Máquinas simples
1- Máquinas
Para poder entender que es una máquina simple debemos definir primero lo que es
una máquina.
Las Máquinas son dispositivos, instrumentos, aparatos o
sistemas, que favorecen la utilización de las fuerzas, que se emplean para
facilitar la realización del trabajo.
2- Clases de máquinas
Según su complejidad, de uno o más puntos de apoyo, las maquinas se
clasifican en dos grupos:
- Máquinas simples: son maquinas que
poseen un solo punto de apoyo, las maquinas simples varían según la
ubicación de su punto de apoyo.
-
- Máquinas compuestas: son maquinas que están
conformadas por dos o más maquinas simples.
Profundizaremos un poco más en las máquinas simples
2.1- ¿Qué es una máquina simple?
La maquinaria simple es un implemento muy útil para una gran
cantidad de labores por su gran efectividad. Pero ¿para que sirve ? El objetivo
de ella es transmitir e incrementar el efecto de una furza al mover un objeto y
así disminuir el esfuerzo con que se realiza.
En una máquina simple se cumple la ley de la conservación de la energía:
«la energía ni se crea ni se destruye; solamente se transforma.
Todas las máquinas simples convierten una fuerza pequeña en una grande,
o viceversa. Algunas convierten también la dirección de la fuerza. La relación
entre la intensidad de la fuerza de entrada y la de salida es la ventaja
mecánica.
Se define como ventaja mecánica (VM) de una maquina simple la relación
que existe entre la fuerza resistente (r) y la potencia(p); dicha relación se
expresa matemáticamente así:
VM = resistencia/ potencia
Esta relación mide la eficacia de la maquina simple, en el sentido de
que cuanto mayor sea el resultado, mayor será la eficiencia de
la maquina simple. Así por ejemplo, una VM = 2, significa que una maquina
permite realizar un determinado trabajo con la mitad del esfuerzo requerido si
se fuese hacer sin la maquina. Si el resultado o división de la ventaja
es menor que uno, entonces la maquina no es eficiente, ya que
realiza un mayor esfuerzo para realizar el trabajo.
Podemos preguntarnos por qué tanto interés en convertir una entrada de
trabajo en una salida de trabajo. Existen varias razones:
- Primero, tal vez queramos aplicar una fuerza en alguna parte de modo
que realice trabajo en otro lugar. Con poleas, por ejemplo, podemos levantar un
andamio hasta el techo tirando de una cuerda desde el suelo.
Por otra parte, es posible que dispongamos sólo de una pequeña fuerza
para producir el trabajo de entrada cuando necesitamos una fuerza mayor en la
salida. Así sucede con el gato de un automóvil. Al accionar la varilla del gato
podemos alzar el automóvil que de otra manera sería bastante difícil de mover
aunque, desde luego, tenemos que levantar y bajar muchas veces la varilla para
levantar el automóvil un poco.
3- Clasificación
Las máquinas simples suelen clasificarse en los siguientes tipos:
- Palancas
- Poleas
- Ruedas y ejes
- Plano inclinado
- Tornillo
- Cuñas
A continuación veremos en detalle cada una de ellas.
4- Palancas
Consiste en una barra recta que puede moverse alrededor de un punto de
apoyo llamado fulcro. El objetivo de la palanca es incrementar el
efecto de una fuerza o cambiar su dirección.
4.1- Fuerzas actuantes
Sobre la barra rígida que constituye una palanca actúan tres fuerzas:
- La potencia - P: es la fuerza que aplicamos voluntariamente
con el fin de obtener un resultado; ya sea manualmente o por medio de motores u
otros mecanismos.
- La resistencia - R: es la fuerza que vencemos,
ejercida sobre la palanca por el cuerpo a mover. Su valor será equivalente, por
el principio de acción y reacción, a la fuerza transmitida por la palanca a
dicho cuerpo.
- La fuerza de apoyo - A: es la ejercida por el fulcro sobre
la palanca. Si no se considera el peso de la barra, será siempre igual y
opuesta a la suma de las anteriores, de tal forma de mantener la palanca sin
desplazarse del punto de apoyo, sobre el que rota libremente.
Otros elementos que deben considerar en el rendimiento de las maquinas son:
- Brazo de potencia - Bp: la distancia entre el punto de
aplicación de la fuerza de potencia y el punto de apoyo.
- Brazo de resistencia - Br: distancia entre la fuerza de
resistencia y el punto de apoyo.
4.2- Tipos de palanca
- Palanca de primero tipo o grado:
En este caso, si deseas levantar un objeto pesado con una palanca, debes
empujar hacia abajo para que el objeto suba, es decir, el punto de apoyo se
encuentra entre el objeto que se desea levantar y donde se aplica la fuerza.
Al utilizar una palanca de primer tipo para levantar un objeto, aplicas
una fuerza en uno de los extremos de la barra, en tanto que el cuerpo que vas a
levantar se encuentra al otro extremo. Ahora, la fuerza que tú ejerces sobre uno
de los extremos se denomina potencia ( contrapeso), que es la
responsable del giro de la palanca en torno al punto de apoyo lo que hace que
la palanca se mueva. La fuerza que aparece en el extremo opuesto se denomina resistencia
(carga),que es la que hay que vencer.
El punto de apoyo está entre contrapeso o
potencia y la resistencia.
Dependiendo de la longitud de los brazos la fuerza será mayor, menor o igual
que la resistencia.
Con esto se consigue que el brazo de potencia siempre será mayor que el de resistencia
(BP>BR) y, en consecuencia, la potencia menor que la carga
Ahora para que la palanca sea realmente efectiva, el punto de apoyo debe
estar mucho más cerca del cuerpo que se quiere levantar que del lugar donde se
ejerce la fuerza o carga. Así, aplicando una pequeña fuerza en un amplio
intervalo de distancia, se generará una gran fuerza de salida en un pequeño
intervalo de distancia.
Como ejemplos clásicos podemos citar la pata de cabra, el balancín, los
alicates o la balanza romana.
- Palanca de segundo tipo o grado:
Se caracteriza porque la fuerza a vencer (resistencia) se encuentra entre
el fulcro (punto de apoyo) y la fuerza a aplicar.
Estas palancas tienen ventaja mecánica; es decir, aplicando poca
fuerza se vence una gran resistencia. Con esto se consigue que el brazo
de potencia siempre será mayor que el de resistencia (BP>BR)
y, en consecuencia, el contrapeso o potencia menor que la carga
Un buen ejemplo de esto lo constituyen las carretillas. En
ellas, el punto de apoyo se encuentra en la rueda, y la fuerza se ejerce en los
mangos, hacia arriba, para elevar la carga que está entre las ruedas y los
mangos. Otros ejemplos son el cascanueces y la perforadora de hojas de
papel.
- Palanca de tercer tipo o grado:
La carga (potencia) está entre el punto de apoyo y la resistencia.
Estas palancas tienen desventaja mecánica; es decir, es necesario
aplicar mucha fuerza para vencer poca resistencia. Con esto se consigue que el
brazo de la resistencia siempre será mayor que el de la potencia (BR>BP) y,
en consecuencia,la potencia mayor que la carga (P>R).
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