1. Fuerzas y movimientos
Para comprender las fuerzas que intervienen y los movimientos que se desarrollan cuando nos desplazamos en bicicleta vamos a repasar los mecanismos de transmisión que se emplean:
Plato o corona: es la rueda dentada o engranaje delantero del sistema de transmisión. Se conecta al pedal a través de la biela; y al piñón, a través de una cadena.
Pedales: La fuerza que con los pies se realiza sobre los pedales, se aplica a través de la biela sobre el plato.
Cadena: Conecta las ruedas dentadas que forman el engranaje, transmitiendo la fuerza y el movimiento desde el plato hacia el piñón.
Piñón: Es la rueda dentada trasera del sistema. A través del eje, transmite la fuerza y el movimiento a la rueda trasera de la bicicleta.
Biela: Es el eje que une el pedal con el plato. Transmite al plato o corona el movimiento y la fuerza que ejerce el pie del ciclista sobre el pedal. Cuanto más larga sea la biela , menor será la fuerza que deberá hacer la persona.
a) Las fuerzas
Son las acciones que se ejercen y que pueden producir equilibrio o cambio en el movimiento.
La fuerza de la gravedad: El peso del ciclista y de la bicicleta es una fuerza que ejerce la Tierra sobre ambos y que actuan verticalmente y hacia abajo produciendo una acción sobre el suelo. P = mg, donde m es la masa en kg y g es la intensidad de la gravedad, aproximadamente 10 Newton/kg. Por ejemplo a un ciclista que con su bicicleta tuviera una masa de 100 kg le corresponderá un peso de 1000 N.
Las fuerzas de reacción: El suelo recibe el peso de todo el sistema y a la vez ejerce fuerzas de reacción sobre las dos ruedas de la bicicleta verticalmente y hacia arriba que equilibran al peso. R1+R2 = P.
Las fuerzas de trasmisión: Cuando el ciclista empuja el pedal, la fuerza se transmite mediante la biela al eje del plato. La cadena se tensa y transmite el movimiento y la fuerza sobre el piñon y este transmite la acción al eje de la rueda trasera.
La fuerza de rozamiento y la fuerza impulsora: La rueda trasera, al girar en sentido horario empuja al suelo hacia atras mediante el rozamiento. La reacción del suelo es la que impulsa a la bicicleta hacia adelante. Como cuando remamos en una barca. Empujamos al agua hacia atrás y está por efecto de reacción nos ayuda a avanzar.
Fuerzas de rozamiento del aire y de los rodamientos: Hemos visto que el rozamiento de la rueda con el suelo ayuda a avanzar. A la vez el contacto entre dos objetos en movimiento relativo produce un rozamiento que actua en contra del movimiento. Para un ciclista la fuerza de rozamiento de mayor importancia que debe evitar es el rozamiento con el aire.
Sistema plato-piñon- Como hemos visto, junto con la cadena sirven de mecanismo para transmitir la fuerza y el movimiento. Con los cambios podemos selecionar un plato y un piñón determinado. Por ejemplo podemos poner el plato con 44 dientes y un piñon con 22 dientes.
Frecuencia de pedaleo-Normalmente suele ser de aproximadamente f= 60 revoluciones o pedaleos por minuto, equivalente a una vuelta por segundo.
Multiplicación- Es la relación entre el número de dientes del plato y del piñón M=N/n = 44/22= 2. Determina cuantas vueltas da el piñon por cada vuelta del plato.
Diametro de la rueda trasera- Sirve para calcular cuanto avanza la bicicleta por cada vuelta de piñón que es la longitud de la circunferencia, En bicicletas de paseo es de 960 mm = 0,96 m. La circunferencia tiene una logintud aproximada, L= 3,14 x d= 3 m
Desarrollo- Distancia que avanza la bicicleta por cada vuelta de plato. Depende M y de L. Se puede calcular multiplicando estas dos magnitudes, D=M x L = 2 x 3 = 6 m
Velocidad- Distancia en metros que recorre la bicicleta cada segundo.
————> v= D x f = 6.1 = 6 m/s que equivale a 22 km/h.
El desarrollo más corto que puede montarse en una bicicleta de montaña hoy por hoy suele ser de 0,64 (plato de 22 dientes y piñón de 34 dientes). Esta relación, nos permite dar una vuelta de rueda con el esfuerzo que requiere dar solo 0,64 vueltas.
