Proyeto tecnológico: Movimiento Circular
PROBLEMA
En base al concepto de MCU estos son los interrogantes que buscamos resolver con un Auto Casero que funciona gracias a la aplicación de este principio en un sistema de transmisión de movimiento circular con mecanismo de poleas con correa:
Haciendo uso de las fórmulas del M.C.U ¿Cuál será el periodo, frecuencia, velocidad angular y
velocidad lineal de la polea condutora si se sabe que la conducida cuenta con una frecuencia de N seg?
MOVIMIENTO CIRCULAR
Son ejemplos: el movimiento de cualquier punto de un disco o una rueda en rotación, el de
los puntos de las manecillas de un reloj. Como primera aproximación, es el movimiento de
la Luna alrededor de la Tierra y del electrón alrededor del protón en un átomo de
hidrógeno.
PRINCIPIOS HISTÓRICOS DEL MOVIMIENTO CIRCULAR
Al igual que otros fenómenos físicos, la historia del movimiento circular se remonta a los antiguos filósofos, pensadores y científicos, incluidos Galileo, Newton, Copérnico y Aristóteles. Cada uno de estos personajes hizo contribuciones significativas a las causas fundamentales de estos fenómenos físicos, donde pudieron establecer las primeras leyes que los rigen a través del surgimiento de la mecánica como una rama separada de la física. El descubrimiento de estos movimientos fue la culminación de las contribuciones de muchos filósofos y científicos notables.
Pris históricos del Movimiento Circular Uniforme Acelerado
El movimiento circular se divide en dos tipos:
MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME
- El movimiento circular uniforme se define como aquel movimiento de un cuerpo, a
una distancia constante de un punto —llamado centro— en el que la velocidad lineal
se mantiene constante.
Algunas de las principales características del movimiento circular uniforme (m.c.u.) son las
siguientes:
1. La velocidad angular es constante (ω = cte)
2. El vector velocidad es tangente en cada punto a la trayectoria y su sentido es el del
movimiento. Esto implica que el movimiento cuenta con aceleración normal
3. Tanto la aceleración angular (α) como la aceleración tangencial (at) son nulas, ya que
la rapidez o celeridad (módulo del vector velocidad) es constante.
Ejemplos de movimiento circular uniforme:
- El giro de la tierra alrededor del sol
- Un ventilador cuando se enciende en una sola velocidad
- Las manecillas de un reloj
Imagina una pelota que está atada a una cuerda. El otro extremo de la cuerda es sostenido por una mano encargada de darle vueltas a la cuerda para generar el movimiento circular. En este caso, la mano cumple la función de "eje central" y ejerce la fuerza suficiente para que la pelota gire a su alrededor.
imagen tomada de: https://edu.gcfglobal.org/es/movimiento/movimiento-parabolico/1/La velocidad constante significa que mientras gira la pelota, en cualquier ángulo del círculo la velocidad siempre es la misma.
MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORMEMENTE ACELERADO
circular uniformemente variado (m.c.u.v.) es un movimiento de trayectoria circular en el
que la aceleración angular es constante.
acelerado (m.c.u.a.) son las siguientes:
- La aceleración angular es constante (α = cte)
- Existe aceleración tangencial at y es constante.
- Existe aceleración normal o centrípeta an responsable del cambio de dirección del
vector velocidad. Sin embargo, no es constante, sino que depende de la velocidad en
el punto considerado.
- La velocidad angular ω aumenta o disminuye de manera uniforme
Ejemplos de movimiento circular uniformemente acelerado
Ruedas
Todos los vehículos terrestres tienen ruedas que presentan un movimiento circular uniforme acelerado o desacelerado ya que su velocidad aumenta y disminuye.
Las hélices de un helicóptero
Las hélices giran con un movimiento circular uniforme y su velocidad varia en base a la aceleración.
Ventilador
Las hélices giran con un movimiento circular uniforme acelerado cuando es encendido y cuando llega a su velocidad final gira con velocidad constante y una aceleración de cero.
