MECÀNICA

INTRODUCCIÓ

La Mecànica, en tant que matèria de la modalitat de tecnologia, té bàsicament un caràcter de ciència aplicada. Normalment fa ús de les lleis científiques establertes i les aplica a l’estudi de l’equilibri i el moviment de cossos rígids, elàstics o fluids sotmesos a forces i/o moments. El seu objecte és analitzar aquelles aplicacions més concretes, respectant les limitacions pròpies del nivell i del seu caràcter marcadament d’introducció.

Una de les activitats més apassionants i a l’hora complexes, és el procés de disseny i construcció d’una màquina que compleixi unes determinades característiques i prestacions. El procés de creació de ginys que fa servir la mecànica és multidisplinari i aplicat, el qual inclou, entre altres, els coneixements com: la teoria de les màquines i mecanismes, el càlcul i la simulació, les solucions constructives, els accionaments i el seu control, l’aplicació dels materials industrials, les tècniques de construcció i fabricació, les tècniques de representació gràfica i escrita, l’ergonomia, la seguretat, la reciclabilitat, etc. Tot això s’integra en el que, normalment, és el projecte mecànic.

En el desenvolupament d’aquesta matèria caldrà tenir en compte les relacions amb d’altres matèries de la modalitat de Tecnologia, especialment la Física, el Dibuix tècnic, les Matemàtiques i la Tecnologia industrial. Els continguts s’han estructurat seguint una concepció global que permeti l’aplicació als diferents camps de la mecànica aplicada.

Els continguts conceptuals s’estructuren en quatre apartats: Estudi i moviment de màquines i mecanismes; estàtica i dinàmica de màquines i mecanismes; introducció a l’elasticitat i resistència de materials; i introducció a la mecànica dels fluids.

L’estudi de màquines i mecanismes, des dels vessants teòrics i pràctics, és una introducció de les característiques que defineixen un sistema mecànic senzill. Són especialment útils per a aquesta funció els conjunts mecànics que realitzen funcions de guiatge i de transmissió.

La teoria de màquines i mecanismes ha de tractar de forma senzilla les relacions entre la geometria i el moviment dels elements d’una màquina o mecanisme, les forces que intervenen i l’energia associada al seu funcionament. Cal aprofitar els recursos educatius que ofereixen per afermar els continguts conceptuals: els processos de creació i disseny, de construcció, de reparació o manipulació de ginys i de sistemes mecànics.

La resistència de materials tracta, els aspectes més bàsics que defineixen les relacions entre les tensions i les deformacions, i des del punt de vista experimental els diferents tipus de situacions amb estats de carregues més simples. Les situacions plantejades han de donar una visió general de tot els procés tecnològic que permet donar la forma final a peces, mecanismes, enllaços, unions, bigues, etcètera. L’ús d’eines informàtiques específiques actuals pot representar un ajut per donar una visió més global de tot l’entorn.

La mecànica de fluids ha de tenir un plantejament d’introducció senzilla de les característiques dels fluids líquids i gasos. La hidrostàtica, la hidrodinàmica i les aplicacions més significatives que tinguin relació amb màquines i mecanismes en seran els continguts representatius.

Pel que fa als procediments, s’han estructurat en quatre blocs: A Obtenció i tractament de la informació es treballen els procediments bàsics de cerca, interpretació i elaboració d’informació aplicats a l’àmbit de la mecànica. Es destacaran els aspectes d’interpretació de documents, taules de característiques, esquemes, plànols, dades tècniques, entre d’altres, utilitzats com a eines en el plantejament i solució de problemes teòrics i pràctics.

A la Representació i interpretació gràfica, els procediments se centren en la presentació gràfica de la informació, la qual constitueix una eina insubstituïble en el procés mecànic, ja que ajuden a l’alumne a adquirir una cultura molt important i insubstituïble de l’entorn tecnològic.

A l’Anàlisi de sistemes mecànics es treballen els procediments d’anàlisi, mesura i contrastació de valors de problemes en tant que es consideren intuïtius i afavoreixen la cultura mecànica. Altres procediments més relacionats amb la síntesi de mecanismes hi han de ser presents però només a nivell de petita introducció, ja que requereixen de molta més experiència i formació.

L’experimentació i construcció, s’orienta cap al muntatge i experimentació sobre models més o menys idealitzats de maquines, mecanismes i estructures, tot realitzant les mesures adients a cada situació plantejada i avaluant-ne el seu funcionament i comportament.

