PALANCA

Es la máquina simple más común. La palanca es una barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo o eje (llamado fulcro), cuando...

PALANCA

Es la máquina simple más común. La palanca es una barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo o eje (llamado fulcro), cuando se le aplica una fuerza para vencer la resistencia.

Es usada para vencer mayor resistencia con menor esfuerzo.

La distancia entre el punto de apoyo y el punto donde se aplica la fuerza, motriz o potencia se llama brazo de potencia (dp). La distancia entre el punto de apoyo y el punto donde se encuentra la resistencia se llama brazo de resistencia (dr).

Cuando el punto de apoyo está descentrado, se necesita una fuerza menor para poder equilibrar la balanza, con esto la ventaja mecánica es ahorro de fuerza (contrapeso).

Podemos ver que el cuerpo humano está lleno de palancas de distintas clases, por ejemplo, la cabeza, donde su peso es contrarrestado por la acción de la musculatura de la nuca, tomando la columna vertebral como punto de apoyo. También la ‘típica’ balanza que se encarga de pesar la carga, ésta debe reunir por lo menos tres condiciones que son: ser sensible (que cuando en uno de sus platillos le coloque un peso debe perder su equilibrio, por muy pequeña que sea la carga), también debe ser exacta (que al colocar pesos iguales en los platillos debe recuperar su posición de equilibrio) y  finalmente debe ser estable (debe volver a la posición de equilibrio).

En el saca clavos, la fuerza la realiza la persona que intenta sacar el clavo. La carga es la resistencia del clavo al ser extraído. Un material de uso diario, las tijeras, son dos palancas combinadas de primer grado. Éstas realizan una fuerte acción de corte cerca del punto de apoyo. La carga es la resistencia del material a la acción de corte de las hojas de las tijeras.

Finalmente “la carretilla de dos ruedas”, usada para trasladar los balones de gas, entre otros. Basta inclinar las varas de la carretilla para poder transportar una pesada carga con un pequeño esfuerzo.

Palancas de primer género:

Como dijimos al principio, son aquellas en la cuales su punto de apoyo está entre la resistencia y la fuerza motriz. La condición para que una palanca se mantenga en equilibrio es que la suma de los momentos de fuerza motriz y de la resistencia sean nula. Cuando el punto de apoyo está en la mitad, la longitud entre el punto medio y F es igual a la longitud entre el punto medio y R, por lo que para que se mantenga en equilibrio las fuerzas deben ser iguales.

Palancas de segundo género:

En este tipo de palancas, el punto de apoyo está en un extremo, la potencia o fuerza motriz (F) en el otro extremo y la resistencia (R) en algún punto intermedio. Así tenemos un brazo suficientemente grande donde se puede vencer una resistencia grande aplicando una potencia pequeña.

Poleas y roldanas

Las poleas son cilindros (discos de metal o de madera) que tienen en la periferia un canal y son utilizados para multiplicar las fuerzas. La fuerza que se realiza sobre ellas se ve multiplicada por dos si se emplea un sistema de dos poleas, por cuatro si se emplea un sistema de cuatro poleas que tienen dos partes móviles, etc.

Cuando hay una sola polea, el efecto que produce es únicamente desviar la dirección de la fuerza con la que se tira, sin restar nada a la fuerza de tracción hacia abajo. Sólo se debe hacer un poco más de fuerza para hacer girar también la polea -efecto de la polea-. Esto resulta muy ventajoso a la hora de subir un peso, pues se puede colocar un contrapeso igual al peso que se quiere subir, o un poco menos, y emplear el propio peso, colgándose de la cuerda, para subir el cuerpo. El sistema oscila de un lado para otro con mucha facilidad.

Polea fija:

Ésta consiste en una rueda acanalada que gira alrededor de un eje fijo y por la que pasa una cuerda en la que, en uno de sus extremos, colocaremos el objeto a elevar y utilizaremos el otro extremo para tirar.

Al sostener el peso R debemos aplicar una fuerza F. Y para que la polea no rote la suma de los momentos de las fuerzas aplicadas debe ser cero. Lo cual indica que la fuerza motriz es igual a la resistencia (en ausencia de roce, ya que con él la fuerza F es un poco mayor). Entonces se deduce que con el uso de una polea fija no se obtiene ahorro de fuerza, pero proporciona seguridad y comodidad al trabajar.

Una sola polea no aumenta nuestra fuerza. Si vemos sus aplicaciones podemos encontrar más beneficios: por ejemplo cuando se utiliza como roldana para subir el agua de un pozo, o un balde en un edificio en construcción o un ascensor. Con esto se concluye que la polea fija cambia únicamente la dirección de la fuerza.

Podemos afirmar que a las poleas fijas se las puede considerar también como una palanca de 1er género de brazos iguales. La longitud del brazo sería ‘R’. Por lo tanto F = R, es decir, el peso del objeto es igual a la fuerza que debemos aplicar.

Polea móvil:

A diferencia de la polea fija, la polea móvil se apoya sobre la cuerda y debido a eso multiplica la fuerza ejercida, por lo que vendría siendo una palanca de 2do género. También tiene un movimiento de rotación (sobre su eje) y otro de traslación, este es debido a que está en la cuerda.

El peso del objeto se descompone entre las dos ramas del cordón; luego la fuerza aplicada será sólo la mitad de la resistencia (esto en ausencia de roce).

Si se pone a trabajar una polea móvil veremos que la rotación se produce alrededor del punto 0. Para que esté en equilibrio, la suma de los torques producidos por la fuerza motriz y la resistencia debe ser cero.

En la polea móvil se produce equilibrio cuando la fuerza motora es igual a la mitad de la resistencia. Esto quiere decir que la polea móvil economiza el 50% de la fuerza (ventaja mecánica), pero es incómoda y peligrosa para trabajar; por este motivo se la usa combinada con una polea fija obteniéndose las ventajas de ambas; “economía de fuerza y mayor comodidad para trabajar”. En la práctica, para aumentar más la ventaja mecánica de la polea, se suelen emplear grupos de éstas, llamadas en general aparejos. Una polea se mueve y la otra está fija.

¿Qué pasa con el recorrido de las fuerzas?

Si empleas la mitad de la fuerza, la distancia que recorres tirando hacia abajo es doble de la que sube el cuerpo. Si usas 4 poleas y empleas la cuarta parte de la fuerza, ésta recorrerá 4 veces más distancia de la que sube el peso. En física se define el trabajo mecánico como la fuerza por la distancia. Por lo tanto deducimos que las dos fuerzas han realizado el mismo trabajo: el trabajo de la fuerza de acción es igual y opuesto al trabajo de la fuerza resistente.

La naturaleza nos permite que la engañemos empleando menos fuerza, pero nos exige una compensación en el recorrido.