Una máquina es un sistema físico que utiliza energía para aplicar fuerzas y controlar el movimiento para realizar una acción. El término se aplica comúnmente a dispositivos artificiales, como los que emplean motores o motores, pero también a macromoléculas biológicas naturales, como las máquinas moleculares . Las máquinas pueden ser impulsadas por animales y personas , por fuerzas naturales como el viento y el agua , y por energía química , térmica o eléctrica , e incluyen un sistema de mecanismos que dan forma a la entrada del actuador para lograr una aplicación específica de las fuerzas de salida y el movimiento. También pueden incluir computadoras y sensores que monitorean el desempeño y planifican el movimiento, a menudo llamados sistemas mecánicos .
Los filósofos naturales del Renacimiento identificaron seis máquinas simples que eran los dispositivos elementales que ponía una carga en movimiento y calcularon la relación entre la fuerza de salida y la fuerza de entrada, lo que hoy se conoce como ventaja mecánica . [1]
Las máquinas modernas son sistemas complejos que constan de elementos estructurales, mecanismos y componentes de control e incluyen interfaces para un uso conveniente. Los ejemplos incluyen: una amplia gama de vehículos , como trenes , automóviles , barcos y aviones ; electrodomésticos para el hogar y la oficina, incluidos ordenadores, sistemas de tratamiento de aire y agua para edificios ; así como maquinaria agrícola , máquinas herramienta y sistemas y robots de automatización industrial .
La palabra inglesa máquina proviene del francés medio del latín machina , [2] que a su vez deriva del griego ( dórico μαχανά makhana , jónico μηχανή mekhane 'artilugio, máquina, motor', [3] una derivación de μῆχος mekhos 'significa, conveniente , remedio' [4] ). [5] La palabra mecánico (griego: μηχανικός ) proviene de las mismas raíces griegas. Un significado más amplio de "tejido, estructura" se encuentra en el latín clásico, pero no en el uso griego. Este significado se encuentra en el francés de finales de la Edad Media y se adoptó del francés al inglés a mediados del siglo XVI.
En el siglo XVII, la palabra máquina también podía significar un plan o trama, significado que ahora se expresa mediante la derivada maquinación. El significado moderno se desarrolla a partir de la aplicación especializada del término a las máquinas de escenario utilizadas en el teatro y a las máquinas de asedio militares , tanto a finales del siglo XVI como a principios del XVII. El OED remonta el significado formal y moderno al Lexicon Technicum (1704) de John Harris , que tiene:
La palabra motor utilizada como (casi) sinónimo tanto por Harris como en lenguajes posteriores deriva en última instancia (a través del francés antiguo ) del latín ingenium 'ingenio, una invención'.
El hacha de mano , hecha cortando pedernal para formar una cuña , transforma en manos de una persona la fuerza y el movimiento de la herramienta en fuerzas transversales de división y movimiento de la pieza de trabajo. El hacha de mano es el primer ejemplo de cuña , la más antigua de las seis máquinas simples clásicas , en las que se basan la mayoría de las máquinas. La segunda máquina simple más antigua fue el plano inclinado (rampa), [6] que se ha utilizado desde tiempos prehistóricos para mover objetos pesados. [7] [8]
Las otras cuatro máquinas simples fueron inventadas en el antiguo Cercano Oriente . [9] La rueda , junto con el mecanismo de rueda y eje , fue inventada en Mesopotamia (el actual Irak) durante el quinto milenio antes de Cristo. [10] El mecanismo de palanca apareció por primera vez hace unos 5.000 años en el Cercano Oriente , donde se usaba en una balanza simple , [11] y para mover objetos grandes en la tecnología del antiguo Egipto . [12] La palanca también se utilizó en el dispositivo de elevación de agua shadoof , la primera máquina grúa , que apareció en Mesopotamia c. 3000 a. C. , [11] y luego en la tecnología del antiguo Egipto c. 2000 a.C. [13] La evidencia más antigua de poleas se remonta a Mesopotamia a principios del segundo milenio a. C., [14] y al antiguo Egipto durante la Duodécima Dinastía (1991-1802 a. C.). [15] El tornillo , la última de las máquinas simples en inventarse, [16] apareció por primera vez en Mesopotamia durante el período neoasirio (911-609) a.C. [14] Las pirámides de Egipto se construyeron utilizando tres de las seis máquinas simples: el plano inclinado, la cuña y la palanca. [17]
