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UNIDAD EDUCATIVA “SANTA MARIANA DE JESÚS”

“CONSTRUCCION Y APLICACIÓN DE LAS MÀQUINAS SIMPLES EN LA VIDA DIARIA”

Trabajo de monografía previo a la obtención del título de Bachiller General Unificado

AUTORAS: Natalia Paola Gordillo Granda Thais del Cisne Fajardo Azanza Thalía Gabriela Padilla Rosario

DIRECTOR Dr. Jimmy Handel Tandazo Arias.

Loja – Ecuador 2014-2015

Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús”

CERTIFICACIÓN

Dr. Jimmy Handel Tandazo Arias

en calidad de director de la monografía

“CONSTRUCCION Y APLICACIÓN DE LAS MÀQUINAS SIMPLES EN LA VIDA DIARIA”, desarrollado por las Señoritas, Natalia Paola Gordillo Granda, Thais del Cisne Fajardo Azanza, Thalía Gabriela Padilla Rosario considero que dicho informe investigativo, reúne los requisitos técnicos, científicos y reglamentarios, por lo que autorizamos la presentación del mismo ante el organismo pertinente de la Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús”.

Dr. Jimmy Handel Tandazo Arias DIRECTOR DE MONOGRAFIA

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AUTORÍA Los criterios, ideas expuestas de manifestó en el presente trabajo son de exclusiva responsabilidad de las autoras.

Loja, Marzo del 2015

Natalia Paola Gordillo Granda

…………………………….

Thais del Cisne Fajardo Azanza

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Thalía Gabriela Padilla Rosario

….…………………………

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Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús”

DEDICATORIA Este trabajo de monografía, se lo dedicamos primeramente a Dios, que nos ha dado la fortaleza para poder finalizar con el mismo, a nuestros padres quienes nos han brindado un apoyo incondicional, ya que han sido una gran motivación para nosotras.

Natalia Paola Gordillo Granda

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Thalía Gabriela Padilla Rosario

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Thais del Cisne Fajardo Azanza

….…………………………

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AGRADECIMIENTO En primer lugar agradecemos a Dios por guiarnos y estar junto a nosotros en cada paso que hemos dado, agradecemos también a nuestros padres, por su incondicional apoyo. De manera especial a nuestro director de monografía, Dr. Jimmy Tandazo Arias por su apoyo, quien con sus conocimientos y su experiencia, contribuyo para la finalización del mismo.

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INDICE CAPÍTULO I......................................................................................................9 1. CUERPOS EN EQUILIBRIO..........................................................................10 1.1

Estática:.................................................................................................10

1.3

Condiciones de Equilibrio de una partícula........................................11

1.4

Condiciones de equilibrio de un cuerpo líquido.................................12

CAPITULO II…………………………………………………………………........13 2. MÁQUINAS SIMPLES...................................................................................15 2.1 Características Máquinas Simples............................................................16 CAPITULO III…………...……………………………………………………….…16 3. CLASIFICACIÓN DE LAS MAQUINAS SIMPLES................................18 3.1 PALANCA..........................................................................................20 3.1.1 Tipos de palanca………………………………………………......….20 3.1.1.1 Palanca de primero tipo o grado………………………………….20 3.1.1.2 Palanca de segundo tipo o grado………………………………....22 3.1.1.3 Palanca de tercer tipo o grado…………………………………….23 3.2 POLEA…………………………………………………………………….24 3.3 PLANO INCLINADO...........................................................................28 3.4 TORNO...............................................................................................30 CAPITULO IV...………………………………………..…………………………29 4. USOS DE LAS MÁQUINAS SIMPLES EN LA VIDA DIARIA......................32 4.1 PALANCA...............................................................................................32 4.2 POLEAS.................................................................................................34

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4.3 PLANO INCLINADO..............................................................................36 4.4 TORNO..................................................................................................37 5. CONCLUSIONES.....................................................................................38 6. RECOMENDACIONES.............................................................................39 7. BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................40 8. ANEXOS...................................................................................................41 8.1 Manual……………………………………………………………………….39 8.2 Instrucciones de uso……………………………………………………….43

