Las Máquinas Simples y sus Funciones

La Fuerza sobre los Cuerpos

La fuerza cotidianamente se asocia con la musculatura o la resistencia de una persona para soportar el peso. La fuerza es la capacidad de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de variar su forma.

Unidades de Fuerza

Las unidades de fuerza dependen de la masa del cuerpo en la que se aplica la fuerza, y de su aceleración, que se expresa por la fórmula:

F = M x A

Donde:

• Fuerza = fuerza
• Masa = masa
• A = aceleración

La masa es la cantidad de materia de un cuerpo y se mide en kilogramos. La aceleración es el cambio de velocidad de un cuerpo por unidad de tiempo y se mide en metros por segundo al cuadrado (m/s²).

Las unidades en que se mide la fuerza en el Sistema Internacional de Medidas son kg x m/s², pero por conveniencia se utiliza el Newton (N) en honor a Isaac Newton, quien realizó investigaciones sobre la fuerza y postuló tres leyes del movimiento de los cuerpos.

La fórmula de la fuerza es conocida como la Segunda Ley de Newton, e indica que mientras mayor sea la fuerza aplicada a un cuerpo, mayor será la aceleración que obtendrá.

Para medir la fuerza se utiliza un aparato llamado dinamómetro, que también se utiliza para medir el peso de los cuerpos.

Las fuerzas son cantidades vectoriales.

Trabajo

Es la fuerza aplicada a lo largo de cierta distancia.

La unidad con que se mide el trabajo en el SI es el julio (J). La fórmula para calcular el trabajo es:

T = F x D

Las máquinas simples forman las máquinas compuestas.

Las grúas, autos, cortadoras de césped y abrelatas son algunos ejemplos de máquinas compuestas.

Las máquinas simples son, por ejemplo, la palanca, las poleas, el torno, el plano inclinado, el tornillo y la cuña.

Palancas

Barra rígida apoyada en un punto, a la cual se le aplica una fuerza para poder mover o levantar una carga muy pesada.

Los elementos que componen la palanca son:

• Fuerza de potencia (P)
• Brazo de potencia (Bp)
• Punto de apoyo (A)
• Fuerza de resistencia (R)
• Brazo de resistencia (Br)

Las palancas se pueden presentar en tres formas diferentes:

• Palanca de primer género
• Palanca de segundo género
• Palanca de tercer género

Ley de las Palancas

En toda palanca, la potencia (P) multiplicada por su brazo (Bp) es igual a la resistencia (R) multiplicada por su brazo (Br):

P x Bp = R x Br

Ventajas Mecánicas

La ventaja mecánica indica la relación entre la distancia a través de la cual actúa la fuerza de potencia y la distancia a través de la cual actúa la fuerza de resistencia.

Esta la podemos expresar así:

VM ideal = Bp / Br

Poleas

La polea es una máquina simple que se utiliza para levantar cargas a cierta altura. Existen dos tipos de poleas: fijas, móviles y aparejo de poleas.

Entre las aplicaciones de la polea simple encontramos: sacar agua de un pozo, izar una bandera y levantar una piñata. Y en el aparejo de poleas, la VM ideal.

Torno

El torno consiste en un cilindro en el que se aplica la fuerza de resistencia.

En el torno, como se trata de dos circunferencias, la VM ideal se expresa encontrando la relación entre sus diámetros o sus radios.

VM = radio de potencia / radio de resistencia

El Plano Inclinado

Consiste en una rampa que tiene cierta elevación.

El plano inclinado es útil pues ayuda a desplazar una carga y reduce el esfuerzo.

El plano inclinado da origen a otras máquinas simples como el tornillo y la cuña.

En consecuencia, cuanto menor es la altura del plano inclinado:

VM = Longitud del plano / Altura del plano

o VM ideal = L / H

El Tornillo

Es la máquina simple para fijar objetos en las paredes o en la madera.

VM ideal = 2πr / h (π = 3.1416)

La Cuña

Es una máquina simple formada por un plano inclinado doble. El hacha, el cuchillo y las máquinas de afeitar son cuñas útiles para cortar o separar objetos.

VM ideal = altura de la cuña / base de la cuña