Màquines i Eines: Conceptes Bàsics i Principis Físics

Què és una màquina?

Màquina: conjunt de peces que permeten aprofitar, transformar, dirigir o regular l'acció d'una força, muscular o d'altres orígens, amb l'objectiu d'ajudar les persones en les seves feines diàries. Està formada per mecanismes compostos de peces acoblades entre si, la qual cosa permet transformar l'energia que rep en una altra forma d'energia.

Què és una eina?

Eina: estri manual que s'utilitza per treballar materials. Quan les eines es munten en màquines que substitueixen l'acció de l'ésser humà per una sèrie de moviments mecànics, s'obté una màquina eina.

Parts principals d'una màquina

• Estructura: (suports, peus, etc.) és constituïda per una sèrie d'elements units entre si que serveixen de suport als mecanismes de la màquina.
• Mecanismes: formats per un conjunt de peces (eixos, rodes, politges, engranatges...) que, acoblades entre si, transmeten, modifiquen o regulen l'energia o les forces que actuen en una màquina.

Tipus de moviments mecànics

Rectilini: És el que es desplaça en una trajectòria en línia recta, tant en sentit horitzontal com en vertical.

Curvilini: És el que es desplaça en línia corba.

Alternatiu: És aquell que es fa en la mateixa direcció i en sentit diferent de manera alternativa, és a dir, que té una trajectòria d'anada i una de tornada.

Principis físics de les màquines

La força (F)

La força (F) és tota causa capaç de modificar l'estat en repòs o de moviment d'un cos. S'expressa en newtons (N).

El treball (W)

El treball (W) és el resultat que s'obté en aplicar una força a un cos i fer que aquest es desplaci en un espai determinat. S'expressa en joules (J).

El rendiment mecànic

En qualsevol màquina, el treball subministrat o treball motor (Wm), i el que realment realitza la màquina, o treball útil (Wu), no són iguals, ja que una part del treball motor es transforma generalment en calor dins de la mateixa màquina. Així doncs, el rendiment mecànic (η) és la relació entre el treball útil obtingut per la màquina i el treball motor aplicat per obtenir aquest treball.

Màquines simples

Són les que utilitzen i transformen l'energia muscular i serveixen de base per al disseny i la construcció d'altres màquines. Exemples: palanca, pla inclinat, roda, cargol, manovella, torn.

Màquines complexes

Són formades per mecanismes que transformen el moviment des de l'element motriu fins a la resta de components que executen el treball per al qual està dissenyada la màquina.

Tipus de màquines complexes

• Motrius/Motors: Són les que converteixen en energia mecànica altres formes d'energia, com ara l'energia hidràulica o l'elèctrica.
• Generadores: Són les que reben energia hidràulica, eòlica, fòssil, etc., i la transformen en energia elèctrica, ex: alternadors i dinamos.
• Operatives: Són les que transformen un tipus d'energia en treball útil.

La palanca

Una barra llarga i rígida que es recolza en un punt de suport anomenat fulcre, sobre el qual gira, i que es pot trobar en qualsevol lloc de la seva llargada. En aplicar en un punt de la barra una força relativament petita, que s'anomena potència, aquesta permet vèncer una altra força més gran, la resistència, situada en un altre punt de la barra.

Tipus de palanques

• Primer gènere: Són les que tenen el fulcre situat entre la potència i la resistència. Ex: tisores.
• Segon gènere: Són les que tenen la resistència entre la potència i el fulcre. Ex: trencanous.
• Tercer gènere: Són les que tenen la potència situada entre el fulcre i la resistència. Ex: pinces.

Llei de la palanca

La potència (F) multiplicada per la seva distància al fulcre (d1) és igual a la resistència (R) multiplicada per la seva distància al fulcre (d2).

El pla inclinat

Pla que té una inclinació determinada, serveix per desplaçar un objecte des d'un nivell fins a un altre més elevat amb menys esforç.

F = (P · h) / l

F = força necessària per traslladar un pes (P) des d'una posició fins a una altra a una alçada (h), dividit entre la longitud (l).