FORMULAS Y CONCEPTOS
de la velocidad de un objeto aumente o disminuya, pero la aceleración centrípeta no
cambia la magnitud del objeto, sino que provoca que la dirección de la velocidad cambie
constantemente, y esto es lo que provoca que un objeto tenga una trayectoria circular.
Velocidad angular: Es la velocidad a la que un cuerpo rota sobre un centro. Esta
velocidad es la relación entre los ángulos o radianes que rota un cuerpo alrededor de
un círculo en un periodo de tiempo, por ejemplo, si objeto da una vuelta completa en
un círculo en 1 hora, entonces la velocidad angular es de 360/h. Las unidades de
medición estándares de la velocidad angular son radianes y segundos.
Velocidad tangencial: Es la relación entre la longitud que recorre un cuerpo en una
cantidad de tiempo, esta es la velocidad que se ocupa en movimientos rectilíneos, se
puede expresar en millas por hora (m/h) o en kilómetros por hora (km/h) pero por lo
general se utilizan metros por segundos (m/s),
Periodo: Se representa por un T mayúscula y es el tiempo que tarda un cuerpo en dar
una vuelta, al ser este una medida de tiempo se debe expresar en segundos.
Frecuencia: Es la cantidad de vueltas que un realiza en un tiempo determinado, por lo
general el tiempo es un segundo, la frecuencia se representa por la letra “f” y se
expresa en Hertz (hz).
Periodo y frecuencia: Estas dos magnitudes son reciprocas, lo que quiere decir que al
multiplicarse entre ellas el resultado siempre será uno: T*f = 1, esto es útil de conocer
para definir las ecuaciones en un movimiento circular uniforme.
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TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO CICULAR
Los mecanismos de transmisión de movimiento circular son: Ruedas de Fricción, Polea con correa, Ruedas dentadas y cadena, Ruedas dentadas o engranajes, Tornillo sin fin y engranaje.
POLEA CON CORREA
Se trata de dos ruedas situadas a cierta distancia, que giran a la vez por efecto de una correa. Las correas suelen ser cintas de cuero flexibles y resistentes.
La fuerza motriz la proporciona un motor que mueve una polea motriz (elemento de entrada) que, gracias a una correa, mueve una polea conducida (elemento de salida).Como ambas poleas tienen movimiento circular, este mecanismo de transmisión es circular.
- Multiplicadora de velocidad: cuando la polea conductora tiene un diámetro mayor que la polea conducida, esta rodará más rápido, pero su eje transmitirá menos fuerza.
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| Aumento de Velocidad |
- Reductora de velocidad: cuando la polea conductora tiene un diámetro menor que la polea conducida, esta rodará más lento, pero el eje transmitirá más fuerza.
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| Reducción de Velocidad |
imagen tomada de:https://tecnoeinfomgr.wixsite.com/tecnologia/transmision-de-movimiento-circulaEste mecanismo se utiliza en electrodomésticos, como las lavadoras o el lavavajillas, en aparatos electrónicos de vídeo y sonido y en varias partes de los motores térmicos, como el ventilador, la transmisión o la distribución.
Ejemplo: https://www.youtube.com/watch?v=c16uIeEgONg&t=1s
RELACIÓN DE TRANSMISIÓN "i"
imagen tomada de:https://ikastaroak.ulhi.net/edu/es/DFM/DPM/DPM01/es_DFM_DPM01_Contenidos/website_44_poleas_y_correas.htmlEjemplo: https://www.youtube.com/watch?v=4yvWYvqhd0Q
Prototipo a construir:
MATERIALES USADOS:
-Un cuadro de cartón que servirá como base del carro
- 4 CD´s
- Palillo de pincho y pitillo de soporte de globo preferiblemente
- Motor con una polea instalada
- Polea de plastico
- 4 tiras de foamy de 2cm de ancho
- Batería de 9V con su porta baterías
- Silicona en barra
- Interruptor
- una liga elástica
Adicionalmente se hará uso de un cronometro como herramienta de medición. La elección de estos materiales estuvo pensada en la posibilidad de poder tener un fácil acceso a ellos, ya que son materiales que podemos encontrar en casa y en tiendas de materiales electrónicos donde se obtienen a un precio para nada elevado.
