1.º ESO · Tecnología y Digitalización · Mecanismos
Mecanismos y máquinas simples
Una bicicleta, un reloj, una grúa o un sacapuntas: todos esconden mecanismos que transmiten o transforman el movimiento. Aquí aprenderás a identificar palancas, poleas, engranajes, piñón-cremallera y biela-manivela, y a calcular la relación de transmisión, con simuladores 3D para verlo funcionar.
¿Qué es un mecanismo?
Un mecanismo es un conjunto de elementos que transmite o transforma un movimiento desde un elemento motor (el que da la fuerza) hasta un elemento conducido (el que recibe el movimiento), normalmente para realizar un trabajo con menos esfuerzo. Pedaleas (motor) y la cadena mueve la rueda (conducido): eso es un mecanismo.
Los mecanismos se dividen en dos grandes familias según lo que hacen con el movimiento:
- De transmisión: el movimiento no cambia de tipo (de giro a giro). Ejemplos: engranajes, poleas con correa.
- De transformación: el movimiento cambia de tipo (de giro a lineal, o al revés). Ejemplos: piñón-cremallera, biela-manivela.
Las máquinas simples
Antes de las máquinas complejas están las máquinas simples: dispositivos básicos que multiplican o cambian la dirección de una fuerza. Las tres fundamentales son:
- La palanca: una barra rígida que gira sobre un punto de apoyo (fulcro). Según dónde estén el apoyo, la fuerza y la resistencia, hay tres géneros de palanca.
- La rueda y el eje: como un volante o un pomo; un giro grande en la rueda mueve poco el eje con mucha fuerza.
- El plano inclinado: una rampa permite subir una carga con menos fuerza, a cambio de recorrer más distancia.
En una palanca se cumple la ley de la palanca: la fuerza por su distancia al apoyo (su «brazo») es igual a la resistencia por el suyo. Por eso con una palanca larga levantas algo pesado con poco esfuerzo.
Mini-ejercicio
En un balancín de parque, el punto de apoyo está en el centro, entre las dos personas. ¿De qué género es esa palanca?
Mecanismos de transmisión
Transmiten el giro de un eje a otro sin cambiar el tipo de movimiento:
- Engranajes: dos ruedas dentadas que encajan. Giran en sentidos contrarios y permiten cambiar la velocidad y la fuerza según sus dientes.
- Poleas con correa (o cadena): dos ruedas unidas por una correa. Transmiten el giro a distancia y en el mismo sentido (con cadena, como la bici).
- Ruedas de fricción: dos ruedas lisas que se tocan; sencillas pero pueden patinar.
En una transmisión por correa o cadena, la rueda motriz arrastra a la conducida a distancia. Si la conducida es más grande, gira más despacio pero con más fuerza: es lo que pasa al cambiar de marcha en la bicicleta.
Mecanismos de transformación
Cambian el tipo de movimiento, normalmente de giratorio a lineal o viceversa:
- Piñón-cremallera: una rueda dentada (piñón) engrana con una barra dentada (cremallera). El giro del piñón se convierte en desplazamiento lineal de la cremallera. Se usa en la dirección de los coches.
- Biela-manivela: transforma el giro de una manivela en un movimiento lineal de vaivén (y al revés). Es el corazón del motor de explosión: el pistón sube y baja, el cigüeñal gira.
- Tornillo-tuerca: al girar el tornillo, la tuerca avanza en línea recta. Mucha fuerza, poco avance (un gato de coche).
La relación de transmisión
Cuando dos ruedas (engranajes o poleas) están conectadas, la relación de transmisión dice cuánto cambia la velocidad. Se calcula dividiendo los dientes (o el diámetro) de la rueda conducida entre los de la motriz:
Fórmula
i = dientes conducida ÷ dientes motriz. Si i > 1 el sistema reduce la velocidad (y aumenta la fuerza); si i < 1 la aumenta (y pierde fuerza).
Calcula
Un piñón motriz de 10 dientes mueve una rueda conducida de 40 dientes. ¿Cuál es la relación de transmisión?
El proyecto: Liga de Catapultas
Una catapulta es una palanca en acción. En el proyecto final de la unidad construirás la tuya, calcularás dónde poner el apoyo para lanzar más lejos y competirás con tus compañeros aplicando todo lo aprendido sobre palancas y fuerzas.
Dudas frecuentes
¿Qué es un mecanismo?
Es un conjunto de elementos que transmite o transforma un movimiento desde un elemento motor hasta un elemento conducido, normalmente para realizar un trabajo con menos esfuerzo.
¿Qué diferencia hay entre transmitir y transformar el movimiento?
Transmitir mantiene el tipo de movimiento (rotación a rotación, como dos engranajes). Transformar lo cambia (rotación a movimiento lineal, como el piñón-cremallera).
¿Cómo se calcula la relación de transmisión?
Se divide el número de dientes (o el diámetro) de la rueda conducida entre el de la motriz. Si es mayor que 1 reduce la velocidad; si es menor que 1, la aumenta.
¿Para qué sirve una polea?
Una polea fija cambia la dirección de la fuerza (tiras hacia abajo para subir algo). Una polea móvil o un polipasto permiten levantar una carga con menos esfuerzo.
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Los 4 simuladores 3D, ejercicios autocorregibles, repaso y el proyecto «Liga de Catapultas». Se abre a pantalla completa.
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