Tres de las máquinas simples fueron estudiadas y descritas por el filósofo griego Arquímedes alrededor del siglo III a.C.: la palanca, la polea y el tornillo. [18] [19] Arquímedes descubrió el principio de ventaja mecánica en la palanca. [20] Los filósofos griegos posteriores definieron las cinco máquinas simples clásicas (excluyendo el plano inclinado) y pudieron calcular aproximadamente su ventaja mecánica. [1] Héroe de Alejandría ( c. 10 –75 d.C.) en su obra Mecánica enumera cinco mecanismos que pueden "poner una carga en movimiento"; palanca, molinete , polea, cuña y tornillo, [19] y describe su fabricación y usos. [21] Sin embargo, la comprensión de los griegos se limitaba a la estática (el equilibrio de fuerzas) y no incluía la dinámica (el equilibrio entre fuerza y distancia) ni el concepto de trabajo . [ cita necesaria ]
Las primeras máquinas prácticas impulsadas por el viento , el molino de viento y la bomba de viento , aparecieron por primera vez en el mundo musulmán durante la Edad de Oro islámica , en lo que hoy son Irán, Afganistán y Pakistán, en el siglo IX d.C. [22] [23] [24] [25] La primera máquina práctica impulsada por vapor fue un gato de vapor impulsado por una turbina de vapor , descrito en 1551 por Taqi ad-Din Muhammad ibn Ma'ruf en el Egipto otomano . [26] [27]
La desmotadora de algodón se inventó en la India en el siglo VI d. C., [28] y la rueca se inventó en el mundo islámico a principios del siglo XI, [29] los cuales fueron fundamentales para el crecimiento de la industria del algodón . La rueca también fue una precursora de la hiladora jenny . [30]
Las primeras máquinas programables se desarrollaron en el mundo musulmán. Un secuenciador de música , un instrumento musical programable , fue el primer tipo de máquina programable. El primer secuenciador musical fue un flautista automatizado inventado por los hermanos Banu Musa , descrito en su Libro de los ingeniosos dispositivos , en el siglo IX. [31] [32] En 1206, Al-Jazari inventó autómatas / robots programables . Describió a cuatro músicos autómatas , incluidos bateristas operados por una caja de ritmos programable , donde se les podía hacer tocar diferentes ritmos y diferentes patrones de batería. [33]
Durante el Renacimiento , la dinámica de las Potencias Mecánicas , como se llamaba a las máquinas simples, comenzó a estudiarse desde el punto de vista de cuánto trabajo útil podían realizar, lo que condujo finalmente al nuevo concepto de trabajo mecánico . En 1586, el ingeniero flamenco Simon Stevin descubrió la ventaja mecánica del plano inclinado y lo incluyó con las otras máquinas simples. La teoría dinámica completa de las máquinas simples fue elaborada por el científico italiano Galileo Galilei en 1600 en Le Meccaniche ("Sobre la mecánica"). [34] [35] Fue el primero en comprender que las máquinas simples no crean energía , simplemente la transforman. [34]
Las reglas clásicas de la fricción por deslizamiento en las máquinas fueron descubiertas por Leonardo da Vinci (1452-1519), pero permanecieron inéditas en sus cuadernos. Fueron redescubiertos por Guillaume Amontons (1699) y desarrollados por Charles-Augustin de Coulomb (1785). [36]
James Watt patentó su mecanismo de movimiento paralelo en 1782, lo que hizo práctica la máquina de vapor de doble efecto. [37] La máquina de vapor Boulton y Watt y sus diseños posteriores impulsaron locomotoras de vapor , barcos de vapor y fábricas .
La Revolución Industrial fue un período comprendido entre 1750 y 1850 en el que los cambios en la agricultura, la manufactura, la minería, el transporte y la tecnología tuvieron un profundo efecto en las condiciones sociales, económicas y culturales de la época. Comenzó en el Reino Unido y posteriormente se extendió por Europa occidental , América del Norte , Japón y, finalmente, el resto del mundo.
