máquinas simples y palancas

MÁQUINAS SIMPLES Y PALANCAS
Las palabras trabajo, energía, resistencia, fuerza, palanca, máquina, por lo general tienen dos
significados, uno de la vida diaria y otro de la terminología científica. Así, por ejemplo, la palabra
trabajo se emplea muchas veces como sinónimo de ocupación: "Mi mamá tiene mucho trabajo en
la oficina", la palabra energía puede significar ánimo: "estoy sin energía", de un deportista se dice
que tiene resistencia o no; una frase común es "para conseguir un empleo se requiere una
palanca", y así sucesivamente; los dos significados no siempre coinciden, por tanto, se requiere
precisar el significado físico de éstos y otros términos antes de estudiar las máquinas simples.
El fundamento de las máquinas simples gira alrededor de los conceptos relacionados con fuerza,
trabajo y energía básicamente.
Como recordarás la
masa es la cantidad
de materia que
contiene un cuerpo
Un trabajo físico se realiza cuando se cumplen las siguientes condiciones:
Que se aplique una fuerza que actúe dentro de una cierta distancia, conocida como distancia de
desplazamiento y que la fuerza se realice en la dirección del desplazamiento, si estas
condiciones se cumplen, entonces el trabajo se define como el producto de la fuerza F, por la
distancia d.
W=Fxd
En la expresión anterior está incluido el concepto de fuerza, es decir, todo aquello que es capaz
de producir y mantener una aceleración y por consiguiente modificar la velocidad o su dirección.
Físicamente la fuerza se define como el producto de la masa por la aceleración, llamando m la
masa, y a la aceleración. La fuerza se puede expresar como:
F=mxa
La aceleración a su vez es una expresión de la variación de la velocidad v con el tiempo, t, y se
expresa por medio de la relación:
a=v/t
¿Qué son las máquinas?
Una máquina es un elemento mecánico que se utiliza para realizar una labor, buscando la
comodidad o el menor gasto físico del operador.
Podemos definir una máquina como un instrumento ideado por el hombre, que se emplea para
aprovechar, dirigir y regular una forma de energía para realizar un trabajo.
Elementos que las conforman
En todas las máquinas se diferencian tres elementos:
1. La fuerza que se debe aplicar (potencia).
2. La fuerza que se debe vencer (resistencia).
3. La superficie de apoyo (punto de apoyo).
Características
Por lo general las máquinas:
Necesitan energía: si a una máquina se le retira la energía, deja de funcionar.
Transforman la energía: el plano inclinado transforma la fuerza muscular en movimiento.
Aumentan el efecto de una fuerza: las palancas.
Puede cambiar la dirección y el sentido de la fuerza y aumentar o disminuir la velocidad con
que se mueve un cuerpo.
Pueden clasificarse en simples y compuestas: son simples cuando tienen un solo punto de
apoyo y funcionan, generalmente, con la fuerza muscular humana o de un animal, como lo hacen
la polea y la palanca. Son compuestas cuando están constituidas por una combinación de
máquinas simples y realizan varias transformaciones de la energía, como el motor de un coche o
una grúa.
Máquinas simples
Este tipo de máquinas tiene por objeto modificar la fuerza que se aplica en una de mayor
magnitud o variar su aplicación para lograr así mayor eficiencia en un trabajo.
Palancas
Géneros de palancas
De acuerdo con la posición que tenga un punto de apoyo, la potencia y la resistencia, las
palancas pueden ser:
De primer género: cuando el punto de apoyo está entre la resistencia y la potencia, como
por ejemplo, en las tijeras, las tenazas, los alicates, la empuñadura del freno de bicicleta y la
barra metálica para extraer clavos.
De segundo género: si la resistencia está entre el punto de apoyo y la potencia como en la
carretilla, la pinza rompenueces, el remo de un bote, el cuchillo de cortar bacalao.
De tercer género: cuando la potencia está entre el punto de apoyo y la resistencia, como en
las pinzas de hielo y la caña de pescar.