En la situación contraria, en una fuerte bajada lo que nos interesa es que tengamos el máximo recorrido con el mínimo esfuerzo. Uno de los desarrollos más largos que existen sería en una bicicleta de carretera equipada con un plato de 53 dientes y un piñón de 11 que supone un desarrollo de 4,81 o sea, que por cada vuelta de pedal la rueda nos da 4,81 vueltas. Un rendimiento impresionante si somos capaces de aportarle esta fuerza muscular.
2) Energías
La energía: mide la capacidad de uns sitema para producir cambios. La energía se puede transmitir de unos cuerpos a otros, se puede transformar y se conserva. Se mide en Julios. La energía necesaria para elevar un cuerpo de 1 kg a una altura de 1 m es de aproximadamente 10 Julios. La energía interna. El ciclista tiene energía interna almacenada en sus músculos. Esta energía procede de los alimentos y está almacenada en sustancias químicas que al transformarse contraen el músulo realizando trabajo. Los alimentos aportan calorias. Una caloria equivale a 4,18 Julios. Una kilocaloria son 1000 calorias. En dietética se habla de Calorias grandes que equivalen a la kilocaloria.
La energía cinética: El ciclista al pedalear sumistra energía de movimiento a la bicicleta que se denomina energía cinética. Se calcula multiplicando la masa en kg por el cuadrado de la velocidad en m/s y diviendo por 2. Supongamos que se mueve a 36 km/h que equivale a 10 m/s.
Ec =100.100/2 = 5000 J
La energía potencial: Está es una forma de energía que aumenta cuando subimos a una cierta altura. Al dejarnos caer por una cuesta se transforma la energía potencial en energía cinética. Ocurre lo contrario cuando, impulsados a una cierta velocidad, ascendemos un cuesta. Se calcula multiplicando la masa en kg por la intensidad de la gravedad g y por la altura h. Ep = m.g.h = 100.10.5 = 5000 J.
La energía mecánica: Es la suma de las energías cinéticas y potenciales de un sistema. El ciclista con su bicileta tiene una energía mecanica
E = Ec + Ep = 5000 + 5000 = 10000 J.
Disipación de la energía: Cuando frenamos observamos que debido al rozamiento se produce calor. Tambien con el rozamiento con el aire y en los rodamientos se produce calor. Este calor se transmite al ambiente y es energía que ya no es útil. Decimos que la energía se ha disipado. Cuando nuestro ciclista frena, pierde los 10000 J de energía mecánica que tenía que pasa al ambiente en forma de calor que se dispersa inmediatamente.
3) La dinamo
Se usa para producir corriente eléctrica de forma autonoma y alimentar la bombilla del faro. La dinamo tiene en su interior un imán que gira al acoplarse a la rueda. Este movimiento del imán produce en un enrollamiento de cobre en forma de bobina una corriente elétrica. El fenómeno se conoce como inducción electromagnética. Animacion y video
jueves, 1 de septiembre de 2011
Energia Que Usa la Bicicleta
Energia Que Usa la Bicicleta
Una bicicleta con transmisión hidráulica es una bicicleta que utiliza un sistema hidráulico para transmitir la energía del ciclista al suelo, en vez de una cadena; Aunque la mayoría de las bicicletas usan cadena, hay otros sistemas como el cardan o la correa con sus ventajas e inconvenientes. No es demasiado raro que algunas bicicletas utilicen frenos hidráulicos; Pero siguen utilizando cadena para la transmisión y las bicicletas hidráulicas son muy raras, La mayoría son montajes caseros.
La transmisión hidráulica
[editar]
La transmisión hidráulica es una innovación que tendría muchas ventajas interesantes; Es un sistema robusto, resistente a las averías, con un mantenimiento mínimo y es una tecnología muy probada en otros ámbitos muy diversos. Sin embargo, si se rompe es difícil de improvisar un arreglo, al contrario que con la cadena. También pasa con otros sistemas como el cardán, que es más difícil de romper, pero también de arreglar.
También es un sistema compacto y sellado, no mancha a menos que se rompa ni produce enganchones en la ropa. Incluso se podría ocultar parte dentro del cuadro de la bicicleta. Ser tan compacto, permite una mayor altura libre al suelo. Una ventaja para salvar obstáculos;La eficiencia es similar a la de una cadena nueva y limpia, pero no le afecta el barro la suciedad y es casi imposible que pierda engrase si no es por una avería.
Una bicicleta con transmisión hidráulica es una bicicleta que utiliza un sistema hidráulico para transmitir la energía del ciclista al suelo, en vez de una cadena; Aunque la mayoría de las bicicletas usan cadena, hay otros sistemas como el cardan o la correa con sus ventajas e inconvenientes. No es demasiado raro que algunas bicicletas utilicen frenos hidráulicos; Pero siguen utilizando cadena para la transmisión y las bicicletas hidráulicas son muy raras, La mayoría son montajes caseros.
