Las máquinas definidas habitualmente como simples (palanca, polea, plano inclinado, torno...
MÁQUINAS SIMPLES
Una máquina es cualquier artefacto capaz de aprovechar, dirigir o regular una forma de energía para realizar un trabajo o para transformarla en otra forma energética.
Las máquinas definidas habitualmente como simples (palanca, polea, plano inclinado, torno) y las que derivan de ellas, han servido y sirven para utilizar mejor la energía muscular del hombre y de los animales.
Aplicaciones
El tornillo y la cuña se consideran a veces máquinas simples, pero en realidad son adaptaciones del plano inclinado.
La utilidad de una máquina simple radica en que permite ejercer una fuerza mayor que la que una persona podría aplicar sólo con sus músculos (en el caso de la palanca, el torno y el plano inclinado), o aplicarla de forma más eficaz (en el caso de la polea).
La relación entre la fuerza aplicada y la resistencia ofrecida por la carga contra la que actúa la fuerza se denomina ventaja teórica de la máquina. Debido a que todas las máquinas deben superar algún tipo de rozamiento cuando realizan su trabajo, la ventaja real de la máquina siempre es menor que la ventaja teórica.
La eficacia de funcionamiento de una máquina se obtiene del cociente entre la energía generada (la salida) y la cantidad de energía empleada (la entrada).
Combinando máquinas simples se construyen máquinas complejas. Con estas máquinas complejas, a su vez, se construye todo tipo de máquinas utilizadas en metalistería, carpintería y otras áreas de la ingeniería.
Palanca
Máquina simple que consiste normalmente en una barra o una varilla rígida, diseñada para girar sobre un punto fijo denominado punto de apoyo. El efecto de cualquier fuerza aplicada a la palanca hace girar ésta con respecto a este punto. La fuerza rotatoria es directamente proporcional a la distancia entre el punto de apoyo y la fuerza aplicada. Por ejemplo, una masa de 1 kg que está a 2 m del punto de apoyo equivale a una masa de 2 kg a una distancia de 1 m del mismo.
En el pica fuegos, un tipo de palanca, se aplica un esfuerzo relativamente pequeño al extremo más lejano al punto de apoyo para levantar un gran peso que está situado junto al punto de apoyo. Otras herramientas e instrumentos de uso común (incluidos la carretilla y el cascanueces) utilizan el principio de la palanca.
Palancas de tercer género: en este tipo de palancas se gana en comodidad pero se pierde en esfuerzo.
Balanza
Es una palanca de primer género, con los brazos iguales. De cada extremo pende un platillo y en su punto de apoyo (medio) tiene fijada una aguja (fiel) que señala, sobre una plancha graduada, el equilibrio o la desviación de los brazos respecto de la posición del equilibrio.
Cuando en un plato se coloca un cuerpo, el fiel sale del punto medio de graduación, para volver a él sólo cuando se equilibra el peso del cuerpo mediante pesas suficientes para igualarlo, en el otro plato.
Polea
Dispositivo mecánico de tracción o elevación, formado por una rueda (también denominada roldana) que se monta en un eje, con una cuerda que rodea la circunferencia de la rueda. Tanto la polea como la rueda y el eje pueden considerarse máquinas simples que constituyen casos especiales de la palanca. Una polea fija no proporciona ninguna ventaja mecánica, es decir, ninguna ganancia en la transmisión de la fuerza: sólo cambia la dirección o el sentido de la fuerza aplicada a través de la cuerda. Sin embargo, con un sistema de poleas móviles (también llamado polipasto) sí es posible obtener una ventaja o ganancia mecánica, que matemáticamente se define como el cociente entre la fuerza de salida (carga) y la fuerza de entrada (esfuerzo). En el caso ideal, la ganancia mecánica es igual al número de segmentos de cuerda que sostienen la carga que se quiere mover, excluido el segmento sobre el que se aplica la fuerza de entrada. El rozamiento reduce la ganancia mecánica real, y suele limitar a cuatro el número total de poleas.
Torno
Máquina simple formada por dos ruedas o cilindros concéntricos de distinto tamaño y que suele transmitir la fuerza a la carga por medio de una cuerda arrollada alrededor del cilindro mayor; en la mayoría de las aplicaciones la rueda más pequeña es el eje. El torno combina los efectos de la polea y la palanca al permitir que la fuerza aplicada sobre la cuerda o cable cambie de dirección y aumente o disminuya.
Tal como ilustra el diagrama, las fuerzas sobre las dos ruedas se equilibran cuando FR = fr. Las combinaciones de tornos se emplean para levantar pesos, por ejemplo en cabrias o cabrestantes, y también como partes de máquinas más complejas. Una aplicación especial del principio del torno es el tren de engranajes rectos de la maquinaria de un reloj.
Plano inclinado
Plano que forma un cierto ángulo con otro plano horizontal; este dispositivo modifica las fuerzas y se puede considerar como una máquina. También se conoce con el nombre de rampa o pendiente.
Una de las formas más sencillas de hacer subir un objeto, por ejemplo un bloque, es arrastrarlo por un plano inclinado. La fuerza que se necesita para arrastrar el bloque a lo largo de un plano inclinado perfectamente liso, es decir, en el que no actúan fuerzas de rozamiento, es menor que el peso del bloque. Por eso se dice que el plano inclinado ofrece una ventaja mecánica, pues aumenta el efecto de la fuerza que se aplica. Sin embargo, el bloque debe ser arrastrado a lo largo de una distancia mayor para conseguir la misma elevación, ya que la fuerza que se necesita ejercer para ascender el bloque por el plano inclinado es tanto menor cuanto mayor es la longitud del mismo.
El plano inclinado aparece de muchas formas, una de ellas es en forma de cuña. Con una cuña se puede elevar lentamente un objeto o rajar un tronco de madera ya que crea una fuerza mayor en ángulo recto que la fuerza que se aplica cada vez que se golpea la cuña. Un hacha es una cuña afilada sujeta a un mango; la cabeza del hacha utiliza una pequeña fuerza, el golpe del hacha, para producir una fuerza mayor que corta cuando el filo del hacha penetra separando la madera, u otro material, en dos superficies.
Tornillo
Un tornillo es un plano inclinado arrollado alrededor de un cilindro o cono central. Para tornillos de la misma longitud, la ventaja mecánica será mayor cuanto mayor sea la rosca, o más vueltas tenga, ya que a mayor número de vueltas la longitud del plano inclinado es mayor.
