CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN

CAPÍTULO I

Física

Ciencia Fundamental en muchos campos

científicos.

Se ocupa de explicar los fenómenos físicos de la naturaleza, la mecánica es una rama que estudia los movimientos y las fuerzas

Método Científico

Observación de un fenómeno Hipótesis Experimentación Resultados (acuerdo) Ley Física (si es

reproducible y existe acuerdo)

Mediciones

Medición: comparar una Magnitud Física con un Patrón y asignarle cantidad Magnitud Física: Fenómeno observable y medible Cantidad: Cuantificación de la magnitud MEDIDA UNIDAD CANTIDAD

SISTEMA DE UNIDADES

• Las magnitudes fundamentales forman la base del sistema

• Antiguamente se utilizaron muchos sistemas:

• MKS, CGS, técnico de unidades, etc.

• Hoy en día se utilizan solamente 2

• Sistema Internacional de Unidades (m, kg, s)

SISTEMA INTERNACIONAL DE

UNIDADES

TIPOS DE MAGNITUDES FÍSICAS

MAGNITUDES ESCALARES

• Para su medición es suficiente comparar con una cantidad patrón (unidad)

• Quedan determinadas por un número real. Su álgebra operacional es el álgebra de los Número Reales.

• Se suman por acumulación

• Masa, energía, tiempo, presión, carga eléctrica, volumen, cantidad de sustancia, etc

TIPOS DE MAGNITUDES FÍSICAS

MAGNITUDES VECTORIALES

• Para su medición es necesario su módulo (medida de la cantidad), dirección y sentido.

• El tratamiento matemático se hace a través de un “ente matemático) llamado “Vector”. Su álgebra operacional es el álgebra vectorial.

• Se suman por la regla del polígono.

EJEMPLO

 Fenómeno: Movimiento  Magnitud: Velocidad

 Cantidad: Velocidad de la pelota lanzada  Unidad:

 SI m/s (2m/s)

 Sistema Inglés ft/s (6,5 ft/s)

 C.G.S cm/s (200 cm/s)

 La CANTIDAD NO DEPENDE de la unidad utilizada.

FUERZAS

Definición:

Una fuerza es una acción tal que aplicada sobre un cuerpo es capaz de modificar su velocidad (provocando una aceleración) o su forma. La fuerza es una magnitud vectorial, es decir que además de un módulo, tiene una dirección y un sentido.

UNIDADES DE FUERZA

Unidad de fuerza en el Sistema Internacional

En el Sistema Internacional la fuerza se mide en newton. Un newton es una fuerza tal que aplicada a un cuerpo de un kilogramo de masa, provoca sobre éste una aceleración de un metro / segundo al cuadrado.

Área

• Se considera área a cierta superficie que está marcada por límites, además de estar etiquetada como específica para algo.

• En matemáticas un área es la extensión que podría presentar una figura geométrica y la que puede ser medida.

• Se mide en m2 _{en SI y en pie}2 _yarda2 _pulgada2

en el sistema ingles

• 1m2_{= 10.000 cm}2

• 1 cm2_{= 0,0001 m}2

Volumen

• Es el contenido de un recipiente

• Se mide en m3_{en SI y en pie}3 _yarda3 _pulgada3 _{en el sistema ingles}

• 1m3_{= 1000 litros}

• 1000cm3 _{= 1 litro}

EJERCICIO

Debe pintar las 6 caras de un cubo, sus aristas miden 2 metros. ¿cuántos metros cuadrados de superficie debe pintar? si cada litro de pintura rinde 4 m2, ¿cuántos galones US necesito?

Si ese mismo cubo fuese llenado con agua. Cuantos litros necesito?

EJERCICIO

Debe pintar el exterior de un cilindro, que tiene un diámetro de 2m y una altura de 3m. ¿cuántos metros cuadrados de superficie debe pintar? si cada litro de pintura rinde 4 m2, ¿cuántos US galones necesito?

Si el mismo cilindro fuese llenado con agua. ¿cuantos litros necesito?

Caudal

• Cantidad de volumen que atraviesa una sección durante una unidad de tiempo.

• Se suele medir en m3_{/hora, litros/min, litros/s}

CONCEPTOS BÁSICOS

𝑄 𝑚 3 𝑠 = 𝑣 𝑚 𝑠 ∗ 𝐴 𝑚 2 ₌ 𝑣 𝑚3 𝑡 𝑠

Presión

• Fuerza que se aplica por unidad de área.

