¿Qué es una máquina simple?
Las máquinas son artefactos construidos por la humanidad para realizar un trabajo o transformar un movimiento. El fin primordial suele ser reducir el esfuerzo necesario para realizar un trabajo. Una máquina simple cambia la magnitud o la dirección de una fuerza aplicada.
Pueden estar fabricadas con una tecnología o con una mezcla de varias de ellas. Se pueden construir con tecnología mecánica, eléctrica, electrónica, neumática, hidráulica, térmica, química, etc.
Pueden ser muy complejas o sencillas dependiendo de la tecnología o tecnologías empleadas y del número de piezas necesarias para su funcionamiento.
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| Tornillo de Arquímedes. (todotecnologia-eso.blogspot.com.es) |
Historia de las máquinas simples:
Las primeras máquinas inventadas o utilizadas por la humanidad fueron de tecnología mecánica y sencillas, realizando un trabajo con una fuerza manual aplicada menor.
El nombre de máquina simple procede de los filósofos de la antigua Grecia. En el siglo 3 A.C., el matemático e inventor, Arquímedes de Siracusa estudió la ventaja mecánica de la palanca, la polea y el tornillo. Más tarde otros filósofos griegos añadieron otras máquinas simples. Herón de Alejandría (10-75 A.C.) clasifica 5 máquinas simples: palanca, polea, tornillo, cuña y torno.
Según otros autores, los filósofos de la antigüedad llamaban "las cinco grandes" a las cinco máquinas simples siguientes: el plano inclinado, la cuña, el tornillo, la palanca y la rueda. Con excepción de la rueda, las otras "cuatro grandes" eran conocidas posiblemente desde el Paleolítico. La rueda tiene una historia especial.
Las seis máquinas simples clásicas que se definieron durante el Renacimiento (siglos XIV al XVII) fueron: la palanca, la polea, el plano inclinado, rueda y eje (torno), cuña y el tornillo. Aunque podemos considerar que todas ellas derivan de tres fundamentales: la palanca, el plano inclinado y la polea (rueda).
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"Table of Mechanicks", Cyclopaedia, A Useful Dictionary of Arts and Sciences
(London, England), Volume 2: 528, Plate 11. Ephraim Chambers. 1728
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En una de las primeras enciclopedias publicadas en inglés, editada por Ephraim Chambers en Londres, en el año 1728 aparecen dibujadas una recopilación de las máquinas consideradas como componentes básicos de máquinas más complejas.
CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE LAS MÁQUINAS SIMPLES:
En una máquina simple, se realiza un trabajo de entrada por la aplicación de una fuerza única (Fe) y la máquina realiza el trabajo de salida por medio de otra fuerza única (Fs). Las energías que intervienen se encuentran en forma de trabajo mecánico y todas sus partes se consideran como sólidos rígidos.
En cualquier caso, siempre se cumple el principio de conservación de la energía.
Durante una operación de este tipo ocurren tres procesos:
1. Se suministra trabajo a la máquina (entrada).
2. Se realiza trabajo en contra del rozamiento (pérdidas por calor y fricción).
3. La máquina realiza un trabajo útil o de salida.
La cantidad de trabajo útil realizado por la máquina nunca podrá ser mayor que el trabajo que se le suministra. Siempre habrá algunas pérdidas debidas al rozamiento o a alguna otra fuerza disipadora. Aunque en los cálculos para simplificar se suelen despreciar dichas pérdidas.
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| Esquema de una máquina simple. Fuente: elaboración propia (todotecnologia-eso.blogspot.com.es). |
Ventaja mecánica - vm
La ventaja mecánica (vm) es la relación entre la fuerza de salida (Fs) o resultante y la fuerza aplicada o de entrada (Fe):
Representa la multiplicación de esfuerzo conseguida por ese mecanismo otransmisión.La ventaja mecánica puede ser menor que 1, en este caso tenemos una desventaja mecánica. La ventaja mecánica es una magnitud adimensional siempre que los parámetros de salida y de entrada sean del mismo tipo.
Como ejemplo veamos el caso de una palanca de primer grado:
En una palanca la ventaja mecánica viene dado por la relación entre los brazos de fuerza:
VM = BP/ BR
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| Palanca de 1er grado. Fuente:todotecnologia-eso.blogspot.com.es. |
- Si tienen igual longitud de brazos: la ventaja mecánica vale uno.
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Balanza de platillos.
Palanca de 1 grado -Ventaja mecánica =1 |
Siendo:
BP : Brazo de potencia o de la fuerza de entrada o aplicada: distancia de dicha fuerza al punto de apoyo o fulcro.
