Quan pensem en màquines simples, és possible que se'ns vinguin a la ment objectes com politges, palanques o plans inclinats.
No obstant això, hi ha una altra màquina simple que sovint passa desapercebuda, però que té una gran presència a la nostra vida quotidiana: el cargol.
El cargol és una de les màquines simples més versàtils i utilitzades al món modern. Des dels dispositius electrònics que fem servir fins als vehicles que conduïm, el cargol es troba a tot arreu.
Què és un cargol?
En la seva forma més bàsica, un cargol és una barra cilíndrica amb una ranura helicoïdal contínua, coneguda com a rosca, a la seva superfície exterior.
La rosca del cargol s'enrotlla al voltant del seu eix, formant un angle constant, i pot ser de diferents tipus, com ara la rosca mètrica o la rosca Whitworth.
Com funciona un cargol?
Aquesta simple configuració es considera una màquina simple per la forma que sutilitza el cargol.
Quan girem el cargol al seu eix, aprofitem la seva rosca helicoïdal per convertir el moviment de rotació en un moviment lineal. Això és perquè la distància entre les voltes de la rosca és constant, la qual cosa permet que aquest petit dispositiu es mogui cap endavant o cap enrere a mesura que gira.
La clau per entendre com funciona el cargol com a màquina simple està en el pas i el diàmetre. El pas fa referència a la distància axial entre dos punts consecutius de la rosca. D'altra banda, el diàmetre és la distància entre dues crestes oposades a la rosca.
La relació entre el pas i el diàmetre determina l'avantatge mecànic del cargol. L'avantatge mecànic es defineix com la relació entre la força aplicada i la força resultant generada a la càrrega que s'està movent. Si el pas és gran en comparació amb el diàmetre, el cargol tindrà més avantatge mecànic, la qual cosa significa que es requerirà menys força per moure una càrrega determinada.
Per contra, si el pas és petit en comparació del diàmetre, es requerirà més força per aconseguir el mateix desplaçament.
Per què serveix el cargol com a màquina simple?
Una de les aplicacions més comunes daquesta màquina simple és en els dispositius de subjecció, com els cargols de banc o els que sutilitzen per acoblar mobles.
En girar-lo, es genera una força de collament que manté unides les parts. L'avantatge mecànic que ofereixen aquests elements ens permet aplicar una força relativament petita en girar-lo, però aconseguir una força d'estrènyer molt més gran en la càrrega.
Una altra aplicació important la veiem en els sistemes de transmissió de moviment, com els cargols sense fi i les femelles.
Aquests mecanismes permeten convertir el moviment rotatori en un moviment lineal, i es fan servir en dispositius com els gats hidràulics o els cargols davanç en màquines eina. Aquí, el cargol actua com un mecanisme de multiplicació de força, cosa que ens permet aixecar càrregues pesades amb una força d'entrada relativament petita.
Exemples de cargols com a màquina simple
Aquí mostrem alguns exemples de com es fan servir els cargols:
- Construcció Aquests elements s'utilitzen per unir bigues, panells de guix, marcs de portes i finestres, i molts altres elements estructurals en la construcció d'edificis. Proporcionen una unió segura i duradora.
- Mobles : aquest tipus de màquines simples són essencials per acoblar mobles. S'utilitzen per unir potes, frontisses, manetes i altres components. Proporcionen estabilitat i resistència als mobles.
- Electrònica : En la fabricació de dispositius electrònics, s'utilitzen per fixar components al seu lloc, com a plaques de circuit imprès, connectors i suports. També s'utilitzen en la reparació i el manteniment d'equips electrònics.
- Automoció : Els cargols s'utilitzen a la indústria automotriu per acoblar motors, xassís, carrosseries i altres components. Proporcionen una unió segura i resistent a les vibracions i forces que es troben a un vehicle en moviment.
- Indústria aeroespacial : s'utilitzen per acoblar avions, coets i satèl·lits. En molts casos, cal que siguin d'alta resistència i qualitat per suportar les condicions extremes a què se sotmeten aquestes estructures.
- Equips esportius i de lleure : Els cargols s'utilitzen en la fabricació d'equips esportius com ara bicicletes, patins, raquetes i taules de surf. Proporcionen una unió segura i resistent per garantir la seguretat i el rendiment durant la pràctica esportiva.
- Indústria de l'alimentació A la indústria de l'alimentació, aquests petits dispositius s'utilitzen en maquinària de processament i envasat. Ajuden a muntar i mantenir les màquines utilitzades en la producció daliments.
- Centrals nuclears A la indústria nuclear, els cargols s'utilitzen en pràcticament tots els àmbits de les centrals nuclears: per assegurar l'estructura, el funcionament dels reactors, el muntatge d'equips de maneig de combustible nuclear, en la construcció de recintes de contenció , en sistemes de refredament o els sistemes de seguretat. Atès que els entorns nuclears són altament exigents, aquests cargols han de complir estrictes estàndards de qualitat i resistència a la radiació, la corrosió i les temperatures extremes.
Història: invenció i evolució
La història del cargol com a màquina simple es remunta a l'antiga Grècia.
Va ser concebut al segle III aC pel matemàtic i inventor grec Arquimedes, qui va crear el cargol d'Arquímedes per elevar aigua, un disseny que encara s'utilitza avui dia en certes aplicacions. Aquest mecanisme consistia en un cilindre amb una hèlix al seu interior, que en girar-se permetia elevar líquids cap a nivells superiors.
Aquesta invenció no només va ajudar els grecs a irrigar les seves terres, sinó que també va tenir aplicacions a l'enginyeria i la construcció.
Posteriorment, els romans van desenvolupar el concepte del cargol per fixar peces, creant el primer cargol com a element de subjecció al segle I dC No obstant això, va ser un procés lent pel fet que els cargols es fabricaven manualment, la qual cosa era costós i limitava el seu ús . No va ser fins a la Revolució Industrial al segle XVIII que el cargol va guanyar popularitat com a peça fonamental en la indústria.
La creació de la rosca estàndard per l'inventor anglès Henry Maudslay i el desenvolupament de màquines per fabricar-los en massa van revolucionar-ne l'ús.
Des de llavors, el cargol s'ha tornat indispensable a pràcticament totes les àrees de l'enginyeria, la construcció i la fabricació.
Resum i conclusions
En resum, el cargol és una màquina simple, enginyosa i essencial que està en una àmplia varietat d'aplicacions. La seva rosca helicoïdal ens permet convertir el moviment de rotació en un moviment lineal i aprofitar l'avantatge mecànic per fer tasques que requeririen molta més força sense la seva ajuda.
Ja sigui que estiguem construint estructures, arreglant objectes o acoblant mobles, el cargol és una peça fonamental que ens permet simplificar i millorar la nostra feina.