• Se utiliza el Pascal Pa en el SI, psi en S. ingles

UNIDADES DE PRESIÓN

SISTEMA

INTERNACIONAL • Pascal (N/m2)

SISTEMA INGLES

Psi (pound square

inch)(lb/in

2

)

EQUIVALENCIAS: 1 𝑎𝑡𝑚 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑 = 0,101325𝑀𝑃𝑎 = 101,325𝑘𝑃𝑎 = 1013,25ℎ𝑃𝑎 = 101.325𝑃𝑎 = 1,033 𝑘𝑝 𝑐𝑚2 = 1,033 𝑘𝑔_𝑓 𝑐𝑚2 = 760mmHg = 760 torr = 1,013bar = 1013,25mbar = 10,3mca = 14,69psi

TRABAJO, POTENCIA Y

ENERGÍA

CIENCIA DE LA MECÁNICA

• Mecánica es la rama del análisis científico que se ocupa de los

movimientos, el tiempo y las fuerzas, y se divide en dos partes, estática y dinámica.

• La estática trata del análisis de sistemas estacionarios, es decir, de aquellos en que el tiempo no es un factor determinante.

• La dinámica se refiere a los sistemas que cambian con el tiempo.

TERMINOLOGÍA Y

DEFINICIONES

• El humano crea maquinas para aprovechar la energía presente en la naturaleza (eólica, hidráulica, calórica)

• La transforma en energía mecánica, generalmente en movimiento giratorio continuo en un eje.

• Una máquina es: "combinación de cuerpos resistentes (piezas) que aprovechan las fuerzas mecánicas de la naturaleza para realizar un trabajo acompañado de determinados movimientos."

Las máquinas inventadas por el hombre se pueden clasificar según:

• Su complejidad(nº operadores o piezas que la componen)

• El número de pasos o encadenamientos que necesitan para realizar su trabajo.

MÁQUINAS SENCILLAS

• Realiza su trabajo en un solo paso, se utilizan desde la antigüedad y han evolucionado en cuanto a forma y materiales, ej.: pinzas, rampa, cuña, polea simple, rodillo, rueda, manivela, balancín, tijeras, alicates, llaves.

• A su vez, se pueden clasificar en tres grupos que corresponde según el principal “operador” del que derivan:

• Palanca

• Plano inclinado

PALANCA

• Una barra rígida que oscila sobre un eje.

• Hay tres tipos diferentes de palancas; de primero, segundo y tercer grado.

PLANO INCLINADO

• Superficie plana que forma un ángulo con la horizontal.

• Máquinas de gran utilidad práctica como: broca, cuña, hacha, sierra, cuchillo, rampa, escalera, tornillo-tuerca, tirafondos, etc.

RUEDA

• Cuerpo redondo que gira respecto de un

punto fijo denominado eje de giro.

• Un eje cilíndrico guía su movimiento giratorio y un soporte que mantiene al eje en su posición.

• Derivan una multitud de máquinas:

• Polea simple, rodillo, tren de rodadura, polea móvil, polipasto, rodamiento, engranajes, sistema correa-polea.

MAQUINAS COMPUESTAS

• Combinación de diversas máquinas sencillas.

• Las máquinas simples, se agrupan dando lugar a los mecanismos, cada uno encargado de hacer un trabajo determinado.

• En la actualidad prácticamente todas son máquinas compuestas, algunos ejemplos son: motor de combustión interna, turbinas, impresoras, bicicletas eléctricas, cerradura, lavadora, ordenadores, etc.

MECANISMOS

• Máquina compuesta  combinación de mecanismos

• Mecanismo  combinación de piezas, para producir, transformar o controlar un

movimiento

• Mecanismos  encadenan varias piezas mecánicas entre si, la salida de uno se

convierte en la entrada de la siguiente

• Mecanismos  modifican el tipo de movimiento según sea necesario y modifican la

MECANISMOS Y SISTEMAS

MECÁNICOS

Un mecanismo es un conjunto de elementos, conectados entre sí por medio de articulaciones móviles y cuya función es:

• transformar una velocidad en otra velocidad

• transformar una fuerza en otra fuerza

• transformar una trayectoria en otra diferente o

Según el número de elementos, los mecanismos se pueden clasificar como:

• Simples: si tienen dos elementos de enlace.

• Complejos: si tienen más de dos elementos de enlace

A partir de aquí, definimos sistema mecánico

Un sistema mecánico o máquina es una combinación

de mecanismos que transforma velocidades,

trayectorias, fuerzas o energías mediante una serie

de transformaciones intermedias.

MOVIMIENTOS

• Existen 2 tipos básicos de movimientos, el resto es una combinación de ambos:

• Movimiento giratorio, cuando la pieza no sigue ninguna trayectoria (no se traslada), sino que gira sobre su eje.

• Movimiento lineal, cuando la pieza se traslada siguiendo la trayectoria de una línea recta (rectilíneo).

• Tipos de movimiento:

• Continuo, si el movimiento se realiza siempre en la misma

dirección y sentido.

• Alternativo, cuando la pieza está dotada de un movimiento

de vaivén, es decir, mantiene la dirección pero va alternando el sentido.