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RESUMÉN La siguiente monografía con el tema “CONSTRUCCION Y APLICACIÓN DE LAS MÀQUINAS SIMPLES EN LA VIDA DIARIA”, que tiene como objetivo general la construcción de modelos a escala, de las cuatro diferentes maquinas simples, para así demostrar la intervención en la vida diaria, y que tiene como objetivos específicos: el análisis de cada una de las maquinas simples, y la debida verificación de sus usos. En el primer capítulo hablamos sobre el equilibrio el cual nos indica que; Un cuerpo está en equilibrio cuando no tiene movimiento de translación ni de rotación. Para que un cuerpo este en equilibrio debe cumplir dos condiciones: que no se traslade y que no se gire. En el segundo capítulo damos a conocer que una máquina simple sirve para transmitir e incrementar el efecto de una fuerza al mover un objeto y así disminuir el esfuerzo con que se realiza, se cumple la ley de la conservación de la energía: La energía ni se crea ni se destruye; solamente se transforma. En el tercer capítulo presentamos la clasificación de las maquinas simples las cuales son: Palanca; cuyo objetivo es incrementar el efecto de una fuerza o cambiar su dirección. Polea; sirve para trasmitir fuerza y desplazamiento, reduce la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso. Plano inclinado; se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura. Torno; permiten mecanizar, cortar, fisurar piezas de forma geométrica por revolución. En el cuarto capítulo demostramos para que sirve y como es el uso de las diferentes maquinas simples; palanca, polea, plano inclinado y torno.

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Capítulo I Cuerpos en Equilibrio

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1. CUERPOS EN EQUILIBRIO

1.1 Estática: Es la ciencia que estudia salidos en equilibrio. Un cuerpo en equilibrio no posee aceleración y puede estar:  Reposo V=0  MRU (Movimiento Rectilíneo Uniforme) V= constante (igual)

1.2 Clases de equilibrio: 

Equilibrio Constante o estable



Equilibrio Inestable



Equilibrio Indiferente

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Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús” 1.3 Condiciones de Equilibrio de una partícula

1.3.1 Partícula: Cuerpo pequeño en comparación de un plano de referencia. 1. La sumatoria de fuerzas que actúan sobre el cuerpo es igual a cero. 2. La sumatoria de los componentes de las fuerzas que actúan sobre cuerpos iguales a cero. 3. 1.3.2 Tensión: Estado en el que se encuentra un cuerpo sometido a la acción de fuerzas opuestas.

Determinación de Tensiones

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1.4 Condiciones de equilibrio de un cuerpo líquido 1.∑F= 0 Sumatoria de fuerza = 0 2.∑M= 0 Sumatoria de momentos = 0

1.4.1 Momento de fuerza Fuerza aplicada a cierta distancia de un eje de giro produce rotación. M: f.d (f.d) trabajo 

Unidades Absolutas: -



MRS: M(N.M) CGS: M(dina.cm) PLS: M (poundal.pie)

Unidades Gravitacionales: -

MKS: M(kp.m) CGS: M (gr.cm) PLS: M (lib.pie)

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1.4.2 Cupla o par de fuerzas: Dos fuerzas con el mismo modulo, misma dirección, sentido contrario y separado. 1.4.3 Modulo: valor numérico.

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Capít ulo II Máqu inas Simp les

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2. MÁQUINAS SIMPLES

La maquinaria simple es un implemento muy útil para realizar una gran cantidad de labores por su gran efectividad. Pero ¿para qué sirve? El objetivo de ella es transmitir e incrementar el efecto de una fuerza al mover un objeto y así disminuir el esfuerzo con que se realiza. En una máquina simple se cumple la ley de la conservación de la energía: La energía ni se crea ni se destruye; solamente se transforma. Todas las máquinas simples convierten una fuerza pequeña en una grande, o viceversa. Algunas convierten también la dirección de la fuerza. La relación entre la intensidad de la fuerza de entrada y la de salida es la ventaja mecánica. Se define como ventaja mecánica (VM) de una maquina simple la relación que existe entre la fuerza resistente (r) y la potencia (p); dicha relación se expresa matemáticamente así: VM = resistencia/ potencia Es posible que dispongamos sólo de una pequeña fuerza para producir el trabajo de entrada cuando necesitamos una fuerza mayor en la salida. Así sucede con el gato de un automóvil. Al accionar la varilla del gato podemos alzar el automóvil que de otra manera sería bastante difícil de mover aunque, desde luego, tenemos que levantar y bajar muchas veces la varilla para levantar el automóvil un poco.

