mecanismos eso
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PALANCA POLEAS,Y OTROS MECANISMOSTRANSCRIPT
Una máquina es un conjunto de elementos que interactúan entre sí y que es capaz de realizar un
trabajo o aplicar una fuerza. Los elementos que constituyen las máquinas se llaman mecanismos.
Observa las máquinas
Observa detenidamente la figura del libro y contesta en tu cuaderno a las siguientes cuestiones.
Si la corriente de agua tiene la dirección de la flecha:
a.) ¿Cómo gira la noria, en sentido de las agujas del reloj o al contrario?
b.) ¿La naufraga Lara sube o baja?
c.) ¿Cómo hace leña nuestro náufrago Indi?
d.) ¿Cómo obtienen el zumo nuestros náufragos?
e.) Y ¿cómo lavan la ropa?
f.) ¿Qué pasa cuando Hipo suelta la cuerda que tiene en las manos?
g.) La araña-espantaintrusos ¿qué movimientos tiene?
h.) ¿Cómo se obtiene agua en la cueva?
2. Palancas.
Una máquina es un conjunto de dispositivos sencillos que realizan trabajo. La palanca es una
máquina simple. Es una máquina porque es capaz de multiplicar la fuerza y es simple porque está
compuesta de muy pocos elementos: una barra rígida y un punto de apoyo. Con una palanca puedo
levantar mucho peso haciendo poca fuerza.
Ensayo práctico:
En el experimento de la figura, no se hace la misma fuerza en cada una de las flechas azules, con el
dedo, aunque el peso del borrador sea el mismo. Lo que ocurre es que la palanca reduce o aumenta la
fuerza que tú ejerzas dependiendo de dónde la apliques. Este fenómeno se rige por la Ley de la
Palanca.
Cuando una palanca está en equilibrio, se cumple que:
La fuerza por su brazo es igual a la resistencia por su brazo.
F · BF = R · BR
FUERZA: es la que se aplica y se representa por F.
RESISTENCIA: es la que hay que vencer, y se representa por R.
BRAZO: es la distancia del punto de aplicación de la fuerza al punto de apoyo, y se representa por B.
La fuerza y la resistencia (que también es una fuerza) se miden en Newton (N).
Ejemplo Resuelto.
Indi y Lara tienen una masa de 40 kg cada uno. ¿Podrán levantar a Hipo? (Dato: Hipo tiene una masa
de 800 kg).
Lo primero que debemos hacer es expresar la masa en kg, en peso o fuerza en Newton.
PHIPO = m · g = 800 kg · 10 m/s2 = 8.000 N.
PNIÑOS = (mIndi + mLara) · g = (40 kg + 40 kg) · 10 m/s2 = 800 N.
A continuación aplicamos la Ley de la Palanca: F · BF = R · BR ==> 800 N · 10 m = 8.000 N · 1 m
Como los productos son iguales, la palanca se encuentra en equilibrio.
□ Tipos de palancas.
Según la posición relativa de la fuerza, de la resistencia y del punto de apoyo, las palancas se
clasifican en tres tipos:
Palanca de primer grado. Palanca de segundo grado. Palanca de tercer grado.
El punto de apoyo está entre la
fuerza F y la resistencia R.
Dependiendo de la longitud de los
brazos, la fuerza será mayor,
menor o igual que la resistencia.
La resistencia está entre el punto
de apoyo y la fuerza.
Estas palancas tienen ventaja
mecánica; es decir, aplicando
poca fuerza se vence una gran
resistencia.
La fuerza 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.
Existen muchos objetos que son palancas de distintos tipos, fíjate en los siguientes ejemplos.
□ Palancas articuladas.
Uniendo varias palancas con uniones móviles se construyen mecanismos complejos que pueden
realizar funciones más complicadas, como la del vehículo elevador de la derecha. El cuerpo humano
también es un conjunto de palancas acopladas, donde las barras son los huesos, los músculos ejercen
la fuerza y las articulaciones son las uniones móviles.
El cierrre de las dos palancas articuladas de
la base obliga a que el resto de palancas se
cierren. Esto produce el desplazamiento en
vertical del conjunto, que alcanza gran altura.
ACTIVIDAD (para hacerla en el cuaderno)
1. Indica en las siguientes palancas dónde está el punto de apoyo, cuál es la potencia y cuál es la
resistencia y señala si es una palanca de primer, segundo o tercer género.