MOVIMIENTO GIRATORIO Y

MOVIMIENTO CIRCULAR

• Movimiento giratorio  movimiento del eje • Movimiento circular  cuerpos que giran

solidarios al eje describiendo en sus extremos una circunferencia

• El movimiento giratorio (rotativo o rotatorio) es el más corriente de los presentes en las máquinas y casi el único generado en los motores.

MOVIMIENTO LINEAL

• Movimiento lineal continuo  correa transportadora, escalera

mecánica, lijadoras de banda y sierras de cinta o de banda

• Movimiento lineal alternativo  aguja de una máquina de coser

Los mecanismos (y por extensión los sistemas mecánicos) constan de los siguientes elementos) básicos:

• Sistema motriz o sistema de entrada: recibe la energía de entrada, la cual será transformada o transmitida. En un automóvil sería el motor.

• Sistema transmisor: medio que permite modificar la energía o el movimiento proporcionado por el sistema motriz. En un automóvil este sistema estaría compuesto por ejes de transmisión, embragues, caja de cambios.

• Sistema receptor o sistema de salida: realiza el trabajo con la salida que le proporciona el sistema transmisor, y es el objetivo del sistema mecánico. En un automóvil este sistema estaría compuesto por las ruedas motrices.

Los mecanismos se pueden clasificar en dos grandes grupos diferenciados:

• Sistemas de transmisión del movimiento: El movimiento de

salida es igual al movimiento de entrada.

• Sistemas de transformación del movimiento: El movimiento

SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DEL

MOVIMIENTO

En este caso, el sistema motriz y el sistema receptor tienen el mismo tipo de movimiento. En base a esto, podemos encontrar dos tipos de sistemas de transmisión:

• Mecanismos de transmisión lineal: movimiento rectilíneos en movimientos rectilíneos (poleas, palancas), su principal característica es aumentar o disminuir la fuerza necesaria para realizar Trabajo mecánico.

• Mecanismos de transmisión circular: movimientos de rotación en otro de rotación (transmisión por correas, con cadenas, engranajes). La principal utilidad de este tipo de mecanismos es aumentar o reducir la velocidad de giro de un eje tanto como se desee, variando los diámetros de entrada y salida.

SISTEMAS DE TRANSFORMACIÓN

DEL MOVIMIENTO

En este caso, el sistema motriz y el sistema receptor tienen distinto tipo de movimiento. En base a esto, podemos encontrar dos tipos de sistemas de transformación:

• Mecanismos que transforman el movimiento lineal en circular (pistón-biela, piñón-cremallera, etc)

• Mecanismos que transforman el movimiento circular en lineal (excéntrica, tornillo-tuerca, etc)

Para desempeñar su misión, las máquinas disponen de partes móviles encargadas de transmitir la energía y el movimiento de las máquinas motrices a otros elementos. Estas partes móviles son los elementos transmisores, que pueden ser directos e indirectos.

Elementos transmisores directos

• Árboles y ejes

• Ruedas de fricción

• Engranajes

• Tornillos sin fin

Elementos transmisores indirectos:

• Poleas con correa

ÁRBOLES Y EJES

Un eje es un elemento, normalmente cilindrico, que gira sobre si mismo y sirve para sostener diferentes piezas.

Atendiendo a la forma de trabajo, los ejes pueden ser:

• Ejes fijos:

Permiten el giro de los elementos mecánicos situados sobre ellos, pero no giran solidariamente con ellos, es decir, los elementos mecánicos giran libremente sobre ellos.

• Ejes giratorios:

Pueden girar solidariamente con algunos de los elementos situados sobre ellos.

Un árbol es un elemento de una máquina, cilíndrico o no, sobre el que se montan diferentes piezas mecánicas, por ejemplo, un conjunto de engranajes o poleas, a los que se transmite potencia. Pueden adoptar diferentes formas (rectos, acodados, flexibles,...). Los árboles (también llamados árboles de transmisión) giran siempre junto con los órganos soportados.

Como consecuencia de su función, están sometidos fundamentalmente a esfuerzos de torsión y flexión.

La diferencia esencial entre los ejes y los árboles es la siguiente:

Los ejes son elementos que sustentan (sostienen o soportan) los órganos giratorios de las máquinas y no transmiten potencia (se dice que no están sometidos a esfuerzos de torsión),

Mientras que los árboles son elementos que transmiten potencia y sí están sometidos a esfuerzos de torsión.

PREGUNTAS PARA RESPONDER

DESPUÉS DE LA CLASE

¿Cuáles son las dos ramas de la Mecánica? Explíquelas.

¿Cómo se define “Máquina”? ¿Para que el humano crea las máquinas?¿Cual es la ventaja?

¿Qué son las máquinas sencillas? Nómbrelas y explíquelas brevemente.

¿Cuáles son los dos tipos básicos de movimientos que existen? Y ¿de qué manera se pueden presentar?