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2.1 CARACTERÍSTICAS MÁQUINAS SIMPLES

1. Conservación Energía Trabajo fuerza aplicada = trabajo obtenido + trabajo obtenido 2. Sin tomar en cuenta el razonamiento Trabajo de la fuerza aplicada = trabajo de la fuerza obtenida 3. Ventaja Mecánica Teórica VMT= P/F En la práctica existe la VMR (Ventaja Mecánica Real) VMR< VMT 4. Eficacia o Rendimiento E= VMP.100%/VMT E= Salida/Entrada = Trab. Salida/Trab. Entrada

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Capít ulo III Clasi ficaci ón de Máqu inas

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3. CLASIFICACIÓN DE LAS MAQUINAS SIMPLES

Las máquinas simples suelen clasificarse en los siguientes tipos: 3.1 Palancas

3.2 Poleas

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3.3

Plano inclinado

3.4 Torno

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3.1 PALANCA

Formula: Fd=Rr

Consiste en una barra recta que puede moverse alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro. El objetivo de la palanca es incrementar el efecto de una fuerza o cambiar su dirección. Fuerzas actuantes Sobre la barra rígida que constituye una palanca actúan tres fuerzas: La potencia - P: es la fuerza que aplicamos voluntariamente con el fin de obtener un resultado; ya sea manualmente o por medio de motores u otros mecanismos. La resistencia - R: es la fuerza que vencemos, ejercida sobre la palanca por el cuerpo a mover. Su valor será equivalente, por el principio de acción y reacción, a la fuerza transmitida por la palanca a dicho cuerpo.

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La fuerza de apoyo - A: es la ejercida por el fulcro sobre la palanca. Si no se considera el peso de la barra, será siempre igual y opuesta a la suma de las anteriores, de tal forma de mantener la palanca sin desplazarse del punto de apoyo, sobre el que rota libremente. Otros elementos que deben considerar en el rendimiento de las maquinas son: Brazo de potencia - Bp: la distancia entre el punto de aplicación de la fuerza de potencia y el punto de apoyo. Brazo de resistencia - Br: distancia entre la fuerza de resistencia y el punto de apoyo. 3.1.1 Tipos de palanca Dependiendo del dónde se ubique el punto de apoyo, podemos distinguir tres tipos de palancas 3.1.1.1 Palanca de primero tipo o grado Aquellas que cuyo punto de apoyo esta entre la resistencia y la fuerza motriz. En este caso, si deseas levantar un

objeto

pesado

con

una

palanca, debes empujar hacia abajo para que el objeto suba, es decir, el punto de apoyo se encuentra entre el objeto que se desea levantar y donde se aplica la fuerza.

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Al utilizar una palanca de primer tipo para levantar un objeto, aplicas una fuerza en uno de los extremos de la barra, en tanto que el cuerpo que vas a levantar se encuentra al otro extremo. Ahora, la fuerza que tú ejerces sobre uno de los extremos se denomina potencia (contrapeso), que es la responsable del giro de la palanca en torno al punto de apoyo lo que hace que la palanca se mueva. La fuerza que aparece en el extremo opuesto se denomina resistencia (carga), que es la que hay que vencer. El punto de apoyo está entre contrapeso o potencia y la resistencia. Dependiendo de la longitud de los brazos la fuerza será mayor, menor o igual que la resistencia. Con esto se consigue que el brazo de potencia siempre será mayor que el de resistencia (BP>BR) y, en consecuencia, la potencia menor que la carga (P). Ahora para que la palanca sea realmente efectiva, el punto de apoyo debe estar mucho más cerca del cuerpo que se quiere levantar que del lugar donde se ejerce la fuerza o carga. Así, aplicando una pequeña fuerza en un amplio intervalo de distancia, se generará una gran fuerza de salida en un pequeño intervalo

de

distancia.