BR: Brazo de resistencia o de la fuerza de salida (carga): distancia de dicha fuerza al punto de apoyo.
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- Si el brazo de potencia es mayor que el brazo de resistencia: entonces la ventaja mecánica es mayor que uno.
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| Esquema de una palanca de 1 grado o género -Ventaja mecánica >1 |
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| Barrera manual- palanca 1 género - Ventaja mecánica < 1 |
- Si el brazo de resistencia es mayor que el brazo de potencia: en este caso la ventaja mecánica es inferior a uno. A cambio obtenemos una ventaja de desplazamiento o de velocidad.
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Timón velero - palanca 1 genero
Ventaja mecánica < 1 |
La ventaja mecánica también se puede definir para mecanismos que giran a partir de los momentos en los ejes de salida y de entrada:
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| Ventaja mecánica en engranajes. Fuente: Mecapedia |
Tipos de ventaja mecánica:- Ventaja mecánica teórica -VMT: Se calcula sin tener en cuenta las pérdidas. Consideramos que la eficiencia es máxima y por tanto el trabajo de entrada es igual que el trabajo útil de salida.
- Ventaja mecánica real o práctica - VMP: Es la relación entre la fuerza útil de salida y la fuerza aplicada de entrada. Siempre será menor que la VMT puesto que siempre existirán pérdidas en el sistema.
Ventaja de velocidad o de desplazamiento - VV
La ventaja de velocidad es la relación entre la velocidad o desplazamiento recorrido por la carga y la velocidad o desplazamiento del punto de aplicación del esfuerzo en un tiempo dado.
Una VV alta implica una VM baja.
Eficiencia - e
La eficiencia esta muy relacionada con el rendimiento. La eficiencia de una máquina simple es la relación entre el trabajo mecánico de salida o útil (Wu) y el trabajo mecánico de entrada o aplicado a la máquina (Wa):
e = Wu / Wa
La efeciencia estará comprendida entre 0 y 1. Generalmente se expresa en tanto por ciento (%). Tendrá el valor 1 (100%) cuando las pérdidas por calor (rozamientos, fricción, deslizamientos, rodadura, etc) sean nulas. Se pierde también algo de eficiencia a causa de la deformación elástica de alguna parte de la máquina. En máquinas simples como el tornillo y la cuña, la eficiencia ronda el 10% debido a los rozamientos pero en palancas y rueda-eje la eficiencia es cercana al 99%.
La eficiencia (e) también la podemos expresar en función de la ventaja mecánica (VM) y la ventaja de velocidad (VV):
e = VM * VV
Recuerda que: e = Wu / Wa = Fu Su / Fa Sa
Por tanto podemos tener una máquina con una elevada ventaja mecánica y baja eficiencia.
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Rendimiento - η
El rendimiento de un sistema mecánico (η) esla relación entre la energía o potencia útil disponible en la salida del sistema (Eu)para realizar un trabajo y la energía o potencia realmente aplicada (Ea)alsistema en su entrada, siendo la diferencia entre ambas la energía disipada enel propio sistema por resistencias pasivas, como rozamientos o amortiguamientos(Ep).
LA PALANCA
Una palanca es una barra rígida que puede girar sobre un punto o eje denominado fulcro o punto de apoyo. La característica principal de una palanca es que puede girar sobre el fulcro y se mueve bajo la influencia de una fuerza aplicada y una fuerza resistente o carga.
Debido a su simpleza, posiblemente es la primera máquina utilizada por la humanidad (debió de ser uno de los primeros instrumentos utilizados por el "hom*o faber"), aunque probablemente no se conociera su aplicación como máquina hasta que Arquímedes de Siracusa (250 a.C.) enunciará su principio.
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| "δῶς μοι πᾶ στῶ καὶ τὰν γᾶν κινάσω"- frase atribuida a Arquímedes que aparece en la obra de Pappus de Alejandría. |
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| Palanca 1er grado. Imagen (FOCA): Vladimir Zúñiga |
Las fuerzas se aplican en dos puntos de la barra. La distancia que hay entre el punto de apoyo y el lugar donde está aplicada cada fuerza,en la barra rígida, se denomina brazo. A la fuerza aplicada se le suele llamar "potencia" y a la fuerza de salida, "resistencia" o carga.