Els continguts actitudinals s’organitzen en tres parts: la tecnologia, el treball i l’entorn. Cal fer esment sobre el compliment de les normatives que fan referència les magnituds, les unitats, representacions gràfiques, normes de seguretat, entre altres, ja que formen una part necessària de la cultura de les persones que volen conèixer o desenvolupar-se en l’entorn tècnic. No es poden oblidar en el context del batxillerat que és necessari utilitzar tots aquells continguts actitudinals que respectin la sostenibilitat dels processos tècnics i del medi ambient.

OBJECTIUS GENERALS

L’alumnat, en acabar el cicle, ha de ser capaç de:

  1. Desenvolupar actituds d’anàlisi i observació de forma qualitativa del medi tècnic, que desenvolupin la "intuïció mecànica" necessària per facilitar l’estudi o ajudar a plantejar propostes de sistemes mecànics.
  2. Resoldre qualitativament i quantitativament problemes de situacions habituals i senzilles de l’entorn tecnològic en l’àmbit de la mecànica, fent ús de les lleis teòriques i utilitzant les representacions gràfiques i les eines de càlcul més adients.
  3. Seleccionar i interpretar informacions tècniques en l’àmbit de la mecànica consultant els diferents suports.
  4. Realitzar el procés de disseny i construcció sistemes mecànics senzills a partir d’un requeriment.
  5. Assajar sistemes en l’àmbit de la mecànica per tal de contrastar i verificar el funcionament.
  6. Valorar el procés tecnològic en l’àmbit de la mecànica com un tot integrat, amb una actitud de sostenibilitat dels recursos naturals i aprofundint en la valoració crítica de les relacions entre l’ésser humà i el medi ambient.
  7. Prendre consciència del desenvolupament de la ciència i la tecnologia i les necessitats d’adaptar-se al canvis humans i socials que comporta.
  8. Utilitzar de forma apropiada i significativa els recursos que ofereixen les noves tecnologies d’automatització i de la informació, tant aquells d’ús general com els propis de la mecànica.

 

CONTINGUTS

Fets, conceptes i sistemes conceptuals

1. Estudi i moviment de màquines i mecanismes

1.1 Introducció a l’estudi dels vectors.

1.2 Màquines, mecanismes i estructures. Elements. Elements d’enllaç, parells cinemàtics. Esquematització.

1.3 Graus de llibertat d’un mecanisme. Aplicacions a la mobilitat de mecanismes en pla.

1.4 Moviment absolut i relatiu. Referències.

1.5 Trajectòria i posició del punt. Trajectòria, posició i orientació del sòlid rígid.

1.6 Velocitat i acceleració del punt i del sòlid rígid. Velocitat i acceleració angular del sòlid. Centre instantani de rotació. Velocitats i acceleracions en mecanismes senzills en el pla.

1.7 Accionament de mecanismes, anàlisi de mecanismes de transmissió de moviment. Mecanismes articulats, corretges, cadenes, engranatges, rosques com a transmissió de moviment, cables.

1.8 Característiques de la transmissió del moviment. Relació de transmissió.

1.9 Introducció a la síntesi de mecanismes: tipus de mecanismes a utilitzar, elements i enllaços necessaris i mides dels elements.

2. Estàtica i Dinàmica de màquines i mecanismes.

2.1 Forces. Sistemes de forces. Moments de forces en el pla. Resultat i moment resultant.

2.2 Forces a distància, forces d’enllaç i resistències passives.

2.3 Centre d’inèrcia, moment d’inèrcia i condicions d’equilibri.

2.4 Equilibri de sòlids, mecanismes i estructures.

2.5 Fricció i rodolament. Mecanismes basats en el frec.

2.6 Dinàmica del punt material, lleis de Newton. Dinàmica del sòlid rígid, moviment de translació i rotació.

2.7 Teoremes de conservació. Quantitat de moviment, energia, treball, potència i rendiment de màquines i mecanismes.

3. Introducció a l’elasticitat i resistència de materials

3.1 Tensió, tensions normal i tangencial i deformacions longitudinal i angular.

3.2 Elasticitat. Relacions i diagrames tensió-deformació. Llei de Hooke. Límits elàstic, fluència i trencament. Mòduls d’elasticitat.

