Colegio Concertado Reina Sofía · Totana
Technology & Digitisation · 3º ESO Tecnología y Digitalización · 3º ESO

Mechanisms Mecanismos

Unit 3 · Self-Assessment Exam · Complete all sections Unidad 3 · Examen de Autoevaluación · Completa todas las secciones

Score Nota –

📊 Results 📊 Resultados

– Grade (10) Nota (/10)
– Correct Correctas
– Wrong Incorrectas
– Total Total
A

Multiple Choice Opción Múltiple

Choose the best answer for each question. Elige la mejor respuesta para cada pregunta.

1 What is the primary function of a mechanism? ¿Cuál es la función principal de un mecanismo?
2 The Law of the Lever states equilibrium when: La Ley de la Palanca establece el equilibrio cuando:
3 In a Class 2 lever, which element is between the fulcrum and the force? En una palanca de Clase 2, ¿qué elemento está entre el fulcro y la fuerza?
4 A moveable pulley reduces the required force by: Una polea móvil reduce la fuerza necesaria en un factor de:
5 A driving gear has 20 teeth at 60 rpm. The driven gear has 40 teeth. What is the output speed N₂? Un engranaje motriz tiene 20 dientes a 60 rpm. El engranaje conducido tiene 40 dientes. ¿Cuál es la velocidad de salida N₂?
6 What mechanism converts rotary motion into reciprocating linear motion? ¿Qué mecanismo convierte el movimiento rotativo en movimiento lineal alternativo?
7 Which brake type has pads pressing against a rotating disc attached to the axle? ¿Qué tipo de freno tiene pastillas que presionan contra un disco giratorio unido al eje?
8 A worm drive (tornillo sin fin) is primarily used to: Un tornillo sin fin se utiliza principalmente para:
9 A rack and pinion mechanism converts: Un mecanismo de cremallera y piñón convierte:
10 In a Class 1 lever, which element is in the middle? En una palanca de Clase 1, ¿qué elemento está en el centro?
11 To increase torque (not speed) in a rotary system, you transmit motion from: Para aumentar el par (no la velocidad) en un sistema rotativo, se transmite el movimiento:
12 Springs can work under three types of deformation. Which of these is NOT one of them? Los muelles pueden trabajar bajo tres tipos de deformación. ¿Cuál de estos NO es uno de ellos?
B

True or False Verdadero o Falso

Decide whether each statement is TRUE or FALSE. Decide si cada afirmación es VERDADERA o FALSA.