Como

ejemplos clásicos podemos citar la pata de cabra, el balancín, los alicates o la balanza romana.

3.1.1.2 Palanca de segundo tipo o grado

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Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús” Se caracteriza porque la fuerza a vencer (resistencia) se encuentra entre el fulcro (punto de apoyo) y la fuerza a aplicar. Estas palancas tienen ventaja mecánica; es decir, aplicando poca fuerza se vence una gran resistencia. Con esto se consigue que el brazo de potencia siempre será mayor que el de resistencia (BP>BR) y, en consecuencia, el contrapeso o potencia menor que la carga (P). Un buen ejemplo de esto lo constituyen las carretillas. En ellas, el punto de apoyo se encuentra en la rueda, y la fuerza se ejerce en los mangos, hacia arriba, para elevar la carga que está entre las ruedas y los mangos. Otros ejemplos son el cascanueces y la perforadora de hojas de papel.

3.1.1.3 Palanca de tercer tipo o grado:

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Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús” Son aquellas que tienen la fuerza motriz entre el punto de apoyo y la resistencia.

La

carga (potencia) está entre el punto de apoyo y la resistencia. Estas palancas tienen desventaja mecánica; es decir, es necesario aplicar mucha fuerza para vencer poca resistencia. Con esto se consigue que el brazo de la resistencia siempre será mayor que el de la potencia (BR>BP) y, en consecuencia, la potencia mayor que la carga (P>R).

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Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús” 3.2 POLEA

Las poleas son ruedas que tienen el perímetro exterior diseñado especialmente para facilitar el contacto con cuerdas o correas. La polea es una máquina simple que nos puede ayudar a subir pesos ahorrando esfuerzo. Partes de la polea En toda polea se distinguen tres partes: cuerpo, cubo y garganta.

El cuerpo es el elemento que une el cubo con la garganta. En algunos tipos de poleas está formado por radios o aspas para reducir peso y facilitar la ventilación de las máquinas en las que se instalan. El cubo es la parte central que comprende el agujero, permite aumentar el grosor de la polea para aumentar su estabilidad sobre el eje. Suele incluir un chavetero que facilita la unión de la polea con el eje o árbol (para que ambos giren solidarios). La garganta (o canal) es la parte que entra en contacto con la cuerda o la correa y está especialmente diseñada para conseguir el mayor agarre posible. La parte más profunda recibe el nombre de llanta. Puede adoptar distintas formas (plana, semicircular, triangular...) pero la más empleada hoy día es la trapezoidal.

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Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús” Las poleas empleadas para tracción y elevación de cargas tienen el perímetro acanalado en forma de semicírculo (para alojar cuerdas), mientras que las empleadas para la transmisión de movimientos entre ejes suelen tenerlo trapezoidal o plano (en automoción también se emplean correas estriadas y dentadas).

3.2.1 Clasificación de Poleas 3.2.1.1 Polea Fija (F=R)

Son aquellas cuyas armas se suspenden de un punto fijo (la estructura del edificio) y, por lo tanto, no sufren movimiento de traslación alguno cuando se emplean.

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Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús” 3.2.2 Polea Móvil (F= R/2)

Son aquellas en las que un extremo de la cuerda se suspende de un punto fijo y que durante su funcionamiento se desplazan, en general, verticalmente. Cuando la polea obra independientemente se denomina "simple", mientras que cuando se encuentra reunida con otras formando un sistema recibe la denominación de "combinada" o "compuesta".

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Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús” 3.3 PLANO INCLINADO

Formulas:  

F.l= R.h R= F.l/h

El plano inclinado es una superficie plana que forma con otra un ángulo muy agudo (mucho menor de 90º). En la naturaleza aparece en forma de rampa, pero el ser humano lo ha adaptado a sus necesidades haciéndolo móvil, como en el caso del hacha o del cuchillo.