A partir de la última parte del siglo XVIII, comenzó una transición en partes de la economía británica anteriormente basada en el trabajo manual y el uso de animales de tiro hacia la fabricación basada en máquinas. Comenzó con la mecanización de las industrias textiles, el desarrollo de técnicas de fabricación de hierro y el mayor uso de carbón refinado . [38]
La idea de que una máquina puede descomponerse en elementos móviles simples llevó a Arquímedes a definir la palanca , la polea y el tornillo como máquinas simples . En la época del Renacimiento, esta lista aumentó para incluir la rueda y el eje , la cuña y el plano inclinado . El enfoque moderno para caracterizar las máquinas se centra en los componentes que permiten el movimiento, conocidos como articulaciones .
Cuña (hacha de mano): Quizás el primer ejemplo de dispositivo diseñado para gestionar la energía sea el hacha de mano , también llamada biface y Olorgesailie . Un hacha de mano se fabrica picando piedra, generalmente pedernal, para formar un filo bifacial o cuña . Una cuña es una máquina simple que transforma la fuerza lateral y el movimiento de la herramienta en una fuerza de división transversal y el movimiento de la pieza de trabajo. La potencia disponible está limitada por el esfuerzo de la persona que utiliza la herramienta, pero como la potencia es producto de la fuerza y el movimiento, la cuña amplifica la fuerza al reducir el movimiento. Esta amplificación, o ventaja mecánica , es la relación entre la velocidad de entrada y la velocidad de salida. Para una cuña, esto viene dado por 1/tanα, donde α es el ángulo de la punta. Las caras de una cuña se modelan como líneas rectas para formar una junta deslizante o prismática .
Palanca: La palanca es otro dispositivo importante y sencillo para gestionar la energía. Este es un cuerpo que gira sobre un punto de apoyo. Debido a que la velocidad de un punto más alejado del pivote es mayor que la velocidad de un punto cerca del pivote, las fuerzas aplicadas lejos del pivote se amplifican cerca del pivote por la disminución asociada en la velocidad. Si a es la distancia desde el pivote hasta el punto donde se aplica la fuerza de entrada y b es la distancia hasta el punto donde se aplica la fuerza de salida, entonces a/b es la ventaja mecánica de la palanca. El punto de apoyo de una palanca se modela como una articulación articulada o de revolución .
Rueda: La rueda fue una de las primeras máquinas importantes, como el carro . Una rueda utiliza la ley de la palanca para reducir la fuerza necesaria para superar la fricción al tirar de una carga. Para ver esto, observe que la fricción asociada con tirar de una carga sobre el suelo es aproximadamente la misma que la fricción en un cojinete simple que soporta la carga en el eje de una rueda. Sin embargo, la rueda forma una palanca que aumenta la fuerza de tracción para superar la resistencia a la fricción en el rodamiento.
La clasificación de máquinas simples para proporcionar una estrategia para el diseño de nuevas máquinas fue desarrollada por Franz Reuleaux , quien recopiló y estudió más de 800 máquinas elementales. [40] Reconoció que las máquinas simples clásicas se pueden separar en palanca, polea y rueda y eje que están formados por un cuerpo que gira alrededor de una bisagra, y el plano inclinado, cuña y tornillo que son igualmente un bloque que se desliza sobre una superficie plana. superficie. [41]
Las máquinas simples son ejemplos elementales de cadenas o vínculos cinemáticos que se utilizan para modelar sistemas mecánicos que van desde la máquina de vapor hasta los robots manipuladores. Los cojinetes que forman el punto de apoyo de una palanca y que permiten que la rueda, el eje y las poleas giren son ejemplos de un par cinemático llamado junta articulada. De manera similar, la superficie plana de un plano inclinado y una cuña son ejemplos del par cinemático llamado junta deslizante. El tornillo suele identificarse como su propio par cinemático denominado junta helicoidal.
