Tema 1

Estructures i esforços mecànics

Tema 1- Estructures i esforços mecànics.

1.1- Resum del tema
1.1.1- Forces

Una força és un acció capaç de produir una deformació en un cos o modificar-ne l’estat de repòs o de moviment.

Per indicar com actua una força sobre un cos fem servir un vector, que és una representació geomètrica semblant a una fletxa  que indica:

• La seva magnitud, que es representada amb la llargada del segment del vector.
• La seva direcció, que es representa amb el segment del vector
• El seu sentit, que és representat amb la punta de la fletxa del vector
• El punt d'aplicació, que es representa amb l'origen del segment del vector,

Per mesurar forces s’utilitza el dinamòmetre. Aquest aparell, inventat per Isaac Newton, basa el seu funcionament en l'estirament d’una molla. Com més gran és la força més gran és l’allargament de la molla.

1.1.2- Esforços

L’esforç és la força a la qual és sotmesa una peça en una secció determinada i que tendeix a estirar-la, aixafar-la, corbar-la, torçar-la o tallar-la.

Hi ha 5 tipus d'esforços

1.1.2.1- Esforç de tracció

• L’esforç de tracció es produeix quan dues forces oposades (de sentit contrari) actuen sobre un cos i tendeixen a estirar-lo o a allargar-lo.

1.1.2.2- Esforç de compressió

• L’esforç de compressió es produeix quan un objecte és empès (comprimit) per dues forces que actuen en sentits oposats, les quals tendeixen a aixafar-lo o a escurçar-lo.

1.1.2.3- Esforç de flexió

• L’esforç de flexió es produeix quan les forces que actuen sobre una peça s’apliquen en el seu eix longitudinal i tendeixen a corbar-la

1.1.2.4- Esforç de torsió

• L’esforç de torsió consisteix en l’aplicació de dues forces en sentits oposats que tendeixen a girar o a retorçar un cos.

1.1.2.5- Esforç de tallant o cisellament

• L’esforç tallant o de cisallament es produeix quan dues forces oposades són aplicades en la mateixa zona de l’objecte, intentant tallar-lo.

1.1.3- Propietats mecàniques dels materials

Les propietats mecàniques determinen el comportament dels materials quan estan sotmesos a esforços (forces).

Hi ha 5 propietats mecàniques
1.1.3.1 La resistència

• Anomenem resistència a la capacitat que té un material de suportat esforços (forces) sense deformar-se excessivament ni trencar-se.

1.1.3.2 La tenacitat i la fragilitat

• La tenacitat és la propietat que tenen alguns materials de suportar forces i cops sense trencar-se. És la capacitat de resistència al xoc.

• La fragilitat és la propietat contrària a la tenacitat. Els materials fràgils es trenquen fàcilment en rebre cops o xocs.

1.1.3.3 L'elasticitat

• L’elasticitat és la propietat que tenen els materials de recuperar la seva forma original després d'haver estat deformats per un esforç.

1.1.3.4 La duresa

• La duresa és la propietat que indica l’oposició que ofereix un material a ser ratllat, penetrat o tallat.

1.1.3.5 La plasticitat

• La plasticitat és la capacitat que té un material per adquirir deformacions permanents sense trencar-se.

1.1.4 Les estructures

Una estructura és un conjunt de peces o d’elements, units entre si, que serveixen de suport i d'esquelet d'alguna cosa amb la funció bàsica de suportar forces.

Tota estructura per realitzar bé la seva funció ha de complir tres condicions:

• Ser resistent, per suportar les càrregues a les quals està sotmesa.
• Ser rígida, perquè no es deformi per l’acció d’esforços.
• Ser estable, per no bolcar quan està sotmesa a forces externes.

1.1.4.1 Elements de les estructures

Hi ha sis elements en les estructures

1.1.4.1.A Fonaments

• En algunes estructures, com ara els edificis, és la part que està sota terra i que serveix de base.

1.1.4.1.B Elements verticals (columnes, pilars, murs...)

• Aquests elements verticals de les estructures solen suportar esforços de compressió i, en ocasions, esforços laterals de flexió. Exemples: columnes, pilars, potes, murs de càrrega, murs de contenció, etc.

1.1.4.1.C Elements horitzontals (bigues, travessers..)

• Són les peces, disposades en forma horitzontal (solen ser més llargues que no pas amples), que serveixen per suportar càrregues i que estan sotmeses a esforços de flexió. També solen suportar esforços de cisallament.

1.1.4.1.D Tirants

• Són cables o barres, sotmesos a esforços de tracció, que serveixen per augmentar l’estabilitat i la resistència de les estructures. Els podem trobar als ponts penjants, les antenes de televisió, els suports de rètols, etc.

1.1.4.1.E Arcs, voltes i cúpules 

• Són elements arquitectònics que mitjançant l’ús de formes corbades serveixen per cobrir espais i recintes.

1.1.4.1.F Perfils

• Les grans estructures metàl·liques es construeixen bàsicament amb perfils estructurals d’acer laminat en calent. Tanmateix, les més petites utilitzen sovint tubs estructurals (de secció rodona, quadrada o rectangular). No obstant això, cada cop són més freqüents les estructures metàl·liques fetes amb perfils i tubs d’alumini.

Hi ha tres tipus principals d'estructures:

1.1.4.2.A  Estructures d'armadura

• Estan formades per un conjunt d’elements resistents, units o engalzats entre si, que constitueixen l’esquelet de diversos tipus d’objectes o de construccions. Les més usuals són les estructures metàl·liques i les de formigó. Segons la disposició dels seus elements, aquest tipus d’estructures les podem classificar en: tramades, triangulades i penjants.