Solución: Tijeras: la potencia se aplica con las manos, y la resistencia, en el filo de las tijeras. El
punto de apoyo es la articulación de la tijera, luego es una palanca de primer grado.• Carretillas: el
punto de apoyo está en un extremo «apoyándose» en el suelo. La potencia es la fuerza que aplica la
persona con sus manos, y la resistencia es el peso que hay en la carretilla. Es una palanca de segundo
grado.• Pinzas de cocina: la potencia es la fuerza que ejercen los dedos, la resistencia es el peso que
levantamos con las pinzas y el punto de apoyo es el extremo curvado. Es una palanca de tercer
grado.• Pinza: la potencia es la fuerza que se realiza con los dedos. La resistencia es la fuerza que
opone la pinza y el punto de apoyo es la arista de la pinza. Es una palanca de primer grado.
3. Poleas y polipastos.
Para levantar una carga se puede hacer tirando de ella hacia arriba pero suele ser incómodo y está
limitada la altura de elevación.
La polea es una rueda con una hendidura en la llanta por donde se introduce una cuerda o
una correa.
Las poleas sirven para elevar cargas con más comodidad porque cambian la dirección de la fuerza.
Pero lo más importante es que también se puede dividir la fuerza para elevar una gran carga si se
combinan las poleas formando un polipasto.
Un polipasto es un conjunto de poleas combinadas de tal forma que puedo elevar un gran
peso haciendo muy poca fuerza.
Un polipasto está compuesto de una polea fija y una polea móvil. La polea fija solo gira cuando se
tira de la cuerda y la polea móvil gira a la vez que se desplaza hacia arriba. En las ilustraciones
podemos entender cómo es posible disminuir la fuerza aplicada empleando poleas fijas y móviles.
Primer caso: POLEA FIJA.
Para elevar la carga, la fuerza que se
ejerce tiene que ser mayor o igual que la
resistencia. En este caso, la polea gira
pero sin moverse de su sitio, es una polea
fija.
F = R
F = fuerza; R = resistencia
Segundo caso: POLEA MÓVIL.
Una polea móvil divide por dos la fuerza
realizada, pero es necesario recoger el
doble de cuerda.
F = R/2
F = fuerza; R = resistencia
En este caso, el peso cuelga de la polea
móvil, y se reparte entre las dos cuerdas;
es decir, la mitad de peso lo soporta el
tronco y la otra mitad el hipopótamo.
Tercer caso: POLIPASTO.
Con ocho poleas móviles se divide por
dieciséis la fuerza a cambio de recoger
dieciséis veces más longitud de cuerda.
F = R/2n
F = fuerza; R = resistencia y n = número
de poleas móviles.
En este caso, los chicos podrán levantar al
hipopótamo realizando un esfuerzo de
500N (como si levantaran 50 kg).
□ Torno.
Un torno es un cilindro que consta de una manivela
que lo hace girar, de forma que es capaz de levantar
pesos con menos esfuerzo. Se puede considerar como
una palanca de primer género cuyos brazos giran
360º. Observa el dibujo y lo comprenderás:
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
Como la longitud de barra de la manivela es mayor que el radio del torno (cilindro), la fuerza que
hacemos con la manivela siempre será menor que la resistencia que levantamos.
Ejemplos Resueltos.
2. Indica la fuerza que tengo que hacer para levantar la caja de doce litros de leche (120 N) según el
mecanismo que se emplee:
Es una palanca de 2º grado, la
resistencia está entre el punto de
apoyo y la fuerza.
R = 120 N
F = ¿?
BR = 1m
BF = 1m + 3m = 4m
Aplicando la ley de la palanca y
despejando:
F · BF = R · BR
F · 4 = 120 · 1
F = 30 N
Es una polea móvil. El peso se
reparte entre las dos cuerdas.
R = 120 N
F = ¿?
La fuerza que tenemos que
hacer es:
F = R / 2
F = 120 / 2 = 60 N
Es un polipasto con dos poleas
móviles (n = 2). El peso se reparte
entre las dos poleas, y cada polea
reparte su peso entre las dos
cuerdas.
R = 120 N
F = ¿?
n = 2
La fuerza que tenemos que hacer
es:
F = R / 2n F = 120 / 2·2 = 30 N
ACTIVIDAD (para hacerla en el cuaderno)
2. Calcula la fuerza que tienes que hacer para levantar una carga de 100N en cada caso:
Solución: a) F = 100 N. b) F = 150 N. c) F = 100 N. d) F = 50 N
4. Plano inclinado, cuña y tornillo.
□ Plano Inclinado.
El plano inclinado es una rampa que sirve
para elevar cargas realizando menos
esfuerzos.