La colocación de dichas fuerzas respecto al punto de apoyo da lugar a tres tipos o grados de palancas:
- Primer género o especie: Las fuerzas se sitúan en ambos extremos de la barra, separadas por el fulcro. La ventaja mecánica depende de los "brazos" de la palanca. Si el brazo de potencia es mayor que el brazo de resistencia, entonces tiene ventaja mecánica.
- Segundo género o especie: El fulcro esta en un extremo de la palanca y la "potencia" en el otro. Siempre presenta ventaja mecánica mayor que la unidad.
- Tercer género o especie: El fulcro esta en un extremo de la palanca y la fuerza resistente o "resistencia" se sitúa en el otro extremo. Este tipo de palanca no presenta ventaja mecánica pero a cambio conseguimos una ventaja de desplazamiento. Con un pequeño movimiento (giro) aplicado en la "potencia" conseguimos un movimiento mayor (giro) en la "resistencia".
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Ley de la palanca
La ley de la palanca es una aplicación de la estática del sólido rígido: para que la barra esté en equilibrio, la suma de fuerzas y el momento de fuerzas total (par de fuerzas) deberá ser nulo.
De forma práctica y despreciando el peso de la barra respecto a las fuerzas aplicadas (potencia y resistencia), podemos decir enunciar la ley de la palanca como: La "potencia" por su brazo es igual a la "resistencia" por el suyo. De forma matemática:
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| Ley de la palanca. Fuente: todotecnologia-eso.blogspot.com.es |
No tienes que olvidar que la "potencia" en la fórmula anterior es una fuerza y no tienes que confundirla con la potencia como magnitud que se mide en vatios en el S.I. Del mismo modo, llamamos "resistencia" a una fuerza y no tiene nada que ver con la resistencia eléctrica (que como sabes se mide en ohmios en el S.I.).
Ventaja mecánica de la palanca
El estudio de la ventaja mecánica de la palanca se ha realizado en el punto anterior. Resumiendo, podemos decir que la potencia o fuerza aplicada de entrada se amplifica (multiplica) en la misma proporción que la relación entre la distancia entre el punto de aplicación de dicha fuerza y el fulcro (BP) y la distancia entre éste y el punto de aplicación de la carga (BR).
vm = BP/BR
LA POLEA
Ver entrada.
EL PLANO INCLINADO
Ver entrada.
Enlaces interesantes:
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FAQs
Es una palanca en forma de ángulo recto y unida a un eje que gira al mismo tiempo que la manivela. EL TORNO es un cilindro que hacemos girar gracias a la manivela sujeta a su eje. Al girar el cilindro, se enrolla o desenrolla una cuerda atada a él, con lo que podemos subir o bajar objetos.
¿Qué son las palancas y poleas? ›
La polea móvil es un conjunto formado por dos poleas. Una de ellas está fija, mientras la otra puede desplazarse linealmente al subir y bajar la carga. Este tipo de poleas permite elevar cargas con un menor esfuerzo, (con una fuerza aplicada F menor).
¿Qué tipo de máquina simple es el plano inclinado? ›
El plano inclinado (también conocido como rampa o pendiente) es una máquina simple que consiste en una superficie plana que forma un ángulo agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura.
¿Qué es la palanca máquina simple ejemplos? ›
El balancín, las tijeras, las tenazas, los alicates, las catapultas. De segundo grado. La carretilla, el cascanueces, una embarcación a remos, una camilla de enfermería, una máquina de hacer ejercicios por levantamiento.
¿Que la palanca? ›
La palanca es una máquina simple cuya función es transmitir fuerza y variar desplazamiento. Está compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo denominado fulcro.
¿Qué hace una polea? ›
La polea es un sistema de máquina simple que funciona por tracción. Sirve para transmitir una fuerza y ayudarte a mover objetos pesados de una forma cómoda. Consta de una rueda anclada a un eje donde gira un cordel.
¿Cuáles son los tipos de palanca? ›
Hay tres tipos principales de palancas: de primera clase, de segunda clase y de tercera clase. La primera se denomina palanca de entrada, mientras que la segunda clase se conoce como palanca de carga. La palanca de tercera clase, por su parte, se denomina palanca de fulcro.
¿Qué es la palanca y cómo se clasifica? ›
¿Qué es una palanca? El término palanca alude a un tipo de máquina simple cuyo propósito consiste en aplicar fuerza y transmitir velocidad a un objeto. Su composición consta de una barra rígida que fluctúa en torno a un punto de apoyo denominado fulcro.
