AmpliaciónFísica

UNIDAD 6 / Tema 3

Una máquina simple es un dispositivo que transforma una fuerza aplicada en otra saliente, habiendo modificado la magnitud de la fuerza, su dirección o una combinación de ellas; se utiliza para dar comodidad y a veces para ahorrar fuerza.

En las máquinas simples también se cumple la ley de la conservación de la energía, la cual sostiene que la ener-gía ni se crea ni se destruye sino que sólo se transforma. Otras maquinas simples son las poleas, la palanca, el plano inclinado y el sistema de eje con ruedas. La fuer-za aplicada, multiplicada por la distancia en la que se aplica (trabajo aplicado), tendrá que ser igual a la fuerza resultante multiplicada por la distancia resultante (traba-jo resultante). Una máquina simple ni crea ni destruye trabajo mecánico, sólo transforma algunas de sus ca-racterísticas. No se debe confundir una máquina simple con elementos de máquinas, piezas para máquinas o sistemas de control o regulación de otra fuente de ener-gía. Una máquina simple transforma una fuerza aplicada en una fuerza saliente, según el principio de conserva-ción de la energía. Su estudio se realiza sin considerar pérdidas de energía debido al rozamiento; son máqui-nas teóricas que permiten establecer la relación entre la fuerza aplicada, su desplazamiento, dirección y sentido, y la fuerza resultante, su desplazamiento, su dirección y su sentido. Se considera máquina elemental o máquina simple, a toda aquella que sirve como elemento básico junto a otros, para formar máquinas más complejas.

Principales máquinas simples:

• La cuña. Es una máquina simple consistente en una pieza de madera o de metal terminada en ángulo diedro muy agudo. Técnicamente es un doble plano inclina-do portátil. Sirve para hender o dividir cuerpos sólidos, para ajustar o apretar uno con otro, para calzarlos o para llenar alguna raja o hueco.

Máquinas simples

El funcionamiento de la cuña responde al mismo princi-pio que el del plano inclinado.

Al moverse en la dirección de su extremo afilado, la cuña genera grandes fuerzas en sentido perpendicular a la dirección del movimiento.

Estas son las fuerzas que se aprovechan para separar objetos, o para generar fricción y mantener la cuña fija a los objetos con los que está en contacto.

La ventaja mecánica de una cuña es la relación entre su longitud y su ancho. Por ejemplo, una cuña de 10 cm de largo por 2 cm de ancho tiene una ventaja mecánica de 5. Ejemplos de cuñas son hachas, cinceles y cla-vos aunque, en general, cualquier herramienta afilada, como el cuchillo o el filo de las tijeras, puede actuar como una cuña.

• La palanca. La palanca es una barra rígida con un punto de apoyo, a la que se aplica una fuerza y que, girando sobre el punto de apoyo, vence una resisten-cia. Se cumple la conservación de la energía y, por tanto, la fuerza aplicada por su espacio recorrido ha de ser igual a la fuerza de resistencia por su espacio recorrido.

Las palancas se dividen en tres tipos o géneros depen-diendo de la posición relativa del fulcro y los puntos de aplicación de las fuerzas: potencia y resistencia. El prin-cipio de la palanca es válido indistintamente del tipo, pero el efecto y forma de uso de cada tipo de palanca cambia considerablemente.

Tipos de palancas:

– Palanca de primer género: El punto de apoyo se en-cuentra situado entre la potencia y la resistencia.

– Palanca de segundo género: La resistencia se en-cuentra situada entre el punto de apoyo y la poten-cia.

– Palanca de tercer género: La potencia se encuentra situada entre el punto de apoyo y la resistencia.

FísicaUNIDAD 6 / Tema 3

• El plano inclinado. En un plano inclinado se apli-ca una fuerza para vencer la resistencia vertical del peso del objeto a levantar. Dada la conservación de la energía, cuando el ángulo del plano inclinado es más pequeño se puede levantar más peso con una misma fuerza aplicada pero, a cambio, la distancia a recorrer será mayor.

El plano inclinado es el punto de partida de un nutrido gru-po de operadores y mecanismos, cuya utilidad tecnológi-ca es indiscutible. Sus principales aplicaciones son tres:

– Se emplea en forma de rampa para reducir el esfuer-zo necesario para elevar una masa.

– Se emplea en forma de hélice para convertir un movi-miento giratorio en lineal.

– Se emplea en forma de cuña para apretar (sujetar puertas para que no se cierren, ensamblar piezas de madera...), cortar y separar o abrir.

• La rueda. Es un operador formado por un cuerpo re-dondo que gira respecto de un punto fijo denominado eje de giro.

Normalmente la rueda siempre tiene que ir acompa-ñada de un eje cilíndrico (que guía su movimiento giratorio) y de un soporte (que mantiene al eje en su posición).

Aunque en la naturaleza también existen cuerpos redon-deados (troncos de árbol, cantos rodados, huevos...), ninguno de ellos cumple la función de la rueda en las máquinas, por tanto se puede considerar que esta es una máquina totalmente artificial.

• La biela manivela. La biela manivela transforma el movimiento giratorio de la manivela en uno alternativo de la biela; ambas se mueven en el mismo plano y un giro regular de la manivela da lugar a un movimiento alternativo de la biela. La relación de fuerzas es más compleja que en otros casos, porque a ángulos de giro de la manivela iguales no corresponden avances de la biela iguales.

• La tuerca husillo. El mecanismo tuerca husillo trans-forma un movimiento giratorio aplicado a un volante o manilla, en otro rectilíneo en el husillo, mediante un me-canismo de tornillo y tuerca.

La fuerza aplicada por la longitud de la circunferencia del volante ha de ser igual a la fuerza resultante por el avance del husillo. Dado el gran desarrollo de la circun-ferencia y el normalmente pequeño avance del husillo, la relación entre las fuerzas es muy grande.

UNIDAD 6 / Tema 3

Física

Todas las máquinas simples convierten una fuerza pe-queña 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. Por ejemplo, la ventaja mecánica de una palanca es igual a la relación entre la longitud de sus dos brazos. La ventaja mecánica de un plano inclinado, cuando la fuerza actúa en dirección paralela al plano, es la cosecante del ángulo de inclinación.

A menudo, una herramienta consta de dos o más máqui-nas o artefactos simples, de modo que las máquinas sim-ples se usan habitualmente en una cierta combinación, como componentes de máquinas más complejas. Por ejemplo, el tornillo de Arquímedes o una bomba de tornillo es un plano inclinado helicoidal.

Propuesta de trabajo

1. Indica qué tipo de máquina simple se aplica en los siguientes sistemas mostrados:

2. Relaciona según corresponda:

a. Tirabuzón Rueda

b. Polea Palanca

c. Carretilla Tornillo husillo

d. Pedales de bicicleta Plano inclinado

3. Da ejemplos donde se aplica: la palanca, el plano inclinado, la cuña, la rueda, la biela manivela y la tuerca husillo.

4. ¿Qué tipos de máquinas simples se presentan en las siguientes maquinas compuestas?

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