Con la rampa los chicos pueden subir al
hipopótamo haciendo menos fuerza de lo
que pesa. Cuanto menos inclinada esté la
rampa, menos será la fuerza que tendrá que
hacer, pero entonces recorrerán una
distancia mayor para subir la misma altura.
Si se quiere elevar una altura al
hipopótamo, los chicos tendrán que tirar de
la cuerda con una fuerza F, que siempre
será menor que el peso R.
R = peso del hipopótamo = 8.000 N.
a = altura = 1 m.
b = distancia recorrida = 2 m
F = 8.000 · 1/2 = 4.000 N
□ Cuña.
La cuña es un plano inclinado doble, donde la fuerza que se aplica
perpendicular a la base se transmite multiplicada a las caras de la cuña.
La fuerza aumenta más cuanto mayor longitud tienen las caras y menor
longitud tiene la base.
□ Tornillo.
El tornillo es un plano inclinado, pero
enrollado sobre un cilindro. Cuando se aplica presión y se enrosca, se
multiplica la fuerza aplicada. Cada filete de la rosca hace de cuña,
introduciéndose en el material con poco esfuerzo.
ACTIVIDAD (para hacerla en el cuaderno) 3. Indica los mecanismos simples que aparecen en los siguientes objetos:
a.) Cuchillo.
b.) Broca de taladrar.
c.) Punta de flecha.
d.) Tenazas.
e.) Arado.
f.) Espiral.
g.) Persiana.
h.) Interruptor de la luz.
Solución: a) Cuña. b) Tornillo. c) Cuña. d) Palanca. e) Cuña. f) Tornillo. g) Poleas. h) Palanca.
4. Indica los mecanismos que aparecen en la máquina enderezamuros ideada por el ingeniero griego
Herón de Alejandría en el siglo II a. C. ¿Cómo harías funcionar la máquina si A es un torno? ¿De
qué tipo es la palanca?
Solución: Los mecanismos que aparecen son un torno, un polipasto y una palanca. La máquina se acciona
girando el torno, de forma que se tira de la cuerda del polipasto. Al emplear un torno y un polipasto, se
multiplica la fuerza que hacemos en el extremo de la palanca. La palanca es de segundo grado, porque la
resistencia está entre el punto de apoyo y la potencia. El punto de apoyo está en el suelo, la resistencia es la
fuerza que hay que vencer para enderezar el muro y la potencia es la fuerza que aplicamos en el extremo
superior. En esta máquina, todos los mecanismos tienen ventaja mecánica.
5. Mecanismos de transmisión.
Cuando arrancamos el motor de un coche, para que este se mueva es necesario comunicar el
movimiento del motor a las ruedas. Y esto se hace con mecanismos de transmisión. Los más
importantes son:
Transmisión por engranajes:
Los engranajes son ruedas que
tienen dientes entodo su
perímetro externo y engarzan
unas con otras.
Transmisión por correa:
La correa conduce el movimiento
de una polea a otra.
Transmisión por cadena y
catalina:
Los eslabones de una cadena se
acoplan a los dientes de una
rueda.
□ Transmisión por engranajes.
Para que dos ruedas dentadas engranen entre sí, el tamaño de los dientes de cada una deben ser
iguales.
El engranaje 1 se mueve hacia la derecha (sentido horario), según indica la flecha. El engranaje 2
gira en sentido contrario a 1 (antihorario).
Si el engranaje 1 da una vuelta, el engranaje 2 dará dos vueltas. Esto es debido a que el engranaje 1
tiene el doble de dientes que el engranaje 2.
Como consecuencia, se puede deducir que, el engranaje 2 gira al doble de velocidad que el
engranaje 1 porque tiene la mitad de dientes, y además gira en sentido contrario.
El número de dientes de un engranaje se representa por la letra Z.
Así Z1 = 12 dientes y Z2 = 6 dientes.
La rapidez con la que giran los engranajes se mide con la velocidad angular, se representa con w y
se mide en revoluciones por minuto (r.p.m.).
w1 = 1 rpm y w2 = 2 rpm
Siempre se cumple la siguiente relación:
Z1 · w1 = Z2 · w2
El número de dientes de un engranaje por su velocidad anguar es igual al número de dientes de la
rueda con la que engrana por la velocidad angular a la que la mueve.
Los engranajes transmiten movimientos de giro entre ejes muy próximos y son adecuados cuando
también es necesario transmitir grandes fuerzas, porque los dientes de los engranajes no deslizan
entre sí.
□ Transmisión por correa.