3.3 Introducció als diferents tipus de càrregues reals i coeficients de seguretat.

3.4 Elasticitat i resistència en esforços de tracció i compressió simple, cisallament, flexió i torsió.

3.5 Càlcul de seccions senzilles sotmeses a esforços simples en màquines, mecanismes i estructures.

4. Introducció a la mecànica de fluids

4.1 Fluids: líquids i gasos. Propietats i característiques.

4.2 Hidrostàtica. Teorema de Pascal; forces sobre superfícies; condicions de flotació.

4.3. Hidrodinàmica. Equacions fonamentals; conservació de la massa, quantitat de moviment i energia. Circulació de fluids per un tub, potència hidràulica, pèrdues de carrega i transferència d’energia.

4.4 Aplicacions dels fluids a màquines i mecanismes: accionaments, premses, frens i/o bombeig.

Procediments

1. Obtenció i tractament de la informació

1.1 Obtenció i interpretació de dades de elements mecànics extretes de diferents fonts i suports: llibres, prontuaris, catàlegs, llibres, xarxes telemàtiques i d’informació.

1.2 Elaboració de documents tècnics i memòries escrites de màquines, mecanismes, estructures o instal·lacions, utilitzant de forma acurada la terminologia pròpia de la matèria.

1.3 Aplicació de models teòrics de sistemes mecànics en forma més o menys simplifica o idealitzada per deduir el seu comportament, emprant tot tipus d’eines teòriques, pràctiques, automatitzades, etc.

2. Representació i interpretació gràfica

2.1 Realització d’esquemes i representacions gràfiques de sistemes mecànics a escala, utilitzant les eines informàtiques adients.

2.2 Realització de representacions gràfiques i polígons vectorials de trajectòries, velocitats acceleracions, forces, pressions i parells, incloent-hi sistemes de referència i escales representatives, com ajut a la comprensió i al plantejament de problemes en sistemes mecànics.

2.3 Interpretació i utilització de les normatives obligatòries en esquemes i representacions gràfiques simplificades.

3. Anàlisi de sistemes mecànics

3.1 Interpretació dimensional i aplicació correcta de magnituds i unitats en l’àmbit de la mecànica.

3.2 Resolució de problemes relatius a la mecànica aplicada, utilitzant mètodes analítics que impliquin processos d’anàlisi de dades i variables de representació gràfica a escala o en forma esquematitzada, donant la proposta de solució.

3.3 Modelització de sistemes mecànics de manera simplificada o idealitzada per deduir-ne el comportament, tot emprant les eines teòriques pròpies o els models automatitzades.

4. Experimentació i construcció

4.1 Realització d’experiències de construcció i simulació en l’àmbit de la mecànica aplicada.

4.2 Construcció de petits mecanismes i estructures representatives.

4.3 Assaig i realització de mesures, contrastació entre els resultats calculats i els mesurats.

4.4 Identificació i prevenció de les situacions de perill pròpies de les operacions de construcció, muntatge-desmuntatge, observant la seva incidència en les reglamentacions tècniques.

Valors, normes i actituds

1. Sobre la mecànica

1.1 Atenció als lligams del conjunt de les matèries de l’àmbit tecnològic.

1.2 Atenció a les relacions de la mecànica aplicada amb les disciplines de l’àmbit científic.

1.3 Sensibilització pel progrés tecnològic i pels antecedents històrics.

1.4 Riquesa i rigor en l’ús del lèxic propi de la mecànica.

2.Sobre el treball

2.1 Observació, constància, responsabilitat i respecte per les normes de seguretat i autocrítica en el treball individual i de grup.

2.2 Iniciativa per proposar solucions i projectes i receptivitat envers les propostes dels altres.

2.3 Correcció en l’ús i manteniment d’eines, instruments i aparells.

3. Sobre l’entorn

3.1 Actitud d’anàlisi i observació envers els fenòmens i aplicacions de la mecànica pertanyent a l’entorn immediat.

3.2 Valoració de la incidència de les activitats relacionades amb la mecànica en l’activitat econòmica, la qualitat de vida i el medi ambient.

