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Maquina Simples

Zavala Totozintle Víctor Roberto Laguna Luna

330B

Física

Maquinas Simples

11/septiembre/2009

Víctor Zavala Totozintle

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Maquina Simples CONTENIDO INTRODUCCION...........................................3 OBJETIVOS................................................4 MAQUINAS SIMPLES Y EFICIENCIA...................5 VENTAJA MECANICA.....................................7 LA PALANCA...............................................9 POLEAS....................................................11 PREGUNTAS..............................................11 PROBLEMAS...............................................12 CONCLUSIONES.........................................13 BIBLIOGRAFIA...........................................14

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INTRODUCCION

Con este trabajo pretendemos saber la utilidad que tienen las maquinas simples y la eficiencia que estas pueden tener al manejarlas con precisión.

Una maquina simple es algo que convierte la aplicación de una fuerza en trabajo útil, con esto se puede convertir una pequeña fuerza hacia abajo en una muy grande hacia arriba, esto lo podemos ver mas claramente en la palanca de la cual vamos a tratar.

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OBJETIVOS

•

Saber manejar y describir una maquina simple y sus utilidades.

•

Saber explicar y plantear las formulas para hallar las eficiencias de la palanca o de una maquina simple.

•

Manejar en su totalidad las maquinas simples, especialmente las palancas.

•

Manejar los conceptos de ventaja mecánica y la eficiencia de las maquinas simples.

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Maquina Simples

MAQUINAS SIMPLES Y EFICIENCIA

Un estudio de las maquinas y su eficiencia es esencial para el uso productivo de la energía, también se familiarizara con palancas, engranes, sistema de poleas, planos inclinados y otras maquinas utilizadas rutinariamente en muchas aplicaciones industriales Las maquinas simples son aparatos que transforman la aplicación de una fuerza en trabajo útil. Por medio de un malacate se puede convertir una pequeña fuerza en una gran fuerza que nos permita elevar una carga. . Las maquinas son dispositivos o conjuntos de piezas que transmiten fuerzas y al mismo tiempo, modifican la intensidad o la dirección de éstas. En toda maquina se distingue la fuerza que se aplica que se denomina fuerza de potencia y la fuerza que vencemos que se llama resistencia En una maquina simple se realiza trabajo de entrada por la aplicación de una fuerza única, y la maquina realiza trabajo de salida por medio de otra fuerza única. Durante una operación de este tipo ocurren tres procesos: •

Se suministra trabajo a la maquina.

•

Se realiza trabajo en contra del rozamiento.

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Maquina Simples •

La maquina realiza trabajo útil o de salida.

Trabajo de Salida

Trabajo Contra El Rozamiento

De acuerdo con el principio de la conservación de la energía estos procesos se relacionan entre si: Trabajo de entrada = Trabajo de salida + Trabajo contra el rozamiento La cantidad de trabajo útil realizado por la maquina nunca podrá ser mayor que el trabajo que se le suministra. Siempre habrá algunas perdidas debidas al rozamiento o a alguna otra fuerza disparadora. Por ejemplo, al bombear aire a una llanta de bicicleta con una pequeña bomba de mano, ejercemos una fuerza hacia abajo sobre el embolo, forzando el aire hacia la llanta podemos fácilmente verificar que parte de nuestro trabajo de entrada se pierde contra la fricción al sentir como se calienta la pared de la bomba de mano. Cuanto mas pequeñas podamos hacer las perdidas por rozamiento en una maquina, tanto mas provecho se contendrá del es fuerzo inicial. La eficiencia E de una maquina se define como la relación del trabajo de salida entre el trabajo de entrada. Trabajo de Salida

E = Trabajo de Entrada La eficiencia definida en la ecuación, siempre será un número comprendido entre 0 y 1. Por costumbre se expresa este número decimal como un porcentaje que se obtiene multiplicando por 100 la cantidad obtenida. Por ejemplo, una máquina que realiza un trabajo de 40J cuanto se le suministra 80J, tiene un eficiencia de 50% Víctor Zavala Totozintle

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Maquina Simples Otra expresión útil para la eficiencia se obtiene de la definición de potencia como trabajo por unidad de tiempo Trabajo

P = Tiempo

ó Trabajo = Potencia x Tiempo

La eficiencia en términos de una potencia de entrada P 1 y una potencia de salida P0 esta dada por:

Trabajo de Salida

e= Trabajo de Entrada

P1T P0T

VENTAJA MECANICA Las maquinas simples como la palanca, el polipasto, la garrocha, los engranajes, el plano inclinado y el gato de tornillo juegan un papel muy importante en la industria moderna. La ventaja mecánica real Ma de una maquina se define como la relación de la fuerza de salida F0 entre la fuerza de entrada F1 . Ma =

Fuerza de Salida Fuerza de Entrada

F1

= F0

Una ventaja mecánica real mayor que indica que la fuerza de salida es mayor que la fuerza de entrada, la eficiencia de una maquina aumenta a medida que los efectos del rozamiento disminuyen. F1S1 = (Trabajo) + F0S0 Durante la operación de una maquina simple una fuerza de entrada F 1 actúa a lo largo de una distancia S1, mientras que una fuerza de salida F0 actúa a lo largo de una distancia S0. F1