LAS PALANCAS EN EL CUERPO HUMANO
Nuestro cuerpo posee huesos que protegen los órganos, nos dan soporte y permiten que nos
movamos. Asimismo, nuestro cuerpo está habilitado para realizar trabajos, por lo tanto, podemos
asimilarlo con una máquina. Para que los huesos se muevan, es necesario que entren en acción
los músculos que se unen a ellos. Estos movimientos que efectúan los huesos con ayuda de los
músculos, pueden compararse funcionalmente con los de una palanca, que como ya sabemos,
es una máquina que permite realizar un trabajo empleando un mínimo de energía.
Nuestra cabeza funciona como un balancín, por eso, el movimiento hacia adelante y hacia atrás
se realiza como en una palanca de primer género. El punto de apoyo es la primera vértebra, la
resistencia es el peso de la misma cabeza y la fuerza que realizan los músculos de la nuca, los
cuales permiten mantener la cabeza en posición recta.
Nuestro pie se asemeja a una palanca de segundo género y permite a los músculos de la
pantorrilla (P) levantar el peso del cuerpo (R), sin esfuerzo.
Nuestro brazo funciona como una palanca de tercer género, donde el punto de apoyo es el
codo. La resistencia está dada por el objeto que se pretende levantar y la potencia es la fuerza
que realiza el músculo bíceps del brazo.
Poleas
Están constituidas por un disco que gira alrededor de un eje central y que tiene en la parte
externa un canal, en donde se adapta un cable o cuerda. Se usa para elevar materiales en obras
de construcción, para tendederos de ropa. Una polea es como un balancín: si das un tirón de la
cuerda, un lado sube y el otro baja.
Poleas fijas: si el disco va unido a un soporte mediante un gancho.
Poleas móviles: si un extremo de la cuerda o cable va sujeto a un soporte. En este caso, el
disco lleva un garfio que sostiene la carga.
Poleas combinadas: consta de dos discos, uno fijo y otro móvil enlazados por un cable. La
ventaja de esta polea es que con ella se requiere menos fuerza de la que se necesita con una
polea fija, para mover una carga del mismo peso.
El plano inclinado
Es una máquina utilizada desde hace más de 4 000 años, que consiste en un plano rígido, que
forma un ángulo agudo con una superficie horizontal. Para que el cuerpo se mueva hacia arriba
por el plano inclinado, es necesario aplicarle una fuerza mayor que la necesaria para mantenerlo
en equilibrio. Se utiliza para subir cuerpos a cierta altura. En general la fuerza aplicada será
menor cuanto más pequeña sea la inclinación del plano, aunque el recorrido resulte más largo.
En donde la ventaja mecánica es igual al peso sobre la fuerza aplicada.
Cuña
Éste es un elemento en forma de triángulo, que tiene como objeto penetrar un cuerpo
produciendo una abertura como: una hacha, una barra, un cincel o un cuchillo.
En este caso la ventaja mecánica es igual a la distancia OA sobre la distancia AB.
Vm = OA / AB
Tornillo
Es una máquina de tipo plano inclinado, es similar a un sendero que sube en espiral hacia la cima
de una colina, en lugar de hacerlo en línea recta. Los pasos de rosca de un tornillo tienen la
misma función que el camino en espiral que sube la colina. Mientras más aristas presente el
tornillo, más fácil será atornillarlo, pero más tiempo se necesitará, si se compara con un tornillo de
menos pasos de rosca. Los tornillos tienen muchos usos, por ejemplo: para fijar tablas o láminas,
obtener presiones y elevar objetos, como en los gatos de los coches.
Torno
Esta máquina tiene forma de cilindro, que puede girar sobre un eje horizontal y pasar por el
centro de su diámetro, consiste en hacer girar un manubrio que le transmitirá movimiento (giro) al
cilindro, haciendo que se enrolle una cuerda, la que puede sostener o levantar un objeto que una
a ella. Esto se utiliza en pozos de agua.
La ventaja mecánica es igual al radio del manubrio sobre el radio del cilindro.
Vm = r1 / r2