LOS MECANISMOS

El ser humano necesita realizar trabajos que sobrepasan sus posibilidades y por ello, a lo largo de la historia ha ido  inventando máquinas, cuya función, por lo tanto, es reducir el esfuerzo necesario para realizar esos trabajos.

Conocéis miles de ejemplos de máquinas, como: las grúas, los relojes, los ascensores, las bicicletas, etc. Pero para llegar a entender el funcionamiento de esas máquinas tan complicadas, hay que empezar por entender como funcionan las más pequeñas, las máquinas simples, también llamadas mecanismos, u operadores mecánicos.

Piezas y engranajes de un reloj

Podríamos decir entonces, que un mecanismo es un elemento que  transmite y transforma las fuerzas y los movimientos desde un elemento motriz, también llamado motor, a otro, llamado elemento receptor, lo que nos permite realizar trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo.

Por lo tanto, las máquinas están formada por tres elementos principales:
El elemento motriz, que es el dispositivo que introduce la fuerza o el movimiento en la máquina (un motor, el esfuerzo muscular, etc.).
El mecanismo en si, que es el dispositivo que traslada o transforma el movimiento del elemento motriz al elemento receptor.
El elemento receptor, que recibe el movimiento o la fuerza para realizar la función de la máquina (un ejemplo de elementos receptores serían las ruedas de un coche).
Un mecanismo es la parte de las máquinas encargada de transmitir o transformar la energía recibida del elemento motriz (una fuerza o un movimiento), para que pueda ser utilizada por los elementos receptores que hacen que las máquinas funcionen.

Dependiendo de la función que el mecanismo realiza en la máquina, podemos distinguir dos
categorías: Los mecanismos que transmiten el movimiento, y los que lo transforman.

Los mecanismos de transmisión del movimiento, son aquellos que transmiten el movimiento de un elemento motriz otro sitio sin transformarlo, como por ejemplo una cadena de una bicicleta, que transmite el movimiento circular del plato y los pedales al piñón y por consiguiente a la rueda.


Los mecanismos de transformación de movimiento son mecanismos que reciben la energía o movimiento del elemento motriz, y transforman el tipo de movimiento para adecuarlo a las necesidades o características del elemento receptor (ejemplo:  el mecanismo de biela-manivela  que  transforma el movimiento  lineal de los pistones en uno circular del cigüeñal).

LAS PALANCAS.

Son mecanismos de transmisión lineal del movimiento
Arquímedes en el S. III a.C. dijo: “Dadme una barra y un punto de apoyo, y moveré el mundo” Una palanca es una máquina simple que consiste en una barra o varilla rígida que puede girar sobre un punto fijo denominado fulcro o punto de apoyo.
La palanca se ideó para vencer una fuerza de resistencia R aplicando una fuerza motriz F más reducida.
Al realizar un movimiento lineal de bajada en un extremo de la palanca, el otro extremo experimenta un movimiento lineal de subida. Por tanto, la palanca nos sirve para transmitir fuerzas o movimientos lineales.

Existen tres tipos de palancas:
a) Palancas de primer grado, que tienen el punto de apoyo (fulcro) entre la fuerza aplicada o potencia y la resistencia a vencer.

b) Palancas de segundo grado, en donde la resistencia a vencer se sitúa entre la fuerza aplicada y el punto de apoyo (fulcro).

c) Palancas de tercer grado, en las que la fuerza aplicada se encuentra entre la resistencia a vencer y el punto de apoyo (fulcro).

La Ley de la palanca es una ecuación que explica el funcionamiento de una palanca, y dice que “La fuerza aplicada por su distancia al punto de apoyo, será igual a la resistencia a vencer por su distancia al punto de apoyo”. Por lo que matemáticamente la podemos expresar así:

F · BM = R · BR

F: Fuerza aplicada o Potencia. 

BM: Brazo Motor, B.Potente o B. de fuerza (distancia de la fuerza al punto de apoyo).

R: Resistencia 

BR: Brazo  Resistente o B. de resistencia (distancia de la resistencia al punto de apoyo)

Esta expresión matemática tiene una interpretación práctica muy importante: “cuanto mayor sea la distancia de la fuerza aplicada al punto de apoyo (brazo motor), menor será el esfuerzo a realizar para vencer una determinada resistencia”.

Por ejemplo, la fuerza necesaria para levantar una piedra con un palo es menor cuanto más lejos del punto de apoyo la aplicamos.

RESUMEN TIPOS DE PALANCAS
 

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LAS POLEAS

Son mecanismos de transmisión lineal del movimiento.

La polea es una rueda con una acanaladura por la que se hace pasar una cuerda o cable, y un agujero en su centro por el que pasa un eje sobre el cual gira. Se utilizan para subir pesos ahorrando esfuerzo.

La carga que se quiere elevar se sujeta a uno de los extremos de la cuerda y desde el otro extremo se tira, provocando así el giro de la polea en torno a su eje.

Existen varios tipos de poleas:
La polea fija o polea simple.

Se trata de una polea donde su eje se fija a un soporte, que la mantiene inmóvil.No proporciona ahorro de esfuerzo para subir una carga ya que la fuerza que hay que aplicar será igual a la resistencia que queremos elevar( F = R).

Sólo se usa para cambiar la dirección o sentido de la fuerza aplicada y hacer más cómodo su alzamiento, ya que nuestro peso nos ayuda a tirar.

La polea móvil, en la que una de las poleas está fija y la otra se mueve arraigada a la resistencia. En este tipo de montaje la fuerza aplicada será la mitad de la resistencia que queramos elevar F= R/2, aúnque también para poder elevar 1 metro la resistencia tendremos que tirar el doble de distancia de la cuerda, es decir 2m.

Los polipastos, son conjuntos de dos o más poleas móviles, y están formados por dos grupos de poleas: las fijas, que son poleas inmóviles, fijas a un soporte, y las móviles, que son las que se mueven con la resistencia.
A medida que aumentamos el número de poleas en un polipasto, el mecanismo es más complejo,
pero permite reducir mucho más el esfuerzo necesario para levantar una carga.
Los polipastos se usan para elevar cargas muy pesadas con mucho menor esfuerzo, lo que teneis que tener en cuenta es que necesitaremos mucha mas distancia de cuerda o cable a medida que aumentemos el nº de poleas.
En general se utliza al siguiente fórmula: F= R/2n (donde n es el nº de poleas móviles) Es decir que la fuerza a aplicar es igual a la resistencia dividida por el doble del número de poleas móviles.

Polipasto de tres poleas móviles

Mirad que polipastos utiliza esta grúa.

TORNO - MANIVELA

Es un mecanismo de transformación del movimiento (circular de la manivela a lineal de la cuerda).
El torno es una máquina simple formado por un cilindro y una manivela, que permite levantar un cuerpo pesado haciendo menos fuerza.
Se puede considerar como una palanca de primer grado cuyos brazos giran 360°. Con la mano giramos la manivela aplicando una fuerza F, el torno gira y la cuerda se enrolla en el cilindro a la vez que eleva la carga. Es una palanca cuyo punto de apoyo es el eje del cilindro y los brazos son la barra de la manivela y el radio del cilindro.

F ·BF = R · BR

En donde el Br es el radio del torno, y BF es la longuitud de la manivela.

Como la longitud de la manivela es mayor que el radio del torno, la fuerza que hacemos con la manivela siempre será menor que la resistencia que levantamos.

Este es un torno manual o "winche" que como podeis ver lleva una reductora para poder multiplicar aún más nuestra fuerza.