Una Maquina Simple

S1

F0 S0 Víctor Zavala Totozintle

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Maquina Simples La maquina más eficiente que pudiera existir, no tendría perdidas por rozamiento. Podemos representar este caso ideal haciendo que (Trabajo) F = 0 W F0S0 = F1S1 Dado que esta ecuación representa un caso ideal, definimos la ventaja mecánica ideal M1 como: F0

S0

M1 =F1

= S1

La ventaja mecánica ideal de una maquina simple es igual a la relación de la distancia con que la fuerza de entrada se mueve entre la distancia con que la fuerza de salida se mueve. La eficiencia de una maquina simple es la relación del trabajo de salida entre el trabajo de entrada por lo tanto la maquina vista anteriormente tiene una eficiencia de: E=

F0S0 F1S1

Finalmente se obtiene:

=

F0/F0 S1S/0 Ma

E = M1

LA PALANCA Posiblemente la maquina más antigua y la de mayor utilidad general sea la palanca simple. Una palanca consiste en cualquier barra rígida pivoteada sobre cierto punto llamado fulcro. En la figura se muestra como se usa una barra larga para levantar un peso W. Podemos calcular la ventaja mecánica ideal de este mecanismo de dos maneras diferentes. El primer método incluye el principio del equilibrio y el segundo en el principio del trabajo. Dado que el método de equilibrio es mas fácil de aplicar en el caso de la palanca. Será el primero que vamos a usar. Víctor Zavala Totozintle

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Maquina Simples F0 = W

F1

F0 S1

r0

r1

θ

r0 S0

r1

Fulcro F1 (A)

(B)

Debido a que no existe movimiento de traslación durante la aplicación de una entrada la condición del equilibrio se reduce a que el momento de torsión de entrada sea igual al momento de torsión de salida: F0r0 = F1r1 La ventaja mecánica ideal la encontramos a partir de: F0 M1 =F1

r0 = r1 La relación F0 / F1 se considera como el caso ideal porque no son consideradas las fuerzas de rozamiento. El mismo resultado se puede obtener por medio de consideraciones relativas al trabajo, podemos observar en la figura anterior que la fuerza F1 se mueve a lo largo del arco S1, mientras que la fuerza F0 se mueve a lo largo del arco S0, sin embargo los dos arcos son subtendidos por el mismo ángulo θ , por lo tanto se puede hacer la siguiente proporción: S1 S0

=

r1 r0

En la palanca una cantidad muy pequeña del trabajo de entrada es perdida por rozamiento. Para todo fin practico, la ventaja mecánica real de una palanca simple es igual a la ventana mecánica ideal. Palanca de primer genero Víctor Zavala Totozintle

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Maquina Simples Es la que tiene el punto de apoyo entre la potencia y la resistencia. Las tijeras, la barra que se emplea para levantar pesas, las tenazas, etc. Son ejemplos de palancas de este genero. Palanca de segundo genero Es la que tiene la resistencia entre el punto de apoyo y la potencia, un ejemplo seria las carretillas, el remo de una barca o los cascanueces. Palanca de tercer genero Es la que tiene la potencia entre la resistencia y el punto de apoyo. Ejemplos de este genero son la pinzas, el antebrazo de la mano.

POLEAS La polea es una maquina constituida por un disco que puede girar alrededor de un eje que pasa por su centro. El disco lleva una hendidura llamada garganta por la que pasa una cuerda. La polea es una maquina que cambia la dirección o el sentido en que se ejerce una fuerza. Es mucho más cómodo hacer una fuerza en el mismo sentido que la gravedad que en sentido contrario

PREGUNTAS 1. ¿Qué es una maquina simples? 2. Ejemplos de maquinas simples 3. ¿Qué se entiende por trabajo útil o trabajo de salida? 4. ¿Qué significa trabajo de entrada? 5. ¿Qué es una palanca? 6. ¿Cuántos tipos de palanca existen? 7. Menciona los tipos de palanca 8. ¿Qué es una polea? 9. ¿Qué es la eficiencia de una maquina? 10. ¿Con que ecuación esta definida la eficiencia?

PROBLEMAS

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Maquina Simples 1. Una maquina con 25% de eficiencia realiza un trabajo externo de 200J. ¿Qué trabajo de entrada requiere 2. Una maquina con 50% de eficiencia realiza un trabajo externo de 400J. ¿Qué trabajo de entrada requiere? 3. Una maquina con 69% de eficiencia realiza un trabajo externo de 100J. ¿Qué trabajo de entrada requiere? 4. Una maquina con 45% de eficiencia realiza un trabajo externo de 350J. ¿Qué trabajo de entrada requiere? 5. Una maquina con 72% de eficiencia realiza un trabajo externo de 460J. ¿Qué trabajo de entrada requiere?

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Maquina Simples CONCLUSIONES  Se aprendió a distinguir las distintas variedades de maquinas simples existentes especialmente la palanca.  También conocimos que la palanca se le puede calcula la ventaja mecánica por dos métodos el principio del equilibrio y el principio del trabajo.  Se sabe diferenciar los conceptos ventaja mecánica y eficiencia.  Se conoció el manejo y las utilidades de una maquina simple.

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Maquina Simples BIBLIOGRAFIA •

Reymo enciclopedia temática auto evaluativa •

Temática interactiva poder inteligente •

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Física conceptos y aplicaciones

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