Principis de Mecànica i Màquines Simples: Guia Completa

Principis de Mecànica i Màquines Simples

Augment de la Força

Palanca

La palanca és una màquina simple que permet augmentar la força aplicada. La seva relació es defineix per la fórmula:

F · d1 = R · d2

on F és la força aplicada, d1 és la distància al punt de suport, R és la resistència i d2 és la distància de la resistència al punt de suport. La relació de força (avantatge mecànic) és i = R/F.

Politges

Una politja és una roda que gira sobre el seu eix i per la qual passa una corda. A un extrem de la corda hi ha el pes (resistència) i a l'altre la força necessària per pujar-lo.

Polispast

Un polispast és un sistema format per una combinació de politges fixes i mòbils. La força necessària per aixecar una càrrega es calcula amb la fórmula:

F = (R + Q) / (2 · N)

on R és la resistència, Q és el pes de la politja mòbil i N és el nombre de trams de corda que suporten la càrrega.

Pla Inclinat

Una superfície plana amb un extrem elevat, utilitzada per pujar o baixar càrregues quan no és possible fer-ho amb un polispast.

• Els Cargols: Les rosques són plans inclinats que s'enrotllen al voltant d'una superfície cilíndrica. La distància entre crestes es diu pas de la rosca (p).

  Les relacions de força són:

  R = (2 · F · π · r) / p

  F = (R · p) / (2 · π · r)

  on r és el radi del cargol i p és el pas de la rosca expressat en metres.

• Falques o Tascons: Peces, normalment fetes d'acer i de forma prismàtica, utilitzades per esberlar pedres o troncs d'arbre.

Transmissió de Moviment

Mecanismes que transfereixen el moviment d'un element a un altre, mantenint el tipus de moviment (rotatori a rotatori, per exemple).

• Engranatges: Rodes dentades que encaixen les unes amb les altres per transmetre el moviment. La relació de velocitats es defineix per:

  Z1 · ω1 = Z2 · ω2

  on Z és el nombre de dents i ω és la velocitat angular.

• Cadena: Les baules d'una cadena s'acoblen a les dents de les rodes dentades (pinyons) per transmetre el moviment.
• Corretja: Transmet el moviment d'una politja a l'altra. La relació de velocitats es defineix per:

  Ø1 · ω1 = Ø2 · ω2

  on Ø és el diàmetre de la politja i ω és la velocitat angular.

Transformació de Moviment

Mecanismes que canvien el tipus de moviment (de lineal a circular o viceversa, i d'alternatiu a circular o viceversa).

• Pinyó-cadena: Sistema format per un engranatge (pinyó) i una barra dentada (cremallera).
• Cargol-femella: Format per un eix roscat (cargol) i una femella amb la mateixa rosca que l'eix.
• Biela-manovella: Mecanisme format per dues barres articulades. Quan una gira, l'altra es desplaça per una guia.

Altres Mecanismes

Torn

És un cilindre que consta d'una maneta que el fa girar, de manera que és capaç d'aixecar pesos amb menys esforç. Funciona com una palanca de primer grau, on els braços giren 360º. Les relacions de força són:

F · Bf = R · Br

F = (R · h) / L

on Bf és el braç de la força al torn i Br és el braç de la resistència al torn.

Motors de Combustió Interna

Mecanismes que generen energia mecànica a partir de la combustió d'un combustible dins d'una cambra tancada.

Motor de Quatre Temps

Comuns en cotxes, funcionen en quatre passos:

1. Admissió: Entra el combustible i el pistó baixa.
2. Compressió: Es comprimeix la mescla del combustible.
3. Explosió: Una guspira fa explotar la mescla i els gasos s'expandeixen per fer baixar el pistó.
4. Escapament: S'obre la vàlvula i els gasos surten perquè el pistó els fa pujar.

Motor de Dos Temps

Comuns en motos, funcionen en dos passos:

1. Compressió-Explosió: El pistó puja i comprimeix la mescla, que explota.
2. Escapament-Admissió: Els gasos surten i entra nova mescla.

Motor Dièsel

Utilitzen gasoil com a combustible i no necessiten bugia. La mescla s'escalfa i s'inflama per la pròpia pressió de la compressió.