1.1.4.2.B Estructures laminars o carcassa

• Estan formades per làmines o plafons units entre si que solen envoltar l’objecte, com per exemple el xassís d’un vehicle, el fuselatge d’un avió, un contenidor d’escombraries, un dipòsit, una llauna, un envàs de plàstic o les carcasses d’aparells (mòbil, ordinador, rentadora...).

1.1.4.2.C Estructures Massives

• Són estructures molt pesants i massisses que concentren gran quantitat de material. Exemples: piràmides, embassaments, cimentacions, etc.

1.2 Impacte de la construcció d'edificis al medi ambient

Ja des de fa molt de temps, la construcció ha estat la causa de la destrucció d'ecosistemes, de boscos, i la natura en general. Aquest fet provoca l'extinció d'algunes espècies, més contaminació i menys vegetació. Tot això és fet pel simple fet d'aconseguir diners.

Per sort, ja hi ha arquitectes que pensen en el futur d'aquest planeta i han decidit crear ciutats i edificis convivint amb la natura.

Aquest és un exemple d'un edifici construït amb vegetació.

Aquest edifici ha estat dissenyat per Edouard François (francès). Ja ha fet varis edificis, però aquest és el millor fins al moment. François és conscient del problema en la natura, i amb aquestes obres demostra que es pot combinar una estructura urbana amb l'ambient.

https://www.youtube.com/watch?v=lkaa0BFQEr0

Finalment, en aquest link porta a un vídeo que parla sobre això.

Tema 2

Màquines i mecanismes

2.1- Resum del tema

2.1.1- Màquines:

És el conjunt de mecanismes que ens ajuda a fer un treball o a transformar una força.

N'hi ha dos tipus: les màquines simples i les màquines complexes.

2.1.2- Màquines simples

Dispositius senzills amb un element o dos.

N'hi ha de tres tipus: La palanca, la politja i el pla inclinat

2.1.2.A- La palanca

Barra rígida capaç de girar al voltant d'un punt de suport. En el cas de la palanca, s'utilitza la següent fórmula:

F·d1 = R·d2

Podem classificar les palanques en 1r grau, 2n grau i 3r grau

2.1.2.B- La politja

Roda que té la superfície central amb forma de canal per on es pot fer passar una corda o corretja. S'utilitza la mateixa fórmula que la palanca.

2.1.2.C- El pla inclinat

Rampa que permet elevar càrregues amb menys esforç del que caldria exercir si ho féssim verticalment. La fórmula que s'utilitza amb el pla inclinat és la següent:

2.1.3- Màquines complexes

Màquines amb diversos mecanismes, que transformen energia i acostumen a ser motrius.

2.1.3.A- Els mecanismes

Són els conjunts de peces que guien, transmeten i transformen un moviment relacionat amb les forces que actuen en una màquina.

2.1.3.B- La relació de transmissió

Representa el nombre de voltes que fa l’eix conduït per cada volta de l’eix motriu.

i = Relació de transmissió (sense unitats)

n1 = freqüència de rotació de l'eix motriu (rpm)

n2 = Freqüència de rotació de l'eix conduït o de la roda conduïda (rpm)

2.1.3.C- Transmissió per engranatges

Sistema de transmissió molt exacte que permet transmetre grans esforços, però no pas a gaire distància.

Tema 3 Màquines Tèrmiques

3.1- Resum

3.1.1 Motors tèrmics

Són les motors que transformen l'energia d'un combustible en energia de moviment (Energia Mecànica). Aquesta transformació es produeix en els motors a través d'un conjunt de mecanismes.

Hi ha dos tipus de motors tèrmics:
Motors de 2 temps: Realitza les quatre etapes del funcionament del motor en dos moviments. Aquests moviments són:

1- Admissió i compressió.
2- Explosió i escapament.

Motor de 4 temps: Realitza les quatre etapes del funcionament del motor en quatre moviments diferents.

1- Admissió (el cilindre s'omple d'aire i una mica de gasolina)
2- Compressió (El pistó puja i comprimeix la mescla)
3- Explosió (una guspira produïda per la bugia fa explotar la mescla i l'explosió el fa baixar el pistó)
4- Escapament (la vàlvula d'escapament s'obre i deixa anar gasos)

3.1.2- Cilindrada d'un motor:

És una de les característiques principals d'un motor, lligada a la potència que pot desenvolupar i al consum de combustible.

Fòrmules:
Vc= πr²c
Vmàx= Vc+Vmin
Vt= Vmàx+Nc

3.1.2- Treball, potència i rendiment

El treball és l'acció d'aplicar una o més forces sobre un cos i provocar o modificar el seu moviment. S'expressa amb Joules (J).

W= s·F

La potència és el treball efectuat per unitat de temps. Dóna idea de la rapidesa amb què es pot fer un treball. S'expressa en Watts (w).
P= W/T

El rendiment és una forma d'expressar l'eficiència d'una transformació energètica. Pot ser segons el treball o segons la potència.
η= (Pu/Pc) ·100
η= (Wu/Wc) ·100

3.2- Beneficis i inconvenients dels motors elèctrics:

Inconvenients:
-Els vehicles elèctrics tenen poca autonomia
-Hi ha pocs llocs de càrrega (actualment)
-La majoria d'energia elèctrica prové de fonts no gaire ecològiques, com amb l'energia nuclear.
-Són massa cars
-Per fer-ho s'utilitza bastant la pila de liti que és difícil de reciclar.

Avantatges:
-Són més ecològics, per tant no emeten tant de CO2 a l'atmosfera.
-L'estructura dels vehicles elèctrics és més simple, per tant necessiten menys manteniment.
-Permeten als països no exportadors de petroli no necessitar als que l'exporten.
-Tenen un descompte de 3.000 euros aprox.