¿Cómo hacer una polea simple? ›
Hacer una polea compuesta simple. Coloca 2 cajas de cartón una frente a otra en una superficie elevada. Usa 2 cajas que sean del mismo tamaño y grosor, como las de cereal o las cajas de embalaje. Colócalas en una superficie plana, como en una mesa, de manera que estén a unos 13 o 15 cm (5 a 6 pulgadas) de separación.
¿Qué es un plano inclinado de 5 ejemplos? ›
Las resbaladillas de los parques, los caminos empinados y las rampas de los camiones de carga son todos ejemplos de planos inclinados. Las pendientes o los planos inclinados son superficies diagonales sobre las cuales los objetos pueden estar en reposo, deslizarse o rodar hacia arriba o hacia abajo.
El plano inclinado es una de las denominadas "máquinas simples" de las que se derivan máquinas mucho mas complejas. Empujando un objeto sobre una superficie inclinada hacia arriba, uno puede mover el objeto hasta una altura h con una fuerza menor que el peso del objeto.
¿Cuál es la polea fija? ›
La polea fija de cable es una polea simple, o una de gancho, cuyo eje no se desplaza cuando tiramos de la cuerda que la rodea. Para su construcción necesitamos, como mínimo, un soporte, un eje, una polea de cable y una cuerda.
¿Cuáles son las 5 máquinas simples? ›
La palanca, la rueda, el tornillo, la polea, el plano inclinado y la cuña (aunque algunos argumenten que esta es solo una mera aplicación del plano inclinado) son las máquinas simples de las que se sirve Todd McEwen para hacernos recorrer diferentes etapas de la vida sexual.
¿Cuáles son las partes de la palanca? ›
Palanca
- Potencia (P), fuerza que tenemos que aplicar.
- Resistencia (R), fuerza que tenemos que vencer; es la que hace la palanca como consecuencia de haber aplicado nosotros la potencia.
- Brazo de potencia (BP), distancia entre el punto en el que aplicamos la potencia y el punto de apoyo (fulcro).
Una palanca puede usarse para maximizar la fuerza mecánica aplicada sobre un cierto objeto o para incrementar su velocidad o la distancia que recorre a través de la aplicación de una cantidad proporcionalmente menor de fuerza.
¿Qué es la palanca para niños? ›
La palanca es una de las máquinas más simples y antiguas. Su función es amplificar la fuerza que aplicamos a un objeto para poder moverlo con menos esfuerzo o con más velocidad. Aunque la palanca ya se usaba en la prehistoria, fue Arquímedes quien descubrió la 'ley de la palanca'.
¿Qué es una polea y ejemplos? ›
Una polea es una rueda en un eje o manivela que está diseñada para soportar el movimiento y el cambio de dirección de un cable o correa tensa, o bien, soportar la transferencia de potencia entre el eje y el cable o correa.
¿Qué es una polea y cuáles son sus partes? ›
Consiste en una rueda con un canal en su periferia, por el cual pasa una cuerda que gira sobre un eje central. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso.
¿Qué máquinas tienen poleas? ›
La mayoría de las máquinas o motores de cualquier tipo funcionan combinadamente por poleas, especialmente los motores eléctricos muy conocidos. En máquinas agrícolas de cualquier tipo la necesitan.
¿Cuál es la palanca de la tijera? ›
En la palanca de primer género, el fulcro (punto de apoyo) se encuentra situado entre la potencia y la resistencia. Ejemplos de este tipo de palanca son el balancín, las tijeras, las tenazas o los alicates.
Al usar una palanca, se aplica una fuerza de giro (el momento) alrededor del punto de apoyo para mover la carga. El momento disminuye el esfuerzo que se necesita para mover la carga al aumentar la distancia entre el punto de apoyo y el punto de aplicación de la fuerza.
¿Cómo se calcula la fuerza de una palanca? ›
Una forma práctica de calcular la magnitud del par es, primero determinar el brazo de palanca y luego multiplicarlo por la fuerza aplicada. El brazo de palanca es la distancia perpendicular desde el eje de rotación a la línea de acción de la fuerza. y la magnitud del par es τ = N m.
¿Cuándo se inventó la palanca? ›
Arquímedes fue el primero en descubrir este principio en el siglo III antes de Cristo. Lo ilustra con sus famosas palabras: "Dame un punto de apoyo y moveré el mundo" (Arquímedes citado por Pappus - siglo IV).
¿Qué tipo de palanca es un sube y baja? ›
El pie de cabra, el sube y baja y la alzaprima son barras de tipo 1 simples.