01
A fixed pulley changes the direction of force but does not reduce the effort needed — the force applied equals the resistance (F = R). Una polea fija cambia la dirección de la fuerza pero no reduce el esfuerzo necesario — la fuerza aplicada es igual a la resistencia (F = R).
✓ TRUE — A fixed pulley only changes the direction (you pull down instead of up), but F = R. The advantage is using your body weight. ✓ VERDADERO — Una polea fija solo cambia la dirección (tiras hacia abajo en lugar de hacia arriba), pero F = R. La ventaja es usar el peso del cuerpo.
02
Mechanisms can produce more energy than they receive if they are designed efficiently enough. Los mecanismos pueden producir más energía de la que reciben si están diseñados con suficiente eficiencia.
✗ FALSE — No mechanism can produce energy on its own. They can only output as much energy as they receive, minus losses to friction and heat. ✗ FALSO — Ningún mecanismo puede producir energía por sí solo. Solo pueden generar la energía que reciben, menos las pérdidas por fricción y calor.
03
In a gear system, the relationship between speeds is inversely proportional to the number of teeth: the larger gear spins slower. En un sistema de engranajes, la relación entre velocidades es inversamente proporcional al número de dientes: el engranaje más grande gira más lento.
✓ TRUE — N₂/N₁ = Z₁/Z₂. More teeth = larger gear = slower rotation. This is the transmission ratio. ✓ VERDADERO — N₂/N₁ = Z₁/Z₂. Más dientes = engranaje mayor = rotación más lenta. Esta es la relación de transmisión.
04
In a Class 1 lever, the resistance (load) is always between the fulcrum and the applied force. En una palanca de Clase 1, la resistencia (carga) siempre está entre el fulcro y la fuerza aplicada.
✗ FALSE — In Class 1, the FULCRUM is in the middle (between force and resistance). In Class 2, the resistance is between fulcrum and force. ✗ FALSO — En Clase 1, el FULCRO está en el centro (entre fuerza y resistencia). En Clase 2, la resistencia está entre el fulcro y la fuerza.
05
A ratchet allows motion in only one direction, preventing reverse movement. Un trinquete permite el movimiento en una sola dirección, impidiendo el movimiento inverso.
✓ TRUE — Ratchets allow motion in one direction only. Some are reversible. Found in watches, cable tensors, and elevator brakes. ✓ VERDADERO — Los trinquetes permiten el movimiento en una sola dirección. Algunos son reversibles. Se encuentran en relojes, tensores de cable y frenos de ascensor.
06
A rack and pinion mechanism converts rotary motion (pinion gear) into linear motion (rack), or vice versa. Un mecanismo de cremallera y piñón convierte el movimiento rotativo (piñón) en movimiento lineal (cremallera), o viceversa.
✓ TRUE — The rack (straight bar with teeth) and pinion (circular gear with teeth) convert between rotary and linear motion. ✓ VERDADERO — La cremallera (barra recta con dientes) y el piñón (engranaje circular con dientes) convierten entre movimiento rotativo y lineal.
07
When two meshing gears are in direct contact (no belt), they always rotate in the same direction. Cuando dos engranajes están en contacto directo (sin correa), siempre giran en la misma dirección.
✗ FALSE — Two meshing gears in direct contact rotate in OPPOSITE directions. A belt or chain between them makes them rotate in the SAME direction. ✗ FALSO — Dos engranajes en contacto directo giran en direcciones OPUESTAS. Una correa o cadena entre ellos hace que giren en la MISMA dirección.
08
A bicycle's free wheel mechanism allows the rear wheel to spin freely when the cyclist stops pedalling (e.g., going downhill). El mecanismo de rueda libre de una bicicleta permite que la rueda trasera gire libremente cuando el ciclista deja de pedalear (por ejemplo, bajando una cuesta).
✓ TRUE — The free wheel has two spring-loaded sawtoothed discs. Pedalling forward transmits motion; pedalling backward (or stopping) lets the wheel spin freely. ✓ VERDADERO — La rueda libre tiene dos discos dentados con muelles. Pedalear hacia adelante transmite el movimiento; pedalear hacia atrás (o parar) deja girar la rueda libremente.
09
In a compound pulley system with 4 moveable pulleys, the required force is F = R/4. En un sistema de poleas compuestas con 4 poleas móviles, la fuerza necesaria es F = R/4.
✗ FALSE — The formula is F = R/(2×n), so with 4 moveable pulleys: F = R/(2×4) = R/8. That is much less force than R/4. ✗ FALSO — La fórmula es F = R/(2×n), así que con 4 poleas móviles: F = R/(2×4) = R/8. Es mucho menos fuerza que R/4.
10
Drum brakes have brake shoes that apply pressure to the INSIDE of a drum connected to the axle. Los frenos de tambor tienen zapatas que ejercen presión en el INTERIOR de un tambor conectado al eje.
✓ TRUE — Drum brakes: shoes press on the INSIDE of the drum. Band brakes press on the OUTSIDE. Disc brakes use pads on a separate disc. ✓ VERDADERO — Frenos de tambor: las zapatas presionan el INTERIOR del tambor. Los de cinta presionan el EXTERIOR. Los de disco usan pastillas en un disco separado.
C

Fill in the Blanks Rellena los Huecos

Complete each sentence using the words from the bank. Completa cada frase usando las palabras del banco.