Esta comprensión muestra que son las articulaciones, o las conexiones que proporcionan movimiento, los elementos principales de una máquina. Partiendo de cuatro tipos de juntas, la junta rotativa, la junta deslizante, la junta de leva y la junta dentada, y conexiones relacionadas como cables y correas, es posible entender una máquina como un conjunto de piezas sólidas que conectan estas juntas llamado mecanismo . [42]
Dos palancas, o manivelas, se combinan en un varillaje plano de cuatro barras uniendo un vínculo que conecta la salida de una manivela con la entrada de otra. Se pueden conectar enlaces adicionales para formar un enlace de seis barras o en serie para formar un robot. [42]
Un sistema mecánico gestiona la potencia para realizar una tarea que implica fuerzas y movimiento. Las máquinas modernas son sistemas que constan de (i) una fuente de energía y actuadores que generan fuerzas y movimiento, (ii) un sistema de mecanismos que dan forma a la entrada del actuador para lograr una aplicación específica de fuerzas y movimiento de salida, (iii) un controlador con sensores que compara la salida con un objetivo de rendimiento y luego dirige la entrada del actuador, y (iv) una interfaz para un operador que consta de palancas, interruptores y pantallas. Esto se puede ver en la máquina de vapor de Watt, en la que la potencia la proporciona la expansión del vapor para impulsar el pistón. La viga móvil, el acoplador y la manivela transforman el movimiento lineal del pistón en rotación de la polea de salida. Finalmente, la rotación de la polea impulsa el regulador de bola que controla la válvula para la entrada de vapor al cilindro de pistón.
El adjetivo "mecánico" se refiere a la habilidad en la aplicación práctica de un arte o ciencia, así como a la relativa o causada por el movimiento, fuerzas físicas, propiedades o agentes tales como los que trata la mecánica . [43] De manera similar, el Diccionario Merriam-Webster [44] define "mecánico" como relacionado con maquinaria o herramientas.
El flujo de energía a través de una máquina proporciona una manera de comprender el rendimiento de dispositivos que van desde palancas y trenes de engranajes hasta automóviles y sistemas robóticos. El mecánico alemán Franz Reuleaux [45] escribió: "una máquina es una combinación de cuerpos resistentes dispuestos de manera que, por medio de ellos, las fuerzas mecánicas de la naturaleza pueden ser obligadas a realizar un trabajo acompañado de cierto movimiento determinado". Observe que las fuerzas y el movimiento se combinan para definir la potencia .
Más recientemente, Uicker et al. [42] afirmó que una máquina es "un dispositivo para aplicar energía o cambiar su dirección". McCarthy y Soh [46] describen una máquina como un sistema que "generalmente consiste en una fuente de energía y un mecanismo para el uso controlado de esta energía". ".
El esfuerzo humano y animal fueron las fuentes de energía originales de las primeras máquinas. [ cita necesaria ]
Rueda hidráulica: Las ruedas hidráulicas aparecieron en todo el mundo alrededor del año 300 a. C. para utilizar agua corriente para generar movimiento giratorio, que se aplicaba a la molienda de granos y a las operaciones madereras, de mecanizado y textiles . Las turbinas hidráulicas modernas utilizan el agua que fluye a través de una presa para impulsar un generador eléctrico .
Molino de viento: Los primeros molinos de viento capturaban la energía eólica para generar movimiento giratorio para las operaciones de molienda. Las turbinas eólicas modernas también accionan un generador. Esta electricidad, a su vez, se utiliza para accionar motores que forman los actuadores de sistemas mecánicos.
Motor: La palabra motor deriva de "ingenio" y originalmente se refería a dispositivos que pueden ser o no dispositivos físicos. [47] Una máquina de vapor utiliza calor para hervir el agua contenida en un recipiente a presión; el vapor en expansión impulsa un pistón o una turbina. Este principio se puede ver en el eolipile de Héroe de Alejandría. A esto se le llama motor de combustión externa .