OBJECTIUS TERMINALS

  1. Reconèixer les relacions entre coneixement científic i el mecànic, atenent a les seves diferents activitats i a les seves interdependències.
  2. Realitzar els càlculs a partir del plantejament i resolució de les equacions algebraiques pertinents amb l’ajut de les representacions gràfiques i utilitzant les magnituds i unitats normalitzades corresponents.
  3. Reconèixer i aplicar les característiques i operacions bàsiques dels vectors relacionades amb la mecànica en el pla.
  4. Emprar i realitzar els diagrames vectorials en referències absolutes i/o relatives que siguin necessaris per l’estudi de màquines, mecanismes i estructures.
  5. Reconèixer, descriure i desmuntar els elements, elements d’enllaç, parells cinemàtics en el pla, determinant els graus de llibertat dels mecanismes.
  6. Reconèixer i aplicar les lleis de moviment de la cinemàtica de mecanismes senzills en el pla, calculant posicions, trajectòries, velocitats i acceleracions tot representant-les gràficament.
  7. Analitzar i realitzar càlculs de màquines i mecanismes de transmissió del moviment.
  8. Dissenyar mecanismes senzills utilitzant el procés de síntesi de mecanismes: partint d’unes funcions de moviment o de forces, determinar-ne la solució constructiva que les compleix.
  9. Determinar analíticament les condicions d’equilibri de cossos amb formes geomètricament simples, emprant les lleis de l’estàtica.
  10. Reconèixer i aplicar les lleis de moviment de la dinàmica de translació i rotació per a màquines i mecanismes senzills en el pla, calculant acceleracions, forces, moments i/o quantitat de moviment.
  11. Interpretar i aplicar de forma global l’anàlisi de màquines i mecanismes en propostes senzilles amb fricció i rodolament de mecanismes reals basats en el frec.
  12. Realitzar balanços energètics de màquines i mecanismes senzills, reconeixent les transformacions energètiques i calculant-ne treballs, potències i/o rendiments.
  13. Identificar i relacionar les tensions normals i tangencials i les corresponents deformacions longitudinals i angulars, interpretant els corresponents diagrames de tensions i deformacions.
  14. Distingir i descriure els diferents tipus de carregues que poden actuar en màquines mecanismes i estructures i reconèixer la necessitat de l’ús de coeficients de seguretat.
  15. Identificar i analitzar estructures isostàtiques i mecanismes senzills amb les càrregues simples de: tracció i compressió simple, cisallament pur, flexió o torsió.
  16. Interpretar les dades relatives a les propietats de materials a partir de la consulta de taules o catàlegs, suports informàtics; i aplicar-los en el disseny de màquines, mecanismes i estructures.
  17. Analitzar i avaluar esforços o tensions en relació a les formes i seccions de bigues i membres de mecanismes en casos de les carregues simples, tot utilitzant només els materials més importants de taules i segons les seves propietats i aplicacions.
  18. Construir, mesurar i assajar la funcionalitat de mecanismes i estructures senzilles o utilitzant, si cal, models idealitzats que en destaquin les seves característiques.
  19. Identificar les propietats i característiques bàsiques que defineixen els fluids líquids i gasos.
  20. Interpretar i determinar diferents situacions senzilles de l’hidrostàtica de fluids, calculant forces i pressions sobre superfícies.
  21. Reconèixer i aplicar de forma senzilla les lleis de dinàmica de fluids, calculant velocitats, forces, pressions, cabals, energies i potències; en fluids que es puguin considerar incomprensibles i en règim laminar i estacionari.
  22. Identificar i assajar la funcionalitat d’aplicacions senzilles de la mecànica de fluids en: accionaments de màquines, premses, frens o bombeig.
  23. Obtenir dades i variables d’elements i sistemes mecànics a partir de la interpretació d’àbacs, diagrames i nomogrames utilitzant diferents suports.
  24. Resoldre problemes d’anàlisi, numèric i gràfic; obtenint i tractant les dades mitjançant l’ús d’aplicacions informàtiques generals i específiques de la mecànica aplicada.
  25. Mesurar i expressar totes les característiques en l’àmbit de la mecànica aplicada utilitzant correctament les magnituds i unitats.
  26. Observar i aplicar les normes d’ús, manteniment i seguretat d’instruments, eines i materials en l’aula de tecnologia.
  27. Valorar la rigorositat, la creativitat i la metodologia emprada en la resolució de problemes i en l’avaluació dels resultats.
  28. Realitzar individualment o equip els treballs i assaigs propis de la mecànica.
  29. Mantenir una actitud de curiositat en vers les aplicacions que l’entorn immediat ofereix en l’àmbit de la mecànica.
  30. Valorar i respectar les normatives i les reglamentacions de normalització i seguretat.
  31. Valorar les realitzacions reals en l’àmbit de la mecànica com un tot integrat, des del disseny fins al reciclatge, mantenint una actitud positiva envers la sostenibilitat dels recursos naturals.
  32. Reconèixer les formes de prevenció de l’impacte ambiental de les activitats pròpies de la mecànica.