Glossari de mecànica

 

 

Autoria : Toni González Hidalgo. Estudiant de 2on Batxillerat IES Icària

 


LA MECÀNICA, UNA MATÈRIA NOVA

Les accions exercides sobre els cossos i que en provoquen el moviment, la deformació o el repòs s'anomenen forces.

Els vectors són models matemàtics que s'utilitzen per expressar i representar magnituds vectorials, en les quals no és suficient la indicació d'un valor numèric. Per representar un vector és necessari quatre característiques:

  • El mòdul o intensitat.

  • La direcció.

  • El sentit.

  • El punt d'aplicació.

La unitat de força en el sistema internacional  és el Newton (N). El Newton es defineix com la unitat de força que cal aplicar a una massa d'un quilogram per tal que obtingui una acceleració d'un metre per segon cada segon.

El principi de transmissibilitat ens indica que quan s'aplica una força a un cos, aquesta reacciona generant els mateixos efectes sigui quin sigui el seu punt d'aplicació.

La partícula és considerada un cos d'una massa determinada, però adimensional, és a dir, sense dimensions. El sòlid rígid és considerat un cos amb una massa determinada, en el qual es poden definir dos punts, la distància entre els quals es manté invariable sigui quines siguin les forces que actuïn al seu damunt.

Un vector oposat és un altre idèntic a un de donat, però de sentit contrari.

Definim com a vector unitari el vector que te de mòdul la unitat.

Definim moment d'una força respecte d'un punt al vector, que ve donat pel producte vectorial entre el vector posició al punt d'aplicació de la força.

El centre de gravetat és el punt d'aplicació del pes, que respecte de qualsevol punt provoca un moment igual a la suma de moments dels diferents pesos dels elements distribuïts del cos.

EQUILIBRI DEL PUNT I DEL SÒLID RÍGID

La primera llei de Newton estableix que:

  • Quan la resultant de les forces aplicades sobre un cos és nul·la, aquest roman en repòs o bé es mou a velocitat constant amb la trajectòria rectilínia.

  • Quan la resultant de les forces aplicades sobre un cos és nul·la, aquest roman en repòs o bé es mou a velocitat constant amb la trajectòria rectilínia.

  • Quan només actuen dues forces sobre una partícula, aquesta romandrà en repòs si les forces són oposades i d'igual mòdul.

Definim amb el nom d'entramat a aquella estructura estàtica on les barres suporten més de dues forces.

D'altra banda, definirem com a màquina aquella estructura on sol haver barres mòbils destinades a transmetre o modificar forces.

ELASTICITAT

Definim com a sòlid elàstic aquell cos que pateix deformacions quan és sotmès a forces externes i recupera de nou les seves dimensions quan aquestes forces deixen d'actuar.

Esforç és el resultat de dividir la força que actua per l'area de la secció en estudi.

Direm que una secció d'un sòlid està sotmesa a tracció quan aquesta està sol·licitada per dues forces d'igual mòdul i direcció, però sentits oposats perpendiculars a la secció estudiada amb l'orientació cap a l'exterior.

Direm que una secció d'un sòlid està sotmesa a compressió quan aquesta està sol·licitada per dues forces d'igual mòdul i direcció, però de sentits oposats perpendiculars a la secció estudiada amb el sentit cap a l'interior.

La llei de Hooke ens diu que les deformacions són proporcionals a les forces deformadores.

FLEXIÓ.

Diem que una barra està sotmesa a un esforç de flexió quan és sotmesa a l'acció de forces puntuals i/o repartides que actuen sobre el seu eix longitudinal i tenen tendència a corbar-la.

S'anomena força tallant a la secció de la biga, que es la suma algebraica de les forces exteriors.

COMPRESSIÓ AMB VINCLAMENT I A LA TORSIÓ SIMPLE.

Es defineix vinclament com el fenomen que es produeix sobre qualsevol barra o columna quan, a causa de l'acció de forces de compressió, pateix una deformació en forma de curvatura o de flexió lateral.

El radi d'inèrcia mínim d'una secció és una distància fictícia entre el centre de la secció de la barra o columna i un punt on es podria considerar concentrada tota la superfície de la secció.

La longitud que es corba en un element que vincla per compressió s'anomena longitud de vinclament.