Es un mecanismo compuesto por una correa que conduce el movimiento de una polea a otra. Las
hendiduras de ambas poleas tienen el mismo tamaño y la correa entre ambas debe tener la tensión
adecuada para que se transmita el movimiento.
En la figura del libro, se ha pintado en una polea una cara amarilla y en la otra una flecha blanca en
fondo azul, para distinguir cómo se movería cada una.
Como se puede deducir, la polea pequeña gira al doble de velocidad
porque tiene la mitad de diámetro.
La ecuación que relaciona el movimiento de dos poleas unidas por una
correa es:
D1 · w1 = D2 · w2
donde D1 y D2 son los diámetros de las poleas y,
w1 y w2 son sus velocidades angulares.
La transmisión por correa es más silenciosa que la transmisión por
engranajes, pero la correa puede patinar cuando quieres transmitir mucho
esfuerzo. Sin embargo, a veces esto puede ser positivo porque la correa
absorbe las frenadas o los acelerones del motor.
Ejemplos Resueltos.
3. Un sistema de transmisión por correa tiene una polea de 9 cm de diámetro y otra de 3 cm. La polea
grande gira a una velocidad de 100 rpm. Calcula la velocidad de la polea pequeña.
Datos del enunciado: w1 = 100 rpm; D1 = 9 cm; D2 = 3 cm. w2 = ¿? rpm.
D1 · w1 = D2 · w2
despejando w2 = 300 rpm.
ACTIVIDAD (para hacerla en el cuaderno)
5. Las correas de las poleas también pueden ir cruzadas. En el dibujo, indica hacia dónde gira cada
polea con una flecha. En cada caso, ¿cuál gira más deprisa?
Solución: a) 2 gira más deprisa. b) 1 gira más deprisa. c) Giran a la misma velocidad. d) 1, 2 y 3
giran a la misma velocidad.
□ Transmisión por cadena. Es un mecanismo compuesto por una cadena y ruedas dentadas.
Se cumple la ecuación de equilibrio de la transmisión por engranajes:
Z1 · w1 = Z2 · w2
donde Z1 y Z2 son los números de dientes de las ruedas y, w1 y w2 son sus velocidades
angulares.
□ Tornillo sin fin y rueda. Es otra forma de transmisión de movimientos pero entre
ejes que son perpendiculares entre sí.
La rosca del tornillo engrana con los dientes del
engranaje. Cada vuelta de tornillo, la rueda dentada
avanza un diente. Para que la rueda dentada dé una vuelta
completa, el tornillo tiene que girar tantas veces como
dientes tiene el engranaje.
El sistema no funciona a la inversa, la rueda no puede
movel al tornillo porque se bloquea.
□ Relación de transmisión.
Cuando se transmite un movimiento, también se transmite energía, y esta se puede usar en elevar una
carga, o en mover otro mecanismo a más o menos velocidad.
La relación de transmisión es el cociente de las velocidades de los dos elementos que
se mueven y se representa por r.
r = wconducida / wmotriz
La velocidad motriz es la del elemento que acciona el mecanismo, y la conducida, la del elemento
que recibe el movimiento. Por ejemplo, en el caso del tornillo sin fin y rueda, el tornillo es el
elemento motriz, y la rueda, el conducido.
Cuando la velocidad conducida es mayor que la motriz, se dice que el sistema es multiplicador de
velocidad. Si la velocidad conducida es menor que la motriz, se dice que el sistema es reductor de
velocidad. Esto se puede resumir de la siguiente manera:
Si r > 1. El sistema es multiplicador de velocidad.
Si r < 1. El sistema es reductor de velocidad.
Si r = 1. El sistema es igualador de velocidad.
□ Trenes de mecanismos.
Los trenes de mecanismos son la unión de varios mecanismos simples. Por ejemplo, los relojes
analógicos tienen muchos engranajes, unos acoplados a otros. A continuación vamos a ver varios
ejemplos:
a.) Sistema de transmisión reductor.
Para unir un sistema de poleas a un sistema de engranajes, es necesario que una polea y un engranaje
estén en el mismo eje y giren a la misma velocidad; es decir, que sean solidarios.
La polea 1 mueve a la polea 2 y al engranaje 3. El engranaje 3 conduce su movimiento al engranaje
4. Este es un ejemplo de sistema de transmisión reductor, porque la velocidad de los elementos
conducidos es menor que la de los elementos motrices.
b.) Tren de poleas.
