Mecánica y sistemas mecánicos.

1. Sistemas
mecánicos

2. Mecánica
La mecánica es la rama de la física que estudia y analiza el
movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el
tiempo, bajo la acción de fuerzas.
Energía mecánica
La forma de energía asociada a las transformaciones de tipo
mecánico se denomina energía mecánica y su transferencia
de un cuerpo a otro recibe el nombre de trabajo. Ambos
conceptos permiten estudiar el movimiento de los cuerpos
de forma más sencilla que usando términos de fuerza y
constituyen, por ello, elementos clave en la descripción de
los sistemas físicos.

3. Mecánica
La energía mecánica involucra dos tipos de energía, según el
estado o condición en que se encuentre el cuerpo.
Estas formas de energía son:
Energía potencial: es la energía que tienen los cuerpos que están
en reposo y depende de la posición del cuerpo en el espacio: a
mayor altura, mayor será su energía potencial. Por ejemplo, una
roca que está en la punta de un cerro posee energía potencial.
También poseen esta forma de energía una maceta que está en el
balcón de un edificio, un cuadro colgado en la pared, etcétera.
Energía cinética: es la que posee todo cuerpo en movimiento.
Por ejemplo, cuando se lanza una pelota, esta adquiere energía
cinética. También poseen esta forma de energía una persona
cuando corre, una cascada, un automóvil en marcha, etcétera.

4. Mecánica
Relación
Existe relación entre la energía cinética y potencial, ya que
cuando un cuerpo está en reposo, su energía cinética es
cero y la potencial es máxima.
Esto significa que la energía potencial se puede transformar
en cinética. Por ejemplo, la roca que está en la cima de un
cerro posee energía potencial, pero si esta se desliza por la
ladera del cerro, se transforma en energía cinética.
De esto se deduce que cuando el cuerpo se desplaza, la
energía potencial que está acumulada, va adquiriendo
energía cinética.
Por lo tanto, la energía mecánica es la suma de la energía
potencial y la cinética.

5. Energía potencial
¿Cómo calcular la Energía Potencial?
Si un cuerpo de masa m se sitúa a una altura h arriba de
un nivel de referencia, este cuerpo posee una energía
potencial gravitatoria con respecto a este nivel, la cual se
expresa mediante la siguiente fórmula:
m = masa
g = constante de la fuerza de gravedad
h = altura
Ep = m · g · h

6. Energía potencial
Energía Potencial:
Ep = m · g · h
Ej. 1:
Masa = 1500 g
H = 1,5 m
Ej. 2:
Masa = 2500 kg
H = 9 m

7. Energía cinética
Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía
cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por
lo tanto, producir un trabajo.
Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de
movimiento; es decir, para ponerlo en movimiento, es
necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo
que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del
cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también
mayor.

8. Energía cinética
La fórmula que representa la Energía Cinética es la
siguiente:
Ec = 1 / 2 · m · v2
E c = Energía cinética
m = masa
v = velocidad
Cuando un cuerpo de masa m se mueve con una velocidad v
posee una energía cinética que está dada por la fórmula escrita
más arriba.

9. Energía cinética
Energía Cinética:
Ec = 1 / 2 · m · v2
Ej. 1:
Velocidad = 10 m/s
Masa = 1000 kg
Ej. 2:
Velocidad = 72 k/h
Masa = 1000 kg

10. Sistemas mecánicos
¿Qué son los sistemas mecánicos?
Los sistemas mecánicos son aquellos sistemas
constituidos fundamentalmente por componentes,
dispositivos o elementos que tienen como función
específica convertir o transmitir el movimiento
desde las fuentes que lo generan, al transformar
distintos tipos de energía.

11. Sistemas mecánicos
Los sistemas mecánicos de transformación del movimiento
cambian el tipo de movimiento de una entrada a una salida
de la máquina.
Se llama entrada de la máquina al eje que aporta el
movimiento, generalmente por un motor, y salida al eje que
está al final de la máquina, que es al que se acopla el objeto
que queremos mover.

12. Sistemas mecánicos
Por ejemplo, en una agujereadora, la entrada de la misma
será el eje del motor eléctrico que tiene un movimiento
circular y la salida será la broca, que también tiene un
movimiento circular, por tanto, los mecanismos que la
componen son de transmisión del movimiento.
Si, por el contrario, hay un cambio del tipo de movimiento
entre la entrada y la salida de la máquina, los mecanismos
que la componen serán de transformación del movimiento.

13. Sistemas mecánicos

14. Características de los sistemas
mecánicos
Se caracterizan por presentar elementos o piezas sólidos, con
el objeto de realizar movimientos por acción o efecto de una
fuerza. En ocasiones, pueden asociarse con sistemas eléctricos
y producir movimiento a partir de un motor accionado por la
energía eléctrica.
En general la mayor cantidad de sistemas mecánicos usados
actualmente son propulsados por motores eléctricos o de
combustión interna.
En los sistemas mecánicos se utilizan distintos elementos
relacionados para transmitir un movimiento.