📚 Word Bank
fulcrum torque transmission ratio friction cam bearing clutch resistance crankshaft rack input springs
01
The pivot point of a lever, around which the bar rotates, is called the .
02
The product of force multiplied by its distance from the fulcrum is known as .
03
The relationship between the speeds of two connected rotating wheels (N₂/N₁ = D₁/D₂) is called the .
04
All brake systems work by generating against a moving wheel to reduce its speed.
05
A is a rotating element on a shaft that pushes a follower bar, converting rotary motion into reciprocating linear motion.
06
A holds a rotating shaft in place while reducing friction, using metal balls or rollers.
07
A engages or disengages power transfer from the engine to the transmission.
08
A synchronises the movements of multiple pistons in a car engine.
09
In a rack and pinion mechanism, the straight bar with teeth is called the .
10
Mechanisms transmit force and motion from an source (motor) to an output receptor.
11
Devices that absorb energy under compression, traction, or torsion and release it in a controlled way are called .
12
In a lever problem, R represents the (load to be moved).
📚 Banco de palabras
fulcro par relación de transmisión fricción leva rodamiento embrague resistencia cigüeñal cremallera entrada muelles
01
El punto de pivote de una palanca, alrededor del cual gira la barra, se llama .
02
El producto de la fuerza multiplicado por su distancia al fulcro se conoce como .
03
La relación entre las velocidades de dos ruedas giratorias conectadas (N₂/N₁ = D₁/D₂) se llama .
04
Todos los sistemas de frenos funcionan generando contra una rueda en movimiento para reducir su velocidad.
05
Una es un elemento giratorio en un eje que empuja una barra seguidora, convirtiendo el movimiento rotativo en lineal alternativo.
06
Un mantiene en su lugar un eje giratorio reduciendo la fricción, usando bolas o rodillos metálicos.
07
Un conecta o desconecta la transmisión de potencia del motor a la caja de cambios.
08
Un sincroniza los movimientos de múltiples pistones en el motor de un automóvil.
09
En un mecanismo de cremallera y piñón, la barra recta con dientes se llama .
10
Los mecanismos transmiten fuerza y movimiento desde una fuente de (motor) a un receptor de salida.
11
Los dispositivos que absorben energía en compresión, tracción o torsión y la liberan de forma controlada se llaman .
12
En un problema de palancas, R representa la (carga a mover).
D

Lever Problems Problemas de Palancas

Apply the Law of the Lever: F × d = R × r Aplica la Ley de la Palanca: F × d = R × r

Lever 1 · Class 1 Palanca 1 · Clase 1 Find the force (F) Calcula la fuerza (F)

A resistance of 800 N is placed 25 cm from the fulcrum of a first-class lever. The effort is applied 120 cm from the fulcrum on the other side. What force (F) must be applied to lift the load? Una resistencia de 800 N se coloca a 25 cm del fulcro de una palanca de primera clase. El esfuerzo se aplica a 120 cm del fulcro en el lado contrario. ¿Qué fuerza (F) hay que aplicar para levantar la carga?

R = 800 Nr = 25 cmd = 120 cmF = ?
F × d = R × r → F = (R × r) / d
F = N
✓ F = (R × r) / d = (800 × 25) / 120 = 20 000 / 120 = 166.67 N
The lever gives a mechanical advantage: you only need ~167 N to lift 800 N! ✓ F = (R × r) / d = (800 × 25) / 120 = 20 000 / 120 = 166,67 N
¡La palanca da ventaja mecánica: solo necesitas ~167 N para levantar 800 N!
Lever 2 · Class 1 Palanca 2 · Clase 1 Find the force (F) Calcula la fuerza (F)

A resistance of 650 N is placed 45 cm from the fulcrum. The effort arm is 85 cm long. What force is needed to achieve equilibrium? Una resistencia de 650 N se coloca a 45 cm del fulcro. El brazo de la fuerza mide 85 cm. ¿Qué fuerza se necesita para lograr el equilibrio?