Un motor de automóvil se llama motor de combustión interna porque quema combustible (una reacción química exotérmica ) dentro de un cilindro y utiliza los gases en expansión para impulsar un pistón . Un motor a reacción utiliza una turbina para comprimir el aire que se quema con combustible para que se expanda a través de una boquilla para proporcionar empuje a un avión , y también es un "motor de combustión interna". [48]
Central eléctrica: el calor de la combustión de carbón y gas natural en una caldera genera vapor que impulsa una turbina de vapor para hacer girar un generador eléctrico . Una central nuclear utiliza el calor de un reactor nuclear para generar vapor y energía eléctrica . Esta energía se distribuye a través de una red de líneas de transmisión para uso industrial e individual.
Motores: Los motores eléctricos utilizan corriente eléctrica de CA o CC para generar movimiento de rotación. Los servomotores eléctricos son actuadores para sistemas mecánicos que van desde sistemas robóticos hasta aviones modernos .
Energía fluida: los sistemas hidráulicos y neumáticos utilizan bombas accionadas eléctricamente para impulsar agua o aire, respectivamente, hacia los cilindros para impulsar el movimiento lineal .
Electroquímico: los productos químicos y los materiales también pueden ser fuentes de energía. [49] Pueden agotarse químicamente o necesitar recargarse, como es el caso de las baterías , [50] o pueden producir energía sin cambiar su estado, como es el caso de las células solares y los generadores termoeléctricos . [51] [52] Todos estos, sin embargo, todavía requieren que su energía provenga de otra parte. En el caso de las baterías, se trata de la energía potencial química ya existente en su interior. [50] En las células solares y las termoeléctricas, la fuente de energía es la luz y el calor respectivamente. [51] [52]
El mecanismo de un sistema mecánico se ensambla a partir de componentes llamados elementos de máquina . Estos elementos proporcionan estructura al sistema y controlan su movimiento.
Los componentes estructurales son, generalmente, los miembros del marco, cojinetes, estrías, resortes, sellos, sujetadores y cubiertas. La forma, textura y color de las cubiertas proporcionan una interfaz operativa y de estilo entre el sistema mecánico y sus usuarios.
Los conjuntos que controlan el movimiento también se denominan " mecanismos ". [45] [53] Los mecanismos generalmente se clasifican como engranajes y trenes de engranajes , que incluyen transmisiones por correas y transmisiones por cadenas , mecanismos de levas y seguidores , y varillajes , aunque existen otros mecanismos especiales como varillajes de sujeción, mecanismos de indexación , escapes y dispositivos de fricción. como frenos y embragues .
El número de grados de libertad de un mecanismo, o su movilidad, depende del número de eslabones y uniones y de los tipos de uniones utilizadas para construir el mecanismo. La movilidad general de un mecanismo es la diferencia entre la libertad ilimitada de los eslabones y el número de restricciones impuestas por las articulaciones. Se describe mediante el criterio de Chebychev-Grübler-Kutzbach .
La transmisión de rotación entre ruedas dentadas en contacto se remonta al mecanismo de Anticitera de Grecia y al carro que apunta al sur de China . Las ilustraciones del científico renacentista Georgius Agricola muestran trenes de engranajes con dientes cilíndricos. La implementación del diente involuto produjo un diseño de engranaje estándar que proporciona una relación de velocidad constante. Algunas características importantes de los engranajes y trenes de engranajes son:
Una leva y un seguidor se forman mediante el contacto directo de dos eslabones de forma especial. El eslabón conductor se llama leva (ver también árbol de levas ) y el eslabón que se impulsa mediante el contacto directo de sus superficies se llama seguidor. La forma de las superficies de contacto de la leva y el seguidor determina el movimiento del mecanismo.
Un vínculo es una colección de vínculos conectados por uniones. Generalmente los eslabones son los elementos estructurales y las uniones permiten el movimiento. Quizás el ejemplo más útil sea el varillaje plano de cuatro barras . Sin embargo, existen muchos más vínculos especiales:
Un mecanismo plano es un sistema mecánico que está restringido de modo que las trayectorias de los puntos en todos los cuerpos del sistema se encuentran en planos paralelos al plano del suelo. Los ejes de rotación de las uniones articuladas que conectan los cuerpos del sistema son perpendiculares a este plano de tierra.
Un mecanismo esférico es un sistema mecánico en el que los cuerpos se mueven de manera que las trayectorias de los puntos del sistema se encuentran en esferas concéntricas. Los ejes de rotación de las uniones articuladas que conectan los cuerpos del sistema pasan por el centro de estos círculos.
