Màquines i mecanismes

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 Creus que el rendiment té influència en el consum d'una màquina? Quin rendiment té una màquina que fa un treball de 300 Joules i consumeix una energia de 400 Joules. 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 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 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. 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 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