R = 650 Nr = 45 cmd = 85 cmF = ?
F = (R × r) / d
F = N
✓ F = (650 × 45) / 85 = 29 250 / 85 ≈ 344.12 N ✓ F = (650 × 45) / 85 = 29 250 / 85 ≈ 344,12 N
Lever 3 · Class 2 (Wheelbarrow) Palanca 3 · Clase 2 (Carretilla) Find the force (F) Calcula la fuerza (F)

A wheelbarrow (Class 2 lever) carries 450 N placed 25 cm from the wheel (fulcrum). The handles are 150 cm from the wheel. What force must be applied at the handles? Una carretilla (palanca de Clase 2) lleva 450 N colocados a 25 cm de la rueda (fulcro). Los mangos están a 150 cm de la rueda. ¿Qué fuerza hay que aplicar en los mangos?

R = 450 Nr = 25 cmd = 150 cmF = ?
F = (R × r) / d
F = N
✓ F = (450 × 25) / 150 = 11 250 / 150 = 75 N
Class 2 levers provide excellent mechanical advantage. You lift 450 N with just 75 N! ✓ F = (450 × 25) / 150 = 11 250 / 150 = 75 N
¡Las palancas de Clase 2 dan excelente ventaja mecánica. Levantas 450 N con solo 75 N!
Lever 4 · Find Resistance (R) Palanca 4 · Calcula la Resistencia (R) Find the resistance (R) Calcula la resistencia (R)

A force of 120 N is applied 90 cm from the fulcrum. The resistance is placed 60 cm from the fulcrum on the other side. What is the maximum resistance (R) this lever can lift in equilibrium? Se aplica una fuerza de 120 N a 90 cm del fulcro. La resistencia se coloca a 60 cm del fulcro en el lado contrario. ¿Cuál es la resistencia máxima (R) que puede levantar esta palanca en equilibrio?

F = 120 Nd = 90 cmr = 60 cmR = ?
R = (F × d) / r
R = N
✓ R = (F × d) / r = (120 × 90) / 60 = 10 800 / 60 = 180 N ✓ R = (F × d) / r = (120 × 90) / 60 = 10 800 / 60 = 180 N
Lever 5 · Find Distance (d) Palanca 5 · Calcula la Distancia (d) Find the effort arm (d) Calcula el brazo de la fuerza (d)

A force of 200 N must lift a resistance of 500 N. The resistance is located 30 cm from the fulcrum. At what distance from the fulcrum must the force be applied? Una fuerza de 200 N debe levantar una resistencia de 500 N. La resistencia está a 30 cm del fulcro. ¿A qué distancia del fulcro debe aplicarse la fuerza?

F = 200 NR = 500 Nr = 30 cmd = ?
d = (R × r) / F
d = cm
✓ d = (R × r) / F = (500 × 30) / 200 = 15 000 / 200 = 75 cm ✓ d = (R × r) / F = (500 × 30) / 200 = 15 000 / 200 = 75 cm
E

Pulley Problems Problemas de Poleas

Fixed: F = R | Moveable: F = R/2 | Compound: F = R/(2×n) | Exponential: F = R/2ⁿ Fija: F = R | Móvil: F = R/2 | Compuesta: F = R/(2×n) | Exponencial: F = R/2ⁿ

Pulley 1 · Moveable Polea 1 · Móvil Find the force (F) Calcula la fuerza (F)

A single moveable pulley is used to lift a load of 360 N. What force must be applied to the rope? Se usa una sola polea móvil para levantar una carga de 360 N. ¿Qué fuerza hay que aplicar a la cuerda?

R = 360 N1 moveable pulleyF = ?
F = R / 2
F = N
✓ F = R/2 = 360/2 = 180 N. You halve the effort but must pull the rope twice the distance! ✓ F = R/2 = 360/2 = 180 N. ¡La fuerza se reduce a la mitad pero debes tirar de la cuerda el doble de distancia!
Pulley 2 · Compound (n=2) Polea 2 · Compuesta (n=2) Find the force (F) Calcula la fuerza (F)

A compound pulley system has 2 moveable pulleys and 1 fixed pulley. A load of 6000 N must be lifted. What force must be applied? Un sistema de poleas compuestas tiene 2 poleas móviles y 1 fija. Hay que levantar una carga de 6000 N. ¿Qué fuerza hay que aplicar?