Un mecanismo espacial es un sistema mecánico que tiene al menos un cuerpo que se mueve de manera que sus trayectorias puntuales sean curvas espaciales generales. Los ejes de rotación de las uniones articuladas que conectan los cuerpos en el sistema forman líneas en el espacio que no se cruzan y tienen normales comunes distintas.
Un mecanismo de flexión consta de una serie de cuerpos rígidos conectados por elementos flexibles (también conocidos como juntas de flexión) que está diseñado para producir un movimiento geométricamente bien definido tras la aplicación de una fuerza.
Los componentes mecánicos elementales de una máquina se denominan elementos de máquina . Estos elementos constan de tres tipos básicos (i) componentes estructurales como miembros del marco, cojinetes, ejes, estrías, sujetadores , sellos y lubricantes, (ii) mecanismos que controlan el movimiento de diversas maneras, como trenes de engranajes , transmisiones por correa o cadena , varillajes , sistemas de levas y seguidores , incluidos frenos y embragues , y (iii) componentes de control como botones, interruptores, indicadores, sensores, actuadores y controladores informáticos. [54] Si bien generalmente no se considera un elemento de la máquina, la forma, la textura y el color de las cubiertas son una parte importante de una máquina que proporciona un estilo y una interfaz operativa entre los componentes mecánicos de una máquina y sus usuarios.
Varios elementos de la máquina proporcionan funciones estructurales importantes, como el bastidor, los cojinetes, las estrías, los resortes y las juntas.
Los controladores combinan sensores , lógica y actuadores para mantener el rendimiento de los componentes de una máquina. Quizás el más conocido sea el regulador flyball de una máquina de vapor. Los ejemplos de estos dispositivos van desde un termostato que, a medida que aumenta la temperatura, abre una válvula para enfriar el agua hasta controladores de velocidad, como el sistema de control de crucero de un automóvil. El controlador lógico programable reemplazó los relés y los mecanismos de control especializados con una computadora programable. Los servomotores que posicionan con precisión un eje en respuesta a un comando eléctrico son los actuadores que hacen posibles los sistemas robóticos .
Charles Babbage diseñó máquinas para tabular logaritmos y otras funciones en 1837. Su máquina diferencial puede considerarse una calculadora mecánica avanzada y su máquina analítica un precursor de la computadora moderna , aunque ninguno de los diseños más grandes se completó durante la vida de Babbage.
El aritmómetro y el comptómetro son computadoras mecánicas precursoras de las computadoras digitales modernas . Los modelos utilizados para estudiar las computadoras modernas se denominan máquina de estados y máquina de Turing .
La molécula biológica miosina reacciona al ATP y al ADP para unirse alternativamente con un filamento de actina y cambiar su forma de manera que ejerza una fuerza, y luego se desconecta para restablecer su forma o conformación. Esto actúa como el impulso molecular que provoca la contracción muscular. De manera similar, la molécula biológica kinesina tiene dos secciones que alternativamente se acoplan y desacoplan con los microtúbulos, lo que hace que la molécula se mueva a lo largo del microtúbulo y transporte vesículas dentro de la célula, y la dineína , que mueve la carga dentro de las células hacia el núcleo y produce el latido axonémico de los cilios móviles y flagelos . "En efecto, el cilio móvil es una nanomáquina compuesta quizás por más de 600 proteínas en complejos moleculares, muchas de las cuales también funcionan de forma independiente como nanomáquinas. Los enlazadores flexibles permiten que los dominios proteicos móviles conectados por ellos recluten a sus compañeros de unión e induzcan alosterio de largo alcance. a través de la dinámica del dominio de proteínas ". [55] Otras máquinas biológicas son responsables de la producción de energía, por ejemplo, la ATP sintasa , que aprovecha la energía de los gradientes de protones a través de las membranas para impulsar un movimiento similar a una turbina que se utiliza para sintetizar ATP , la moneda energética de una célula. [56] Otras máquinas son responsables de la expresión genética , incluidas las ADN polimerasas para replicar el ADN , [ cita necesaria ] ARN polimerasas para producir ARNm , [ cita necesaria ] el espliceosoma para eliminar intrones y el ribosoma para sintetizar proteínas . Estas máquinas y su dinámica a nanoescala son mucho más complejas que cualquier máquina molecular que se haya construido artificialmente hasta ahora. [57] Estas moléculas se consideran cada vez más nanomáquinas . [ cita necesaria ]