Cuando queremos reducir la velocidad de un motor, se puede hacer con varias poleas unidas con
correa. Por ejemplo:
La polea 1 mueve a las poleas 2 y 3, que son solidarias; es decir, que comparten el eje. A su vez la
polea 3 mueve a la polea 4. De esta forma se transmite el movimiento del eje 1 al 2, y del eje 2 al 3,
reduciéndose la velocidad en cada paso; es decir, que w1 es menor que w2 y w2 es menor que w3.
Pero en este proceso la energía transmitida a cada elemento es la misma, es decir, que al reducir la
velocidad aumenta la fuerza. El eje 3 es el más lento, pero es el más fuerte y es capaz de elevar más
peso cuando se enrolla la cuerda de donde cuelga.
c.) Tren de engranajes.
Si queremos aumentar la velocidad de un mecanismo se utilizan varios engranajes o poleas
acoplados, pasando de mayor a menor tamaño.
El engranaje 1 mueve al engranaje 2 y este a su vez al 3. Al ser el engranaje 1 el de mayor tamaño, su
movimiento es el más lento. Por el contrario, el engranaje 3 es el más pequeño, pero tiene un
movimiento más rápido.
La energía mecánica es igual para todos los elementos de un mecanismo, por tanto, el que gira más
rápido tiene menos fuerza en su eje, y el que gira más despacio tiene más fuerza. En este caso, el eje
1 es el más lento, pero es el que eleva más peso.
□ Mecanismos de Transformación.
Los mecanismos de transformación son los que cambian el tipo de movimiento, de lineal a circular, o
a la inversa, y de alternativo a circular, o viceversa. Los más importantes son:
Piñón cremallera y husillo-tuerca: para transformaciones de movimiento circular en lineal o lineal a circular.
Biela-manivela, excéntrica, cigüeñal y leva: para transformaciones de movimiento circular en alternativo.
a.) Piñón cremallera.
Es un sistema compuesto por un engranaje, llamado
piñón, y una barra dentada. Los dientes del piñón
engranan en los de la barra, de forma que un
movimiento de giro del piñón produce un
desplazamiento lineal de la barra. También puede
funcionar a la inversa; es decir, que un movimiento
lineal se transforme en un movimiento de giro.
Algunas aplicaciones del mecanismo de piñón cremallera son:
Mecanismo de un elevalunas:
Al girar la manivela del elevalunas, se mueve
el piñón, la cremallera se desplaza y produce
el ascenso de la luna. Cuando se gira la
manivela al revés, la cremallera se mueve en
sentido contrario y el cristal baja.
Mecanismo de dirección de un coche:
Al girar el volante, se produce un desplazamiento
lineal de la cremallera que mueve las palancas y
obliga a girar a las ruedas en el mismo sentido.
b.) Husillo-tuerca.
Está compuesto de un eje roscado (husillo) y una tuerca con la misma rosca que el eje. Si se gira la
tuerca, esta se desplaza linealmente sobre el husillo; y al revés, si giro el husillo, también se desplaza
la tuerca.
Al girar la manivela del gato, gira la tuerca y avanza por el husillo
linealmente de forma que se cierran las barras articuladas.
ACTIVIDAD (para hacerla en el cuaderno) 6. Observa el dibujo y contesta:
a.) ¿Qué sucede cuando se pone en marcha el motor 1?
b.) ¿Qué mecanismos hacen que se estire la escalera?
c.) ¿Encuentras algún fallo en el diseño de este camión?
Solución: a) Que el coche avanza y la escalera se levanta. b) Mecanismo
piñón-cremallera. c) Que no se mueven de forma independiente el coche y
la escalera.
□ Mecanismos de transformación de movimiento circular
a alternativo.
a.) Biela-manivela.
Es un mecanismo compuesto de dos barras articuladas, de
forma que una gira y la otra se desplaza por una guía. La
barra que gira se llama manivela, y la otra, biela. Este
sistema transforma un movimiento circular en un
movimiento alternativo o de vaivén.
La transformación del movimiento sigue los siguientes pasos:
Esta secuencia de movimientos es importante para luego entender mejor el funcionamiento de la
excéntrica y el cigüeñal.
□ Excéntrica. Convierte el movimiento circular en alternativo y a la inversa.
La excéntrica es una rueda que tiene una barra rígida unida en un punto de su perímetro.
En realidad, la rueda excéntrica es una manivela con forma circular,
por lo que funciona igual que un sistema biela-manivela.
□ El cigüeñal.
Es un sistema que transforma simultáneamente un movimiento de
giro en varios movimientos alternativos.