Quan una barra o peça d'una màquina està sotmesa a un parell de forces que actua en un pla perpendicular al seu eix longitudinal, direm que la barra o peça està sotmesa a torsió simple.

ESTUDI DE MÀQUINES I MECANISMES

Una màquina és un conjunt més o menys complex de peces sòlides que serveix per transformar un tipus d'energia en treball o en un altre tipus d'energia, o bé per aprofitar l'acció d'una força per tal de produir determinats efectes.

Les estructures de suport les formen les parts de la màquina que no tenen moviments interns i de les que no tenen com a finalitat transformar el moviment ni fer un treball, sinó que només han de suportar les forces que s'esdevenen a la màquina.

Els mecanismes són conjunts d'elements mecànics que fan una funció determinada de transmissió o de transformació del moviment dins el conjunt d'una màquina o aparell més complex.

Definim els graus de llibertat d'una baula o d'un mecanisme, com el nombre de paràmetres o variables d'entrada que hem de controlar independentment, amb la finalitat de definir la seva posició concreta a l'espai.

Una cadena cinemàtica la definim com un conjunt de baules connectades mitjançant parells cinemàtics amb moviment relatiu entre elles.

MOVIMENT EN MÀQUINES I MECANISMES

Definim la trajectòria com les posicions que ocupa un punt d'una baula que es mou.

La diferència de posició d'un punt entre dos instants de temps s'anomena desplaçament.

La velocitat mitjana d'un punt es defineix com la relació entre el desplaçament i l'interval de temps durant el qual es realitza.

La velocitat instantània d'un punt d'un mecanisme és la velocitat d'aquest punt en un instant determinat, i sempre és tangent a la trajectòria.

La variació d'un angle que gira el vector posició d'aquest punt respecte a l'eix de gir en un temps determinat s'anomena velocitat angular mitjana.

L'acceleració d'un punt d'un mecanisme és la variació de velocitat respecte el temps.

ANÀLISIS CINEMÀTICA DELS MECANISMES DE TRANSMISSIÓ DE MOVIMENT.

Els mecanismes articulats estan formats per baules que fan la funció de maneta, biela, palanca, etc., unides amb parells cinemàtics giratoris o rectilinis lliscants.

Les transmissions per corretges i les transmissions per cadenes s'anomenem unions flexibles.

La relació de transmissió entre dues politges indica el nombre de voltes que donarà l'eix de sortida per cada volta que donarà el d'entrada. És un nombre adimensional.

Els trens de mecanismes són mecanismes combinats entre ells, de tal manera que l'element que és impulsat en un mecanisme, impulsa el següent.

Les unions desmuntables més conegudes i més emprades són les formades per caragols roscats i femelles.

Les lleves són mecanismes que transformen el moviment de rotació en moviment rectilini.

DINÀMICA DE MÀQUINES

La dinàmica és la part de la mecànica que estudia el moviment dels sòlids rígids.

Lleis de Newton

Primera llei: Quan la resultant de les forces aplicades sobre un cos és nul·la, aquest roman en repòs o bé es mou a velocitat constant i amb trajectòria rectilínia.

Segona llei: Si la força neta resultant no és nul·la, la partícula experimentarà una acceleració proporcional al mòdul de la resultant, en la seva direcció, i inversament proporcional a la seva massa.

Tercera llei: Les forces sempre actuen en parelles. Si un cos fa una força sobre un altre, aquest últim reacciona amb una força del mateix mòdul, de la mateixa direcció i de sentit contrari.

El moment d'inèrcia d'una massa que gira al voltant d'un eix a una distància, es defineix com el producte de la seva massa pel quadrat de la seva distància a l'eix.

Una força realitza un treball quan provoca el desplaçament del punt on està aplicada.

Definim el concepte d'energia com la capacitat d'un sistema per realitzar un treball.

Energia Cinètica és l'energia que tenen els cossos a causa del seu moviment.

Energia potencial fa referència a la posició que ocupen els cossos, la qual pot donar-los la capacitat de produir treball. Així doncs, aquesta posició serà bàsicament en funció de l'altura a la qual es troben els cossos.