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Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús” El plano inclinado es el punto de partida de un nutrido grupo de operadores y mecanismos cuya utilidad tecnológica es indiscutible. Sus principales aplicaciones son tres: rampa, tornillo, cuña. Se emplea en forma de rampa para reducir el esfuerzo necesario para elevar una masa (carreteras, subir ganado a camiones, acceso a garajes subterráneos, escaleras). La rampa es un plano inclinado cuya utilidad se centra en dos aspectos: reducir el esfuerzo necesario para elevar un peso y dirigir el descenso de objetos o líquidos.

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3.4 TORNO

Formula: F=P.r/R

Son máquinas simples que resultan de la aplicación del plano inclinado. Un tornillo es un plano inclinado enroscado en espiral y cada una de las vueltas se llama rosca. Para que un tornillo entre en una superficie como una pared, hay que hacerlo girar muchas veces para avanzar un poco, sin embargo la fuerza que se necesita para dar cada vuelta es menor que la que se necesita para clavar el tornillo sin girarlo.

Se emplea para sujetar chapas (lavadoras, neveras, automóviles) o piezas diversas (juguetes, ordenadores) sobre estructuras.

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Capít ulo IV Uso de

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4. USOS DE LAS MÁQUINAS SIMPLES EN LA VIDA DIARIA

4.1 PALANCA Las palancas tienen cientos de aplicaciones. Su función es amplificar una potencia para así vencer más fácilmente una resistencia. Toda palanca utiliza un punto de apoyo llamado fulcro. 

En un cascanueces:



En

una

balanza:

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

En unas pinzas:

 n carretilla:

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E una

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4.2 POLEAS

Las máquinas simples son dispositivos que se utilizan para dirigir o regular la acción de una fuerza y se usan normalmente para compensar una fuerza resistente o levantar un peso en condiciones más favorables. Pueden servir para cambiar el punto de aplicación de una fuerza, por ejemplo con una polea fija podemos subir algo desde el suelo, o bien realizar un mismo trabajo pero con una fuerza aplicada menor, caso de portar una carga en una carretilla o alzar un automóvil con una gata hidráulica. 

Soga:



Alambre:

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

Correa

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4.3

PLANO INCLINADO

Es todo plano que forma con la horizontal un ángulo menor a los 90º. Mediante el plano inclinado se elevan a la altura deseada objetos que no podrían izarse directamente sin emplear fuerzas muy superiores. 

Escaleras Eléctricas:

 

Rampa:

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4.4

TORNO

El empleo del tornillo como mecanismo simple (en ese caso también se denomina husillo o tornillo sin fin) aprovecha la ganancia mecánica del plano inclinado. Esta ganancia aumenta por la palanca que se suele ejercer al girar el cilindro, pero disminuye debido a las elevadas pérdidas por rozamiento de los sistemas de tornillo. Sin embargo, las fuerzas de rozamiento hacen que los tornillos sean dispositivos de fijación eficaces.

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CONCLUSIONES

Como resultado del presente trabajo de monografia se determina las siguientes conclusiones: 

Las maquinas simples son un implemento muy útil con un sin número de



beneficios laborales debido a su gran efectividad. El hombre se ha proporcionado herramientas para facilitar su trabajo,



con el fin de ahorrarse esfuerzos. Dichas maquinas han permitido al hombre realizar trabajos sin ningún tipo de riesgo ya que poseen una fuerza única la cual beneficia.

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RECOMENDACIONES



Recomendamos a la institución tener el debido cuidado con las



maquetas a escala, ya que son para beneficio de las estudiantes. Antes de dar uso a las maquetas recomendamos leer el manual para que así se conserven en buen estado.