El cigüeñal es un sistema compuesto por la unión de múltiples manivelas acopladas a sus
correspondientes bielas.
En el esquema vemos que con el movimiento giratorio del cigüeñal
se producen dos movimientos alternativos, el de la biela A y el de
la biela B.
□ Leva y seguidor.
La leva transforma un movimiento de giro en un movimiento lineal
alternativo.
La leva es un dispositivo que al girar es capaz de accionar un elemento al que no está unido y
moverlo de forma alternativa.
En el esquema, la leva tiene forma ovoide, y el seguidor, rectangular.
El seguidor solo transmitirá el movimiento lineal cuando la parte
saliente de la leva entre en contacto con el mismo.
ACTIVIDADES (para hacerla en el cuaderno) 7. Observa juguetes mecánicos y describe qué mecanismo los hace funcionar y los movimientos que
realiza cada uno.
a.) Un caballito que trota.
b.) Un gusano que se encoge y se estira.
c.) Un muñeco que mueve la cabeza hacia los lados.
Solución: a) Cigüeñal: el caballo realiza un movimiento de sube y
baja. b) Sistema de transmisión por correo y excéntrica. c)
Cigüeñal y biela: el muñeco cabecea porque las bielas realizan un
movimiento alternativo.
8. De las siguientes afirmaciones, indica cuáles son verdaderas y cuáles falsas.
a.) La manivela es un elemento que gira y está unida a la biela.
b.) La biela es una barra que gira alternativamente.
c.) El cigüeñal transforma varios movimientos de giro en un solo movimiento lineal.
d.) El seguidor y la biela son elementos que realizan movimientos de vaivén.
Solución: a) Verdadera. b) Falsa. c) Falsa. d) Verdadera.
6. Las Máquinas Térmicas.
Las máquinas térmicas transforman la energía térmica en energía mecánica (movimiento).
Las máquinas térmicas, según la forma de realizar la combustión del combustible, pueden ser de dos tipos:
De combustión externa: el combustible se quema fuera del motor, como en el caso de una máquina de
vapor.
De combustión interna: el combustible se quema dentro de la máquina, como en el motor de un coche.
□ Combustión externa: la máquina de vapor.
La máquina de vapor de Watt se hizo muy popular gracias al tren, a los barcos de vapor y a multitud
de máquinas que sustituyeron el trabajo manual. Aparecieron nuevas profesiones: mineros (se
necesitaba mucho carbón), mecánicos, etc., con lo que emergió una nueva clase social, la clase
obrera.
Analizando los pasos del movimiento del pistón:
□ Combustión interna.
Los motores de combustión interna son más eficientes porque el calor se produce dentro de la
máquina y, por tanto, hay menos pérdidas de energía.
Los motores de combustión interna que vamos a estudiar son el de cuatro tiempos, el de dos tiempos
y el motor diésel.
El motor de cuatro tiempos.
De los motores de combustión interna, el más utilizado es el motor de cuatro tiempos, que es el que
usan la mayoría de los coches. Para que un motor genere energía necesita el combustible y el aire
(que tiene oxígeno, gas necesario para quemar el combustible).
Se llama de cuatro tiempos porque tiene cuatro fases bien diferenciadas.
1. ADMISIÓN.
La válvula A se abre; entran el aire y el combustible
(gasolina pulverizada) en el cilindro. Baja el pistón,
se hace el vacío y ayuda a que entre mejor la
mezcla.
2. COMPRESIÓN.
Al subir el pistón, se cierran las válvulas A y E y se
comprime la mezcla (gasolina y aire). Para que
suba el pistón la primera vez, hay que ayudarse con
un motor de arranque alimentado por la batería del
coche. Después, ya sube por el propio giro del
cigüeñal.
3. EXPLOSIÓN.
Cuando la mezcla está muy comprimida, la bujía
lanza una chispa que hace explotar la mezcla. Los
gases muy calientes se expanden y hacen bajar el
pistón.
4. ESCAPE.
Se abre la válvula E (escape) y, al subir el pistón,
expulsa los gases producidos en la combustión a
través de dicha válvula. Los gases pasan al tubo de
escape, que los envía al exterior. Se vuelve a
empezar el ciclo admisión-compresión-explosión,
escape y así sucesivamente.
El motor de dos tiempos.
Es un motor más sencillo que se utiliza mucho en las motos, cortadoras de cesped, etc. Al igual que
el de cuatro tiempos, tiene que admitir combustible, comprimirlo, explotar y expulsar los gases, pero
lo hace en solo dos fases en un solo cilindro:
1. COMPRESIÓN-EXPLOSIÓN.
El pistón sube y comprime la mezcla. Cuando está
arriba del todo, se enciende la bujía provocando la
explosión de la mezcla. Los gases calentados a alta
temperatura se expanden y hacen descender el pistón
con mucha energía.
