió és el tant per cent d'energia que la màquina transforma en treball útil.
Cal tenir present que no hi ha cap màquina que pugi transformar el cent per cent de l'energia o treball que rep. En aquest cas seria una màquina ideal. Però aquest fet és impossible, ja que sempre hi ha consum en el procés de transformació degut al fregament entre peces, etc...
Poden dir dons que l'energia no desapareix sinó que es transforma, i es manifesta de diferents maneres. Aquest és el principi de la conservació de l'energia. Per tant l'energia que no és transformada en treball útil en una màquina pot tranformar-se en calor, sorolls, etc., però mai desapareix.
LES MÀQUINES
Concepte de màquina
La màquina mecànica és un dispositiu en el que s'aprofita el treball d'una força, anomenada força motriu, per que una altra força, anomenada força resistent, realitzi a la vegada un treball en la forma desitjada.
Com s'ha parlat amb anterioritat l'energia sempre es conserva per això el treball motor i el treball resistent són iguals.
Wm = Wr
Una màquina mai pot produir més treball que el que se realitza en ella, però pot transmetre la força o el moviment amb un avantatge.
L'avantatge mecànic
Les màquines normalment permeten multiplicar forces. Per això parlem d'avantatge mecànic.
L'avantatge mecànic (i) relaciona la força o resistència (R) que pot contrarestar una màquina simple amb la força (F) que cal aplicar-hi.
Classificació de les màquines
Les màquines es classifiquen en simples i compostes
MÀQUINES SIMPLES
Les màquines simples són dispositius senzills, generalment formats per un sol element, que ens permeten multiplicar forces.
La Palanca
https://www.youtube.com/watch?v=Fa5HV2xg5sE
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) o potència (P) en un extrem, s'obté una altra força a l'altre extrem, que anomenem resistència (R).
Llei de la palanca
Quan una palanca està en equilibri s'acompleix que:
Wc = Wu
Si
Wc = F · s1 i Wu = R · s2
llavors:
F · s1 = R · s2
o el que és el mateix
P · Bp = R ·Br
Aquesta expressió es coneix com la llei de la palanca
On:
P = Potència o força aplicada
R = Resistència
Bp = Braç de potència
Br = Braç de resistència
F = Fulcre o punt de suport
Tipus de palanques
Segons la posició del punt de suport respecte al la potència o la resistència, es poden distingir tres tipus de palanques: de 1r gènere, de 2n gènere i de 3r gènere.
De 1r gènere
El punt de suport és entre la potència i la resistència
Posicions de la palanca de 1r gènere:
Exemples de palanques de 1r gènere:
De 2n gènere
La resistència és entre el punt de suport i la potència
Amb aquest tipus de palanca s'aconsegueix que el braç de potència sigui sempre més gran que el de resistència (Bp>Br) i per tant l'esforç serà menor que la càrrega (P
Exemples de palanques de 2n gènere:
La seva principal utilitat la tenim sempre que volem vèncer grans resitències amb petites potències. S'utlitza en trencanous, carretes, tallaungles, rems..
De tercer gènere
La potència és entre el punt de suport i la resistència
Amb aquest tipus de palanca s'aconsegueix que el braç de resistència sigui sempre més gran que el de potència (Br>Bp) i per tant l'esforç serà major que la càrrega (P>R). Aquestes palanques mai tenen avantatge mecànic.
Exemples de palanca de 3r gènere:
Aquesta palanca és l'unica que està present a la natura. Forma part del sistema mecànic dels vertebrats.
Múltiples
Maquina de Betancourt
El pla inclinat
Una superficie plana amb un extrem elevat a una certa alçada contitueix un pla inclinat. té com a funció pujar o baixar càrregues elevades quan no és possible fer-ho verticalment.
Ja s'utilitzava el pla inclinat en la construcció dels dòlmens i piràmides.
Llei de l'equilibri del pla inclinat
Observem el dibuix:
Per remuntar la càrrega cal fer un treball Wm:
Wm = P · L
Wr = R · h
Si considrem el pla inclinat com una màquina ideal:
Wm = Wr
P · L = R · h
On la força que caldrà aplicar per remuntar la càrrega serà:
El tascó o falca
És un aplicació del pla inclinat. Són peces que s'han utilitzat des de fa molt temps per esberlar pedres o troncs d'arbres.
Consisteix en una peça generalment d'acer de forma prismàtica de base triangular isòsceles de manera que els dos costats iguals formen dos plans inclinats.
El cargol
Els cargols estan formats pel que s'anomenen rosques, que són plans inclinats que s'enrrotllen al voltant d'una superfície normalment cilíndrica. Bàsicament una rosca consisteix en un ressalt o un solc anomenat filet, aplicat sobre una superfície cilíndrica de manera uniforme i constant que descriu una línia helicoïdal. La distancia entre dues crestes consecutives d'un mateix filet s'anomena pas de la rosca.
Aplicacions del cargol
La rosca, concretament el dispositiu cargol-femella, encara que constitueix una màquina simple capaç d'ampliar una força i un mecanisme capaç de transformar el moviment circular en lineal, té la seva principal aplicació en les unions de diferents elements d'un sistema mecànic. La seva aplicació com a màquina és força interesant, ja que, a més de transformar moviments circulars en lineals, pot aconseguir vèncer grans resistències.
Com a màquina, la rosca s'utilitza en aplicacions on calgui fer forces, com ara el cric o gat per aixecar cotxes, o la premsa, que des de l'antiguitat ja combina la rosca amb la palanca per premsar el raïm i les olives.La resistència que es pot vèncer en desplaçar un cargol fent-lo girar dins una femella, considerant el conjunt una màquina ideal, es pot calcular a partir de la llei del cargol:
Politges
La politja fixa
La politja mòbil
El polispast
El torn
El torn és una màquina simple, formada per un cilindre que roda al voltant del seu eix i una manovella que s'acciona per fer-lo rodar. S'utilitza per fabricar peces de revolució i fer forats i rosques tan exteriors com interiors.
Politges i corrioles
EXERCICIS
LABORATORI VIRTUAL