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BIBLIOGRAFÍA

http://www.taringa.net/post/apuntes-y-monografias/10104197/-Maquinassimples-.html http://maquinas-simples-uso.blogspot.com/2013/03/maquinas-simples-y-suuso.html?view=classic http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1151/html/14_el_e quilibrio_de_los_cuerpos.html http://es.m.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_simple http://es.slideshare.net/wendycardona906/las-palancas-y-sus-usos http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/maq_simple.htm http://www4.ujaen.es/~jamaroto/MAQUINAS.HTML

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ANEXOS

8.1 Manual Número de Piezas de las Maquetas a Escala

1. 2 bases triangulares , pequeñas 2. 4 barras de soporte 3. 1 rodillo indicador 4. 4 cóncavos 5. 1 brazo de balanza (palanca) con 2 pasadores 6. 2 platillos de balanza 7. 2 correderas para los sistemas de poleas y plano inclinado 8. 1 carro 9. 4 esferas de acero 10. 1 brazo de acero 11. 2 bases rectangulares (plano inclinado) 12. 3 poleas

Descripción de las distintas piezas 1. La base triangular

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Unidad Educativa “Santa Mariana de Jesús” Se ha adoptado por ser una pieza de montaje probado. Cuenta con una sola perforación donde se encuentra un tornillo para que se puedan situar las diferentes barras de soporte.

2. Barras de soporte Están provistas de una perforación de modo que pueda unirse a la base triangular.

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3. Rodillo indicar El rodillo cuya longitud es muy larga respecto a su diámetro y que manteniéndose fijas permiten el desplazamiento de objetos sobre ellas. La rueda siempre tiene que ir acompañada de un eje cilíndrico (que guía su movimiento giratorio) y de un soporte (que mantiene al eje en su posición).

4. Aros con gancho La utilizamos para fijar a una barra de soporte. Sirve para asegurar el extremo de cuerdas (palanca).

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5. Brazo de balanza Está provisto de pasadores móviles que permiten colgar cuerpos en cualquier punto del mismo. Al hacerlo hay que tomar en cuenta el peso del pasador debe sumarse al peso del cuerpo que se cuelga las perforaciones sirven como marcas de medición, pero puedes ser empleados también como puntos fijos para colgar cuerpos con la ayuda de los ganchos en S. Al montar la balanza se corren los pasadores para tarar hasta que la balanza este en equilibrio.

6. Platillos de balanza Se cuelgan en el brazo de la balanza con la ayuda de los ganchos S.

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7. Correderas para los sistemas de poleas Sirve para introducir las cuerdas del mismo.

8. El carro Está provisto para colocar la pieza de madera o los cuerpos de gancho. 9. Esferas de acero Tienes el mismo tamaño, lo que permite muchas posibilidades de empleo.

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10. Brazo de acero Permite dar movilidad al rodillo para así dar lugar a la función del torno.

11. Bases rectangulares Dos bases rectangulares unidas mediante dos bisagras para dar formación al plano inclinado.

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8.2 INSTRUCCIONES DE USO 8.2.1 Palanca

Se ubica la base triangular en una superficie plana, seguidamente se enrosca con la barra de soporte, procurando quede firme. Se sujeta el brazo de balanza en la parte superior de la barra de soporte con la ayuda de un perno, asegurado por la aldaba y la tuerca. Dependiendo de cómo la quiera usar se pude ubicar los platillos de balanza en cualquiera de los cuatro cóncavos procurando ubicar uno en cada lado, de acuerdo al peso que se le ponga, se demostrara su equilibrio, para esto utilizamos las esferas de acero.

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8.2.2 Polea

Se ubica la base triangular en una superficie plana, seguidamente se enrosca con la barra de soporte la cual en la parte superior tiene adherida una polea, para demostrar su función pasamos el cordón de un metro, en el cual se fija un determinado peso.

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8.2.3 Plano Inclinado

Las bases rectangulares que forman el plano inclinado se las ubica en una superficie plana, separándolas una de otra por medio de un taco de madera para regular su nivel, en la base superior donde se encuentra fijada una polea pasamos el cordón de un metro en el cual se encuentra sujeto un carrito, demostrando así su funcionamiento.

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8.2.4 Torno

Ubicamos la base rectangular en una superficie plana, en la cual ya están fijas las barras de soporte que contienen un rodillo indicador, el cual gracias al brazo de acero se puede movilizar. En el rodillo indicador se debe enrollar el cordón de dos metros y en el extremo que quede libre se debe colocar el peso.

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4.5 Fotografías

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