Empieza el escape de los gases al llegar a la lumbrera E.
2. ESCAPE-ADMISIÓN.
Cuando el pistón está abajo, salen por el escape los
gases procedentes de la anterior combustión y, al
mismo tiempo, entra por la lumbrera A (gracias a la
bomba de soplado) la mezcla de aire y gasolina. Por
último, el pistón sube y comienza otra vez la
compresión-explosión.
A pesar de que se les pone aceite para eliminar el rozamiento, con tanto sube y baja, los cilindros y
los pistones se calientan, por lo que hay que refrigerarlos. En el caso de las motos son fácilmente
visibles las rejillas de ventilación, que al tener tanta superficie pueden intercambiar mucho calor con
el aire exterior.
El motor diesel.
En los motores diésel se usa un combustible llamado gasoil (o gasóleo) y no tienen bujía. La mezcla
del aire y el combustible se comprime tanto que alcanza los 600ºC, de temperatura a la que explota la
mezcla sin necesidad de la chispa de la bujía.
NOTA: ºº La cilindrada.
Una moto de 500 quiere decir que tiene 500 cm3 (medio litro) de capacidad en sus
cilindros. Si tienes que calcular el volumen de un cilindro debes saber la expresión:
donde r es el radio del cilindro, y h la altura (carrera que recorre el pistón).
ACTIVIDADES (para hacerla en el cuaderno) 9. Señala si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a.) El motor de cuatro tiempos se llama así porque tiene cuatro cilindros.
b.) Los motores diésel no necesitan bujías.
c.) La cilindrada de un motor se refiere al número de cilindros que tiene.
d.) En el motor de dos tiempos el escape y la admisión se llaman lumbreras.
Solución: a) Falso. b) Verdadero. c) Falso. d) Verdadero.
Actividades de Refuerzo. (para hacer en el cuaderno).
13. Indica para cada caso hacia dónde se inclina la balanza, hacia la derecha, la izquierda o si está
equilibrada.
Solución:
a) Hacia la izquierda (regla de la palanca 1 · 3 > 1 · 2). b) Está equilibrada (1 · 4 = 2 · 2).
c) Hacia la derecha (1 · 1 < 1 · 4). d) Hacia la izquierda (1 · 3 > 1 · 2).
e) Hacia la derecha (2 · 4 < 3 · 3). f) Hacia la izquierda (2 · 4 > 3 · 2).
14. ¿Qué mecanismos se pueden emplear si tengo que subir un piano de cola hasta un sexto piso para
que entre por la ventana? Solución: Un polipasto.
15. Explica las diferencias de un sistema de transmisión por cadena y de otro de transmisión por
correa. ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene cada uno de ellos? Haz un dibujo de cada sistema.
Solución: La cadena utiliza cadena y ruedas dentadas. La correa utiliza poleas y correa. Ventajas: la
cadena transmite mayores esfuerzos y la correa absorbe frenadas y acelerones sin romperse.
Inconveniente: La cadena es más cara y más ruidosa y la correa es más frágil.
16. Rellena las casillas con las partes de la máquina de vapor del dibujo.
Solución: Caldera, Horno, Válvula, Pistón, Cilindro, Válvula, Condensador, Biela/Cigüeñal.
17. Justifica cuáles de estas máquinas son de combustión externa y cuáles son de combustión interna.
a.) Locomotora.
b.) Coche.
c.) Olla a presión.
Solución: De combustión externa: locomotora y olla a presión, porque el combustible se quema fuera
de la caldera. De combustión interna: coche, porque el combustible se quema dentro del motor.
18. La grúa de la figura necesita levantar un palet de sacos
de cemento que pesa 5.000N. El contrapeso es de 10.000N
y está colocado a 5m de la torre. ¿A qué distancia de la
torre se elevará el palet para que no sufra la estructura?
Solución: Aplicando la ley de la palanca y sustituyendo: F
· BF = R · BR → 5000 N · BF = 10 000 N · 5 m → BF =
10 m. Hay que colocarlo a diez metros.
19. Si tengo una fuerza de 500N, ¿cuánta carga seré capaz de
transportar en la carretilla de la figura?
Solución: Aplicando la ley de la palanca y sustituyendo: F · BF = R
· BR → 500 N · 1 m = R · 0,4 m → R = 1250 N. Por tanto,
podremos transportar 1250 N.
