Le macchine servono a trasferire l’energia dalla sorgente al luogo in cui è necessaria o a trasformarla da una forma ad un’altra. In base alla natura della trasformazione dell’energia, possiamo classificarle in macchine motrici, generatrici, trasmettitrici o operatrici.
Ecco due schemi che sintetizzano i principali concetti da ricordare a riguardo, e che classificano le macchine in base alla natura della trasformazione di energia. Se può esserti utile, scaricali in formato pdf:
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Macchine — Classificazione e considerazioni energetiche
Che cos’è una macchina?
Nel linguaggio della Tecnologia, una macchina è un dispositivo che permette di trasformare, utilizzare, trasmettere o convertire l’energia per svolgere un lavoro utile.
Le macchine ci accompagnano in ogni momento della vita quotidiana: dallo smartphone al frigorifero, dall’automobile alla bicicletta, fino ai grandi impianti industriali.
Per studiarle in modo più semplice, gli ingegneri e i tecnici le classificano in diverse categorie, in base al tipo di funzione energetica che svolgono.
Classificazione delle macchine
1. Macchine motrici
Le macchine motrici trasformano una forma di energia in energia meccanica.
In altre parole, prendono energia in ingresso (come carburante, elettricità o energia potenziale) e la convertono in movimento.
Esempi:
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Motore a scoppio dell’automobile (trasforma energia chimica del carburante in energia meccanica).
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Turbine idrauliche (trasformano energia dell’acqua in movimento).
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Motori elettrici (trasformano energia elettrica in energia meccanica).
Sono fondamentali perché mettono in movimento mezzi di trasporto, impianti industriali, elettrodomestici e molti strumenti di uso quotidiano.
2. Macchine generatrici
Le macchine generatrici fanno il processo inverso: partono dall’energia meccanica e producono un’altra forma di energia, spesso elettrica.
Esempi:
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Dinamo e alternatori delle biciclette o delle centrali elettriche.
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GeneratorI eolici nelle turbine a vento.
Senza di loro non sarebbe possibile produrre l’energia elettrica necessaria per alimentare le nostre case e le nostre città.
3. Macchine operatrici
Le macchine operatrici utilizzano energia meccanica (spesso fornita da una macchina motrice) per compiere un’azione materiale su un oggetto: tagliare, sollevare, comprimere, frantumare, forare…
Esempi:
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Trapano (trasforma il moto rotatorio in un’azione di foratura)
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Trituratore, frullatore, pressa
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Ascensore (solleva persone o merci utilizzando l’energia fornita da un motore)
Sono le macchine tipiche dei laboratori, delle industrie e dei mestieri artigianali.
4. Macchine trasmettitrici
Le macchine trasmettitrici non trasformano l’energia, ma la trasferiscono da un punto all’altro o ne modificano alcune caratteristiche (velocità, direzione, verso di rotazione).
Esempi:
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Ruote dentate (ingranaggi)
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Cinghie e pulegge
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Alberi di trasmissione
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Catena della bicicletta
Sono importanti perché collegano tra loro le altre macchine e permettono il funzionamento coordinato di molti sistemi tecnici.
Energia in ingresso ed energia utile
Ogni macchina ha:
• Energia in ingresso (Ei)
È la forma di energia che viene fornita alla macchina: elettrica, meccanica, chimica, idraulica, termica…
• Energia utile (Eu)
È l’energia che la macchina fornisce in uscita allo scopo previsto: movimento, forza, elettricità, calore, lavoro meccanico…
Perché l’energia in uscita è sempre minore di quella in ingresso?
Nessuna macchina è perfetta: una parte dell’energia va sempre persa, di solito sotto forma di calore, attrito o vibrazioni.
Queste perdite spiegano perché:
Eu < Ei
Il rendimento di una macchina
Il rendimento (simbolo η, lettera greca “eta”) indica quanto una macchina è efficiente, cioè quanta parte dell’energia fornita viene trasformata in energia utile. Si trova calcolando il rapporto tra l’energia utile Eu e l’energia in ingresso Ei, ed è un numero puro, cioè non ha unità di misura.
La formula è:
$$ η = \frac{Eu}{Ei} $$
Spesso si trova espresso in percentuale. Ad Esempio: η = 0,6 = 60%
Esempio:
Se a un motore fornisco 100 joule di energia e ne ottengo 30用于 spingere un veicolo:
$$
\eta = \frac{30}{100} = 0{,}30 = 30\%
$$
Significa che il 70% dell’energia si perde: per questo è importante migliorare i materiali, i lubrificanti e le tecnologie per rendere le macchine sempre più efficienti.
Perché è importante il rendimento?
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Aiuta a risparmiare energia
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Riduce l’inquinamento e gli sprechi
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Permette di progettare macchine più economiche, silenziose e performanti
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È fondamentale nella transizione energetica e nelle nuove tecnologie sostenibili
Fonti
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Tecnologia per costruire, Zanichelli.
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Tecnologia.verde, Fabbri Editori.
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Edulia – Treccani Scuola (materiali di Tecnologia).
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C. Quaglierini, Chimica e tecnologia dei materiali per l’arte, Zanichelli.
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Wikipedia (voci: “Macchina”, “Rendimento”, “Cinghia di trasmissione”, “Motore”).
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Altri manuali scolastici di Tecnologia di scuola secondaria di primo grado.
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