15. Características de los sistemas
mecánicos
Como el movimiento tiene una intensidad y una dirección, en
ocasiones es necesario cambiar esa dirección y/o aumentar la
intensidad, y para ello se utilizan mecanismos.
En general el sentido de movimiento puede ser circular
(movimiento de rotación) o lineal (movimiento de translación)
los motores tienen un eje que genera un movimiento circular.

16. Clasificación de las máquinas
Las máquinas inventadas por el hombre se pueden
clasificar atendiendo a tres puntos de vista:
• Según su complejidad, que se verá afectada por el
número de operadores (piezas) que la componen.
• Según el número de pasos o encadenamientos que
necesitan para realizar su trabajo.
• Según el número de tecnologías que la integran.

17. Máquinas simples
Cuando la máquina es sencilla y realiza su trabajo en un
solo paso nos encontramos ante una máquina simple.
Muchas de estas máquinas son conocidas desde la
prehistoria o la antigüedad y han ido evolucionando
incansablemente (en cuanto a forma y materiales)
hasta nuestros días.
Algunas inventos que cumplen las condiciones
anteriores son: cuchillo, pinzas, rampa, cuña, polea
simple, rodillo, rueda, manivela, torno, hacha, pata de
cabra, balancín, tijeras, alicates, llave fija, etc.

18. Máquinas simples
Las máquinas simples se pueden clasificar en seis
grandes grupos
• LA CUÑA
• EL PLANO INCLINADO
• TORNILLO
• TORNO
• LA PALANCA
• LA RUEDA

19. Relación de transmisión
Relación de transmisión
La velocidad de giro de los mecanismos se llama
velocidad angular y la medimos en revoluciones por
minuto (rpm) que es el número de vueltas que da el
mecanismo en un minuto.
La relación de transmisión (i) es un número que nos
indica cómo se transmite la velocidad de rotación de
un mecanismo (sólo se utiliza para mecanismos de
transmisión del movimiento circular).

20. Relación de transmisión
Si la relación de transmisión es 2, el mecanismo duplica la
velocidad. Si es 1 la mantiene. Y si es 0,5 la velocidad de salida
es la mitad que la de entrada

21. Cálculo de relación de
transmisión
La relación de transmisión se puede calcular e dos maneras: a
partir de la relación ente el número de dientes de los dos
engranajes, o a través del estudio de sus velocidades.
1. A partir del número de dientes:
Zm = Entrada (motor) 10 dientes
Zs = Salida (engranaje de salida) 20 dientes
𝑖 =
𝑍𝑚
𝑍𝑠
=
10
20
= 0,5

22. Cálculo de relación de
transmisión
La relación de transmisión se puede calcular de dos maneras:
a partir de la relación ente el número de dientes de los dos
engranajes, o a través del estudio de sus velocidades.
2. A partir de la velocidad de giro:
Nm = Entrada (motor) 24 rpm
Ns = Salida (engranaje de salida) 12 rpm
𝑖 =
𝑁𝑠
𝑁𝑚
=
12
24
= 0,5

23. Cálculo de la velocidad en la
transmisión de movimiento
Podemos calcular fácilmente la velocidad de salida de
diferentes sistemas de transmisión del movimiento circular
conociendo las características de los elementos que forman
estos mecanismos.
𝑍𝑚 × 𝑁𝑚 = 𝑍𝑠 × 𝑁𝑠
Zm = número de dientes del engranaje del motor
Nm = velocidad del eje del motor
Zs = número de dientes del engranaje conducido
Ns = velocidad del eje conducido

24. Cálculo de la velocidad en la
transmisión de movimiento
Ejemplo:
En el siguiente ejemplo tenemos un engranaje
de 10 dientes en el eje del motor y gira a 24
rpm.
El engranaje de salida tiene 20 dientes.
Calcular la velocidad de salida.
Usando la fórmula:
𝑍𝑚 × 𝑁𝑚 = 𝑍𝑠 × 𝑁𝑠
Reemplazamos:
10 × 24 = 20 × 𝑁𝑠
𝑁𝑠 =
10 × 24
20
= 12𝑟𝑝𝑚
Nota:
Si usamos poleas, el número de
Dientes se reemplaza por el
Diámetro de las poleas.
D𝑚 × 𝑁𝑚 = 𝐷𝑠 × 𝑁𝑠

25. Cálculo de la velocidad en la
transmisión de movimiento
Ejercicio 1:
Calcule la velocidad de salida si:
Zm = 100
Nm = 1500 rpm
Zs = 150
Ns =
Ejercicio 2:
Calcule en número de dientes
del engranaje de salida si:
Zm = 75
Nm= 750 rpm
Ns= 350 rpm
Zs=