La transmisión hidráulica
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La transmisión hidráulica es una innovación que tendría muchas ventajas interesantes; Es un sistema robusto, resistente a las averías, con un mantenimiento mínimo y es una tecnología muy probada en otros ámbitos muy diversos. Sin embargo, si se rompe es difícil de improvisar un arreglo, al contrario que con la cadena. También pasa con otros sistemas como el cardán, que es más difícil de romper, pero también de arreglar.
También es un sistema compacto y sellado, no mancha a menos que se rompa ni produce enganchones en la ropa. Incluso se podría ocultar parte dentro del cuadro de la bicicleta. Ser tan compacto, permite una mayor altura libre al suelo. Una ventaja para salvar obstáculos;La eficiencia es similar a la de una cadena nueva y limpia, pero no le afecta el barro la suciedad y es casi imposible que pierda engrase si no es por una avería.
viernes, 12 de agosto de 2011
Manivela,Piston,Biela,Cigueñal,Transmision
Manivela
Se llama manivela a la pieza normalmente de hierro, compuesta de dos ramas, una de las cuales se fija por un extremo en el eje de una máquina, de una rueda, etc. y la otra forma el mango que sirve para mover al brazo, la máquina o la rueda. Puede servir también para efectuar la transformación inversa del movimiento circular en movimiento rectilíneo.1 Cuando se incorporan varias manivelas a un eje, éste se denomina cigüeñal.
El mecanismo de biela y manivela es extensamente empleado en diversas máquinas, fundamentalmente para transformar el movimiento alternativo de los pistones de un motor de combustión interna en movimiento rotatorio de otros componentes.
La ecuación de equilibrio de una manivela es:
M = F.D
El esfuerzo que transmite una manivela cumple la ecuación de equilibrio de las palancas; y se ve que en cada uno de los lados de la igualdad se obtiene un valor que resulta de multiplicar una fuerza por su distancia al punto de giro. Este proceso se denomina "momento".
Pistón
Se denomina pistón a uno de los elementos básicos del motor de combustión interna.
Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido.
A través de la articulación de biela y cigüeñal, su movimiento alternativo se transforma en rotativo en este último.Puede formar parte de bombas, compresores y motores. Se construye normalmente en aleación de aluminio.
Los pistones de motores de combustión interna tienen que soportar grandes temperaturas y presiones, además de velocidades y aceleraciones muy altas. Debido a estos se escogen aleaciones que tengan un peso específico bajo para disminuir la energía cinética que se genera en los desplazamientos. También tienen que soportar los esfuerzos producidos por las velocidades y dilataciones. El material más elegido para la fabricación de pistones es el aluminio y suelen utilizarse aleantes como: cobre, silicio, magnesio y manganeso entre otros.
Biela
Se denomina biela a un elemento mecánico que sometido a esfuerzos de tracción o compresión, transmite el movimiento articulando a otras partes de la máquina. En un motor de combustión interna conectan el pistón al cigüeñal.
Actualmente las bielas son un elemento básico en los motores de combustión interna y en los compresores alternativos. Se diseñan con una forma específica para conectarse entre las dos piezas, el pistón y el cigüeñal. Su sección transversal o perfil puede tener forma de H, I o + . El material del que están hechas es de una aleación de acero, titanio o aluminio. En la industria automotor todas son producidas por forjamiento, pero algunos fabricantes de piezas las hacen mediante maquinado
Cigüeñal
Un cigüeñal es un eje acodado, con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela - manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. En los motores de automoviles el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo. El cigueñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor.
Transmisión
Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Son parte fundamental de los elementos u órganos de una máquina, muchas veces clasificado como uno de los dos subgrupos fundamentales de estos elementos de transmisión y elementos de sujeción.
En la gran mayoría de los casos, estas transmisiones se realizan a través de elementos rotantes, ya que la transmisión de energía por rotación ocupa mucho menos espacio que aquella por traslación.
Una transmisión mecánica es una forma de intercambiar energía mecánica distinta a las transmisiones neumáticas o hidráulicas, ya que para ejercer su función emplea el movimiento de cuerpos sólidos, como lo son los engranajes y las correas de transmisión.
Típicamente, la transmisión cambia la velocidad de rotación de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los automóviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ángulo recto en molinos de viento o agua y máquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevación (norias).
En general, las transmisiones reducen una rotación inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad más baja con par de giro más alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automóviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayoría de las relaciones (llamadas usualmente "marchas" o "cambios") se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; sin embargo, las relaciones más altas pueden ser sobremarchas que aumentan la velocidad de salida.