R = 6000 Nn = 2F = ?
F = R / (2 × n)
F = N
✓ F = R/(2×n) = 6000/(2×2) = 6000/4 = 1500 N ✓ F = R/(2×n) = 6000/(2×2) = 6000/4 = 1500 N
Pulley 3 · Compound (find R) Polea 3 · Compuesta (calcular R) Find the maximum load (R) Calcula la carga máxima (R)

A person applies 250 N to a compound pulley system with 3 moveable pulleys. What is the maximum weight they can lift? Una persona aplica 250 N a un sistema de poleas compuestas con 3 poleas móviles. ¿Cuál es el peso máximo que puede levantar?

F = 250 Nn = 3R = ?
R = F × (2 × n)
R = N
✓ R = F × (2×n) = 250 × (2×3) = 250 × 6 = 1500 N ✓ R = F × (2×n) = 250 × (2×3) = 250 × 6 = 1500 N
Pulley 4 · Exponential system Polea 4 · Sistema exponencial Find the force (F) Calcula la fuerza (F)

An exponential pulley system with 3 moveable pulleys must lift a load of 800 N. What force is required? (Use formula F = R/2ⁿ) Un sistema de poleas exponencial con 3 poleas móviles debe levantar una carga de 800 N. ¿Qué fuerza es necesaria? (Usa la fórmula F = R/2ⁿ)

R = 800 Nn = 3F = ?
F = R / 2ⁿ = R / 2³ = R / 8
F = N
✓ F = R/2³ = 800/8 = 100 N. The exponential system gives much greater advantage! ✓ F = R/2³ = 800/8 = 100 N. ¡El sistema exponencial da una ventaja mucho mayor!
F

Gear Problems Problemas de Engranajes

Use: N₂/N₁ = Z₁/Z₂ (Z = number of teeth). Direct contact → opposite rotation. Belt/chain → same rotation. Usa: N₂/N₁ = Z₁/Z₂ (Z = número de dientes). Contacto directo → giro opuesto. Correa/cadena → mismo giro.

Gear 1 · Neutral system Engranaje 1 · Sistema neutro Calculate N₂ and classify the system Calcula N₂ y clasifica el sistema

Gear A (driving) has 15 teeth and spins at 10 rpm. Gear B (driven) has 15 teeth. Calculate N₂ and state whether the system is a reducer, multiplier, or neutral. What direction does B spin relative to A? El engranaje A (motor) tiene 15 dientes y gira a 10 rpm. El engranaje B (conducido) tiene 15 dientes. Calcula N₂ y di si el sistema es reductor, multiplicador o neutro. ¿En qué sentido gira B respecto a A?

Z₁ = 15Z₂ = 15N₁ = 10 rpmN₂ = ?
N₂ = N₁ × (Z₁/Z₂)
N₂ = rpm Type: Tipo: Direction B vs A: Dirección B vs A:
✓ N₂ = 10 × (15/15) = 10 rpm. Equal teeth → same speed = NEUTRAL system.
Direct contact (no belt) → B rotates in OPPOSITE direction to A. ✓ N₂ = 10 × (15/15) = 10 rpm. Mismos dientes → misma velocidad = sistema NEUTRO.
Contacto directo (sin correa) → B gira en sentido CONTRARIO a A.
Gear 2 · Reducer Engranaje 2 · Reductor Calculate output speed Calcula la velocidad de salida

A driving gear has 15 teeth and spins at 10 rpm. The driven gear has 45 teeth. What is the output speed N₂? Is this system a reducer, multiplier, or neutral? Un engranaje motor tiene 15 dientes y gira a 10 rpm. El engranaje conducido tiene 45 dientes. ¿Cuál es la velocidad de salida N₂? ¿Es este sistema reductor, multiplicador o neutro?