PLANIFICACIÓN
En este caso, luego de tener el tema en el que se basará el proyecto, procedimos a la búsqueda de la teoría, fórmulas y todo lo relacionado a el M.C.U. Teniendo en cuenta los campos en donde este movimiento se hace presente y, con toda la información previamente estudiada, buscamos plantear un problema que por medio del uso de las formulas podamos resolver y representar. En todas las posibles opciones de poder armar un prototipo que nos facilite resolver el problema se decide escoger uno sencillo y práctico que consta de un carro con materiales de uso cotidiano y a pequeña escala. Luego de buscar los diferentes modelos que se pueden construir se modifica un diseño adaptado a nuestras necesidades y posibilidades, y con la propuesta ya socializada con los compañeros y profesor, tomando en cuenta sus opiniones de mejoras que se le debe hacer el diseño para un mejor rendimiento se procede finalmente a construir el prototipo (siempre haciendo cualquier tipo de cambio que amerite).
Lograr el prototipo ideal y el estudio de el tema, nos llevó a rededor de 3 meses, teniendo en cuenta que para el grupo no fue posible dedicarse cada día a la ejecución de este proyecto y de igual manera la espera para poder recibir orientación y opiniones. Esto debido a las diferentes obligaciones académicas.
Finalmente la realización de todo el proyecto en general, se obtuvo gracias a las distintas habilidades del equipo y su optimo desempeño en las tareas asignadas, desde la búsqueda de la información hasta la construcción y evaluación del prototipo.
PASO A PASO
Después de contar con todos los materiales necesarios se toman en cuenta los siguientes pasos:
1- Cortar un rectángulo de cartón que sea lo suficientemente duro como para no doblarse, el cual servirá como base principal para el carro.
2- Cortar dos piezas de pitillos, un poco más largas que el alto del cartón, es decir, que sobresalga.
3- Con los dos palillos de pichos se simulará la barra de las ruedas pero como este es tan delgado para ocupar todo el orficio del cd claramente, con una tira de foamy lo enrrollaremos en el extremo del palillo de tal amnera que quede un poquito más grande que el orificio del cd y con mucho cuidado y delicadeza se intenta insertar el rollo de foamy en el orifico de tal manera que quede apretado y que el cd no se mueva. De esta forma:
Pero para asegurar, se recomienda poner un poco de silicona caliente en la parte interna, entre el cd y el rollito para que así no se mueva.
4- Luego de tener el primer cd puesto, se pasa el palillo por el pitillo y antes de hacer el paso anterior, introduciremos una polea de tamaño mediano y si el orificio de esta es más grande que el grueso del palillo se asegurará entonces con silicona caliente. Ahora si, se hace el procedimiento ya mencionado para colocar el otro cd y así tener el primer par de ruedas listas.
Quedando el primer par de ruedas, para el otro par se hace el mismo procedimiento solo que en este paso no se insertará ninguna polea, solo se pasará el palillo por el pitillo y luego se hace un rollo de foamy en la punta y se ubica en cd.
5- Lo siguiente es ubicar el motor que vaya alineado a lo que realizamos en el paso anterior, con una liga que servirá de correa se ubica en la polea del motor y se estira hasta la otra polea. Tensando lo suficiente la correa, con silicona se pega el motor y que quede de este modo:
7- Se conecta un cable del motor con el de el interruptor y este de ubica en la parte más conveniente del cartón, donde sea fácil usarlo y se acomoden los cables. Lo mismo con la batería, un cable al motor y el otro con el interruptor, y así ya tenemos el carro completamente armado:
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