El principi de conservació de l'energia diu que l'energia total d'un sistema al qual només li afecten forces conservatives, com ara les produïdes per la gravetat, es conserva. Això vol dir que la quantitat d'energia inicial serà igual a la final.

La potència és la capacitat d'una màquina de realitzar un determinat treball per unitat de temps.

La relació que hi ha entre el treball que se subministra a una màquina (consumit) i el que podem aprofitar realment (útil) s'anomena rendiment mecànic i ens dóna una idea de l'eficiència que tenen els sistemes mecànics.

MECÀNICA DE FLUIDS. ESTÀTICA DE FLUIDS

La mecànica de fluids és la branca de la mecànica que estudia les lleis i el comportament dels fluids. Si el fluid es troba en equilibri estàtic, llavors s'anomena hidrostàtica, i si el fluid es troba en moviment, hidrodinàmica.

La densitat específica o absoluta d'un cos és la massa per unitat de volum.

La densitat relativa és una magnitud adimensional. És la relació entre la massa del cos i la massa d'un mateix volum d'aigua destil·lada a la pressió atmosfèrica i a 4ºC, o també la relació entre la densitat del cos i la densitat de l'aigua. Així mateix, la densitat relativa és funció de la temperatura i de la pressió.

El pes específic d'una substància és el pes per unitat de volum

El volum específic d'un cos o d'una substància és el volum que ocupa 1Kg de la seva massa.

El mòdul volumètric d'elasticitat expressa l'elasticitat d'un fluid i és la relació de la variació de pressió amb la variació del volum per unitat de volum.

La viscositat d'un fluid representa la capacitat que té de fluir

La tensió superficial és una força que produeix efectes de tensió en la superfície dels líquids, en entrar en contacte amb un altre fluid amb el qual no es pot barrejar.

La pressió, representa els efectes que provoca una força que actua sobre una superfície.

La hidrostàtica és la part de la hidràulica i de la mecànica de fluids que estudia el comportament mecànic dels líquids i, per extensió, de molts gasos quan es troben en equilibri estàtic.

Tots nosaltres estem sotmesos a l'acció d'una pressió, present en l'aire que ens envolta i que respirem, anomenada pressió atmosfèrica.

Principi de Pascal: La pressió exercida sobre un punt d'un fluid incompressible i en repòs es transmet íntegrament en totes direccions.

DINÀMICA DE FLUIDS

Considerem que un flux és laminar quan les diferents partícules del fluid es mouen seguint trajectòries paral·leles i formen capes o làmines, i un flux és  estacionari quan en un determinat punt la massa fluida, la velocitat de les diferents partícules que hi passen és sempre la mateixa.

El tub de Venturi és un dispositiu que permet mesurar el cabal d'un fluid que circula per l'interior d'una canonada.

Anomenen pèrdua de càrrega la disminució de pressió que experimenta un líquid en circular per un conducte.

La llei de Boyle, estableix que, a temperatura constant, el volum ocupat per una massa gasosa és inversament proporcional a la seva pressió.

La llei de Gay-Lussac o llei de Charles estableix que, a una pressió constant, el volum ocupat per qualsevol gas perfecte és proporcional a la seva temperatura absoluta, o el que és igual, la relació entre el volum i la temperatura absoluta del gas es manté constant.

Un procés termodinàmic durant el qual la pressió roman constant s'anomena isobàric.

Un procés isotèrmic és el que té lloc a temperatura constant.

PNEUMÀTICA

La pneumàtica és el conjunt de tècniques basades en la utilització de l'aire comprimit com a fluid transmissor d'energia, per a l'accionament de màquines i mecanismes.

Si partim de la definició de la pneumàtica, podem considerar un circuit pneumàtic com un conjunt d'elements disposats de tal manera que, per mitjà d'aire comprimit, realitzin un treball o executin una sèrie d'accions destinades a l'accionament de màquines o mecanismes.

CIRCUITS PNEUMÀTICS

L'esquema pneumàtic ha de reflectir el funcionament general del circuit i el dels diferents elements que el formen: cilindres, vàlvules distribuïdores, captadors de senyal, vàlvules de control, reguladors de pressió i altres components auxiliars.

Basat en el llibre Mecànica Ed. Mc Graw Hill. i Ed. Castellnou.