20. Analiza los siguientes trenes de mecanismos e indica con una flecha en qué sentido giran y qué
elemento gira más despacio.
Solución: a) 2 gira más despacio. 1 y 2 giran en sentidos opuestos. b) 3 gira más despacio. 1 y 3 giran
en sentido opuesto a 2. c) 3 gira más despacio. 1 y 3 giran en sentido opuesto a 2. d) 1 gira más
despacio. 1 y 2 giran en el mismo sentido. e) 5 gira más despacio. 1, 3, 4 y 5 giran en sentido opuesto
a 2.
21. Para que el caracol mecánico se mueva, hay que darle
cuerda para enrollar la espiral del muelle. Al soltar la
llave se desenrolla y mueve los engranajes.
a.) Dibuja con una flecha en qué sentido se mueve cada
engranaje si la llave lo hace en sentido contrario a las
agujas del reloj (antihorario: AH).
b.) ¿El caracol se mueve hacia delante o hacia atrás?
c.) ¿El caracol se mueve más rápido o más despacio que
la llave?
Solución: a.) Amarilla: AH, Roja: H, Violeta: H y Roja: AH. b) Hacia adelante. c) Más rápido,
porque los engranajes acoplados al eje de la rueda son más pequeños que los de la llave, por lo que se
multiplica la velocidad.
22. Observa el sistema de transmisión de la figura y contesta:
a.) Cómo se llama el sistema formado por 1 y 2. Solución: a) Sistema de transmisión por cadena.
b.) Cómo se llama el sistema formado por 3 y 4. Solución: b) Sistema de transmisión por correa.
c.) Si 1 gira a la derecha (horario), indica con una flecha en qué dirección gira cada elemento.
Solución: c) Todas en sentido horario.
d.) Si 1 da 6 vueltas, ¿cuántas vueltas da 2? Solución: d) Z1 · ω1 = Z2 · ω2 → 4 · 6 rpm = 16 · ω2 →
ω2= 1,5 rpm
e.) Si 3 gira a 1,5 r.p.m. y mide 10 cm, ¿qué velocidad tiene 4 si mide 2 cm de diámetro? Solución: e)
Φ3 · ω3 = Φ4 · ω4 → 10 cm · 1,5 rpm = 2 cm · ω4 → ω4 = 75 rpm
f.) Calcula la relación de transmisión entre 1 y 4. Solución: f) r = ω4 / ω1 = 75 rpm / 6 rpm = 12,5
23. Rodea con un círculo la respuesta correcta.
a.) A tiene más / igual / menos fuerza que B.
b.) B tiene más / igual / menos fuerza que C.
c.) C tiene más / igual / menos fuerza que D.
d.) D tiene más / igual / menos fuerza que A.
Solución: a) A tiene menos fuerza que B. b) B tiene igual fuerza que C. c) C tiene menos fuerza que
D. d) D tiene más fuerza que A.
24. ¿En qué fases se encuentran los cilindros de la ilustración?
Admisión, compresión, explosión o escape.
Solución: Compresión y escape.
25. Describe las diferencias entre el motor de un automóvil y el
de una moto.
Solución: La diferencia es que el motor del coche es de cuatro
tiempos, y el de la moto, de dos.
26. Indica la fuerza que hay que ejercer en cada uno de los casos siguientes:
Solución: a) 100 N. c) 3600 N. b) 200 N. d) 1000 N.
27. En un sistema de transmisión por engranajes, el engranaje A, que tiene 20 dientes, gira a 5
vueltas por minuto y mueve a B, que tiene 100 dientes.
a.) Haz un dibujo del sistema.
b.) ¿A qué velocidad angular gira B?
c.) ¿Qué engranaje tiene más fuerza en su eje?
Solución: b.) Se aplica la ecuación de equilibrio: ZA · ωA = ZB · ωB → 20 · 5 rpm = 100 · ωB →
ωB = 1 rpm. c) El B, porque gira más despacio.
28. Si quiero empujar un coche que pesa 8.000N por una cuesta que tiene 100m de longitud y 1
metro de altura, ¿podré hacerlo si empujo con una fuerza de 300N?
Solución: En un plano inclinado se cumple: F = R · a / b. Datos: • R = 8000 N, • a = altura = 1 m, • b
= distancia recorrida = 100 m. Por tanto: F = 8000 · 1 / 100 = 80 N. Sí, porque con una fuerza de 80
N ya es suficiente para arrastrar el vehículo.