Los investigadores han utilizado ADN para construir enlaces de cuatro barras de dimensiones nanométricas . [58] [59]
La mecanización (o mecanización en BE ) consiste en proporcionar a los operadores humanos maquinaria que les ayuda con las necesidades musculares del trabajo o desplaza el trabajo muscular. En algunos campos, la mecanización incluye el uso de herramientas manuales. En el uso moderno, como en ingeniería o economía, mecanización implica maquinaria más compleja que las herramientas manuales y no incluiría dispositivos simples como un molino sin engranajes para caballos o burros. Los dispositivos que provocan cambios de velocidad o cambios hacia o desde un movimiento alternativo a giratorio, utilizando medios como engranajes , poleas o roldanas y correas, ejes , levas y manivelas , generalmente se consideran máquinas. Después de la electrificación, cuando la mayoría de las máquinas pequeñas ya no funcionaban manualmente, la mecanización era sinónimo de máquinas motorizadas. [60]
La automatización es el uso de sistemas de control y tecnologías de la información para reducir la necesidad de trabajo humano en la producción de bienes y servicios. En el ámbito de la industrialización , la automatización es un paso más allá de la mecanización . Mientras que la mecanización proporciona a los operadores humanos maquinaria para ayudarles con los requisitos musculares del trabajo, la automatización también disminuye en gran medida la necesidad de requisitos sensoriales y mentales humanos. La automatización desempeña un papel cada vez más importante en la economía mundial y en la experiencia diaria.
Un autómata (plural: autómatas o autómatas) es una máquina autónoma. La palabra se utiliza a veces para describir un robot , más específicamente un robot autónomo . En 1863 se patentó un autómata de juguete .
Usher [62] informa que el tratado de Mecánica de Héroe de Alejandría se centraba en el estudio del levantamiento de pesos pesados. Hoy en día la mecánica se refiere al análisis matemático de las fuerzas y el movimiento de un sistema mecánico, y consiste en el estudio de la cinemática y dinámica de estos sistemas.
El análisis dinámico de máquinas comienza con un modelo de cuerpo rígido para determinar las reacciones en los cojinetes, momento en el que se incluyen los efectos de la elasticidad. La dinámica de cuerpos rígidos estudia el movimiento de sistemas de cuerpos interconectados bajo la acción de fuerzas externas. El supuesto de que los cuerpos son rígidos, lo que significa que no se deforman bajo la acción de fuerzas aplicadas, simplifica el análisis al reducir los parámetros que describen la configuración del sistema a la traslación y rotación de sistemas de referencia adjuntos a cada cuerpo. [63] [64]
La dinámica de un sistema de cuerpo rígido se define por sus ecuaciones de movimiento , que se derivan utilizando las leyes de movimiento de Newton o la mecánica de Lagrang . La solución de estas ecuaciones de movimiento define cómo cambia la configuración del sistema de cuerpos rígidos en función del tiempo. La formulación y solución de la dinámica de cuerpos rígidos es una herramienta importante en la simulación por computadora de sistemas mecánicos .
El análisis dinámico de una máquina requiere la determinación del movimiento, o cinemática , de sus partes componentes, conocido como análisis cinemático. La suposición de que el sistema es un conjunto de componentes rígidos permite modelar matemáticamente el movimiento de rotación y traslación como transformaciones euclidianas o rígidas . Esto permite determinar la posición, velocidad y aceleración de todos los puntos de un componente a partir de estas propiedades para un punto de referencia, así como la posición angular, la velocidad angular y la aceleración angular del componente.
El diseño de una máquina se refiere a los procedimientos y técnicas utilizados para abordar las tres fases del ciclo de vida de una máquina :
La spinning jenny fue básicamente una adaptación de su precursora la rueca.
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