Z₁ = 15Z₂ = 45N₁ = 10 rpmN₂ = ?
N₂ = N₁ × (Z₁/Z₂)
N₂ = rpm Type: Tipo:
✓ N₂ = 10 × (15/45) = 150/45 ≈ 3.33 rpm.
Output gear is BIGGER (45 > 15) → speed DECREASES = REDUCER system. ✓ N₂ = 10 × (15/45) = 150/45 ≈ 3,33 rpm.
El engranaje de salida es MAYOR (45 > 15) → la velocidad DISMINUYE = sistema REDUCTOR.
Gear 3 · Three-Gear Train Engranaje 3 · Tren de tres engranajes Find speed and direction of gear C Calcula velocidad y dirección del engranaje C

Three gears in a train: Gear A (10 teeth, 60 rpm) meshes with Gear B (20 teeth), which meshes with Gear C (40 teeth). Find the speed of C. What direction does C rotate relative to A? Tres engranajes en tren: Engranaje A (10 dientes, 60 rpm) engrana con B (20 dientes), que engrana con C (40 dientes). Calcula la velocidad de C. ¿En qué sentido gira C respecto a A?

Zₐ=10Z_B=20Z_C=40Nₐ=60 rpmN_C=?
N_B = Nₐ × (Zₐ/Z_B) → N_C = N_B × (Z_B/Z_C)
N_C = rpm C vs A: C vs A:
✓ N_B = 60 × (10/20) = 30 rpm
✓ N_C = 30 × (20/40) = 15 rpm
Direction: A meshes with B → they rotate in OPPOSITE directions. B meshes with C → they rotate in OPPOSITE directions. Two inversions = C rotates in the SAME direction as A! ✓ N_B = 60 × (10/20) = 30 rpm
✓ N_C = 30 × (20/40) = 15 rpm
Dirección: A engrana con B → giran en sentidos CONTRARIOS. B engrana con C → giran en sentidos CONTRARIOS. Dos inversiones = ¡C gira en el MISMO sentido que A!
Gear 4 · Belt Drive (4 pulleys) Engranaje 4 · Transmisión por correa (4 poleas) Find final speed N₄ Calcula la velocidad final N₄

A belt drive system has 4 pulleys. Pulley 1 (D₁=10 cm) drives Pulley 2 (D₂=20 cm) via belt. Pulley 3 (D₃=5 cm) is on the same shaft as Pulley 2, and drives Pulley 4 (D₄=25 cm) via belt. Pulley 1 spins at 100 rpm. Find the speed of Pulley 4. Un sistema de transmisión por correa tiene 4 poleas. La polea 1 (D₁=10 cm) mueve la polea 2 (D₂=20 cm) mediante correa. La polea 3 (D₃=5 cm) está en el mismo eje que la polea 2, y mueve la polea 4 (D₄=25 cm) mediante correa. La polea 1 gira a 100 rpm. Calcula la velocidad de la polea 4.

D₁=10D₂=20D₃=5D₄=25N₁=100 rpm
N₄/N₁ = (D₁ × D₃) / (D₂ × D₄)
N₄ = rpm
✓ N₄/N₁ = (D₁×D₃)/(D₂×D₄) = (10×5)/(20×25) = 50/500 = 0.1
N₄ = 100 × 0.1 = 10 rpm
(Note: belt drives → pulleys connected by belt rotate in the SAME direction) ✓ N₄/N₁ = (D₁×D₃)/(D₂×D₄) = (10×5)/(20×25) = 50/500 = 0,1
N₄ = 100 × 0,1 = 10 rpm
(Nota: transmisión por correa → las poleas conectadas por correa giran en el MISMO sentido)
Colegio Concertado Reina Sofía · Totana (Murcia) · Tecnología y Digitalización 3º ESO · Prof. Francisco Román Castro