También se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrícola, industrial, de construcciones y de minería. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostáticas y accionadores eléctricos de velocidad ajustable.
Se llama manivela a la pieza normalmente de hierro, compuesta de dos ramas, una de las cuales se fija por un extremo en el eje de una máquina, de una rueda, etc. y la otra forma el mango que sirve para mover al brazo, la máquina o la rueda. Puede servir también para efectuar la transformación inversa del movimiento circular en movimiento rectilíneo.1 Cuando se incorporan varias manivelas a un eje, éste se denomina cigüeñal.
El mecanismo de biela y manivela es extensamente empleado en diversas máquinas, fundamentalmente para transformar el movimiento alternativo de los pistones de un motor de combustión interna en movimiento rotatorio de otros componentes.
La ecuación de equilibrio de una manivela es:
M = F.D
El esfuerzo que transmite una manivela cumple la ecuación de equilibrio de las palancas; y se ve que en cada uno de los lados de la igualdad se obtiene un valor que resulta de multiplicar una fuerza por su distancia al punto de giro. Este proceso se denomina "momento".
Pistón
Se denomina pistón a uno de los elementos básicos del motor de combustión interna.
Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido.
A través de la articulación de biela y cigüeñal, su movimiento alternativo se transforma en rotativo en este último.Puede formar parte de bombas, compresores y motores. Se construye normalmente en aleación de aluminio.
Los pistones de motores de combustión interna tienen que soportar grandes temperaturas y presiones, además de velocidades y aceleraciones muy altas. Debido a estos se escogen aleaciones que tengan un peso específico bajo para disminuir la energía cinética que se genera en los desplazamientos. También tienen que soportar los esfuerzos producidos por las velocidades y dilataciones. El material más elegido para la fabricación de pistones es el aluminio y suelen utilizarse aleantes como: cobre, silicio, magnesio y manganeso entre otros.
Biela
Se denomina biela a un elemento mecánico que sometido a esfuerzos de tracción o compresión, transmite el movimiento articulando a otras partes de la máquina. En un motor de combustión interna conectan el pistón al cigüeñal.
Actualmente las bielas son un elemento básico en los motores de combustión interna y en los compresores alternativos. Se diseñan con una forma específica para conectarse entre las dos piezas, el pistón y el cigüeñal. Su sección transversal o perfil puede tener forma de H, I o + . El material del que están hechas es de una aleación de acero, titanio o aluminio. En la industria automotor todas son producidas por forjamiento, pero algunos fabricantes de piezas las hacen mediante maquinado
Cigüeñal
Un cigüeñal es un eje acodado, con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela - manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. En los motores de automoviles el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo. El cigueñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor.
Transmisión
Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina. Son parte fundamental de los elementos u órganos de una máquina, muchas veces clasificado como uno de los dos subgrupos fundamentales de estos elementos de transmisión y elementos de sujeción.
En la gran mayoría de los casos, estas transmisiones se realizan a través de elementos rotantes, ya que la transmisión de energía por rotación ocupa mucho menos espacio que aquella por traslación.
Típicamente, la transmisión cambia la velocidad de rotación de un eje de entrada, lo que resulta en una velocidad de salida diferente. En la vida diaria se asocian habitualmente las transmisiones con los automóviles. Sin embargo, las transmisiones se emplean en una gran variedad de aplicaciones, algunas de ellas estacionarias. Las transmisiones primitivas comprenden, por ejemplo, reductores y engranajes en ángulo recto en molinos de viento o agua y máquinas de vapor, especialmente para tareas de bombeo, molienda o elevación (norias).
En general, las transmisiones reducen una rotación inadecuada, de alta velocidad y bajo par motor, del eje de salida del impulsor primario a una velocidad más baja con par de giro más alto, o a la inversa. Muchos sistemas, como las transmisiones empleadas en los automóviles, incluyen la capacidad de seleccionar alguna de varias relaciones diferentes. En estos casos, la mayoría de las relaciones (llamadas usualmente "marchas" o "cambios") se emplean para reducir la velocidad de salida del motor e incrementar el par de giro; sin embargo, las relaciones más altas pueden ser sobremarchas que aumentan la velocidad de salida.
También se emplean transmisiones en equipamiento naval, agrícola, industrial, de construcciones y de minería. Adicionalmente a las transmisiones convencionales basadas en engranajes, estos dispositivos suelen emplear transmisiones hidrostáticas y accionadores eléctricos de velocidad ajustable.
jueves, 11 de agosto de 2011
jueves, 28 de julio de 2011
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