¿Cuáles son las palancas de primer segundo y tercer grado? ›
¿Encontrar la clave más simple para diferenciar cuando una Palanca es de Primer, Segundo y Tercer Grado? La clave para hallar las diferencias entre palancas de primer, segundo y tercer grado es la posición en la que se encuentren la fuerza (F), la resistencia (R) y el punto de apoyo (PA).
¿Cuáles son los tipos de palanca? ›
Hay tres tipos principales de palancas: de primera clase, de segunda clase y de tercera clase. La primera se denomina palanca de entrada, mientras que la segunda clase se conoce como palanca de carga. La palanca de tercera clase, por su parte, se denomina palanca de fulcro.
¿Cuáles son las 6 máquinas simples clasicas? ›
Hay seis máquinas simples. Son las siguientes: la palanca, la rueda, la polea, el plano inclinado, la cuña y el tornillo.
¿Cuáles son los tipos de máquina simple? ›
Las máquinas simples son aquellos dispositivos que permiten cambiar la intensidad o la dirección de la energía que llega a su punto de entrada bajo la forma de trabajo mecánico, y cuyos componentes son todos son sólidos rígidos. Por ejemplo: palanca, polea, rueda, tornillo.
¿Cuáles son los elementos de la palanca? ›
Fulcro, brazo, resistencia, potencia, brazo, potencia, resistencia.
¿Qué es una palanca y cómo se clasifican? ›
Las palancas se dividen en tres géneros, también llamados órdenes o clases, dependiendo de la posición relativa de los puntos de aplicación de la potencia y de la resistencia con respecto al fulcro (punto de apoyo).
Hacer una polea compuesta simple. Coloca 2 cajas de cartón una frente a otra en una superficie elevada. Usa 2 cajas que sean del mismo tamaño y grosor, como las de cereal o las cajas de embalaje. Colócalas en una superficie plana, como en una mesa, de manera que estén a unos 13 o 15 cm (5 a 6 pulgadas) de separación.
¿Cómo hacer una polea con material reciclable paso a paso? ›
Pasos para hacer una polea casera
Partir la percha con unos alicates. Introducir el rulo de plástico o de madera entre la separación que hemos creado. Pasar nuestro hilo por encima del tubo pudiendo asir un extremo mientras que en el otro extremo sostenemos el elemento que queremos levantar.
¿Qué sucede con la fuerza? ›
Una fuerza es una acción que se ejerce sobre un objeto y que, como consecuencia, modifica su estado. Por ejemplo, puede cam- biarlo de lugar, romperlo, deformarlo, ponerlo en movimiento o detenerlo. En otras palabras, al aplicar una fuerza sobre un objeto se produce un efecto.
¿Cuáles son los tres elementos que componen una máquina simple? ›
ELEMENTOS DE UNA MÁQUINA SIMPLE
- Punto de apoyo: es el punto sobre el cual se. apoya o se mueve la maquina, también llamado fulcro, ...
- Fuerza motriz o potencia (Fp): es la fuerza. que se aplica para hacer funcionar la maquina.
- Fuerza de resistencia (Fr): es la fuerza que. hay que vencer para mover o deformar un cuerpo.
El tornillo viene a ser un plano inclinado, en el que la fuerza aplicada tiene dirección tangencial y la fuerza resultante tiene dirección axial, según el eje del tornillo. Por lo tanto, la ventaja mecánica tiene la misma expresión que en el plano inclinado, siendo el ángulo α igual a la inclinación de la rosca.
¿Cuáles son las tres características principales en una máquina simple? ›
Características de las máquinas simples
Punto de apoyo: todas deben contar con un punto para apoyarse, pero siempre debe ser uno solo. La conservación de energía. Transformación: el objetivo o la función de esta es utilizar un mismo tipo de energía y transformarla en otra para obtener un resultado.
¿Cuál es la ley del equilibrio de la palanca? ›
Una palanca está en equilibrio cuando el momento de fuerza total hacia la izquierda es igual al momento de fuerza total hacia la derecha (el momento es el giro o rotación de un cuerpo alrededor de un eje). -Palanca de segundo género: la resistencia se encuentra entre el punto de apoyo y la fuerza.
¿Cuál es la palanca de primer grado? ›
Las palancas
A) Palancas de primer género o grado: Son las que tienen el punto de apoyo (también llamado fulcro), entre las dos fuerzas f1 y f2 (o también entre la potencia y la resistencia).
¿Qué sucede con la fuerza requerida al levantar un objeto con la polea? ›
La polea simple móvil produce una ventaja mecánica: la fuerza necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la fuerza que habría sido requerida para levantar la carga sin la polea.
