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¿Qué son las máquinas simples? – Definición, tipos y ejemplos

Publicado el 12 octubre, 2020

Las máquinas cambian de fuerza

El fin de semana pasado, recibí un paquete realmente grande por correo. Pesaba bastante y podría haber intentado levantarlo yo mismo, pero realmente no me gustaba la idea de lastimarme la espalda potencialmente al hacer esto. Entonces, llamé a algunos amigos para que me ayudaran, pero no había nadie disponible, así que todavía no tuve suerte. Mi tercera opción era usar una máquina simple , un dispositivo sin energía que multiplica o cambia la dirección de una fuerza.

Quizás se pregunte qué diablos tiene que ver multiplicar o cambiar la dirección de una fuerza con mover ese paquete a mi casa. Bueno, según Sir Isaac Newton, para mover un objeto estacionario, necesitamos aplicarle una fuerza. Y cuando esa fuerza se aplica sobre una distancia dada, hacemos el trabajo en ese objeto. Más simplemente, podemos definir el trabajo como fuerza x distancia. Entonces, para llevar esa caja a mi casa, tuve que aplicar una fuerza y ​​moverla de afuera hacia adentro, ¡tuve que trabajar un poco!

Y aquí es donde entran las máquinas simples. Multiplicar la fuerza o cambiar su dirección nos ayuda a trabajar. Es importante recordar que la ley de conservación de la energía todavía se aplica aquí: en realidad, no se está haciendo menos trabajo, aunque pueda parecerlo. Ninguna máquina puede generar energía, simplemente la transfiere o la transforma. La entrada de trabajo siempre será igual a la producción de trabajo.

Entrada de trabajo = Salida de trabajo

Veamos cómo funciona esto con una de las máquinas más simples que existen: la palanca. Una palanca es una viga que gira sobre un punto de apoyo. Este punto de apoyo de la palanca se llama fulcro . ¿Has estado alguna vez en un balancín en el parque? ¡Eso es una palanca! Las tijeras también son palancas, al igual que el mecanismo de manija de descarga en el tanque del inodoro.

Si desea levantar algo en una palanca, coloque el objeto en un extremo de la viga y empuje hacia abajo el otro. Trabaja en su extremo porque aplica una fuerza, que se ejerce a través de la distancia del rayo al fulcro.

Pero también se trabaja en el otro extremo de la viga cuando el objeto se levanta desde el otro lado del fulcro. Y la clave aquí es que el trabajo realizado en ambos extremos es el mismo. El producto de la fuerza y ​​la distancia en ambos extremos es igual. Pero esto no significa que las fuerzas o las distancias sean iguales en ambos lados. De hecho, ¡hacerlos diferentes es la clave para usar efectivamente una máquina simple!

Digamos, por ejemplo, que su fulcro, o punto de apoyo, está debajo de la mitad de la viga de la palanca. La distancia en ambos lados del fulcro es la misma, lo que significa que la fuerza será la misma en ambos lados. Deberá aplicar la misma fuerza en su extremo que se necesitará para levantar el objeto en el otro extremo.

Pero si mueve su fulcro para que esté más cerca del objeto que desea levantar, habrá aumentado la distancia sobre la que se aplica su fuerza. Esto significa que si bien los productos de los dos lados siguen siendo iguales, los componentes individuales no lo son. Dado que la distancia sobre la que aplica su fuerza es mayor, la fuerza que necesita aplicar debe disminuir para compensar. En el otro extremo de la viga, la distancia ha disminuido, lo que significa que la fuerza de salida debe aumentar para compensar.

Aquí, se realiza la misma cantidad de trabajo que antes cuando nuestro punto de apoyo estaba en el medio, y se realiza la misma cantidad de trabajo en ambos extremos de la palanca. Pero simplemente mover el fulcro hacia el objeto que desea levantar cambia la cantidad de fuerza involucrada en ese trabajo, en ambos extremos.

Por la misma razón, no sería prudente mover el fulcro hacia usted y lejos del objeto que desea levantar, cuando el fulcro está más cerca de usted, la distancia sobre la que se aplica su fuerza se reduce, lo que significa que debe aplicar más fuerza. . Pero en el otro extremo, la distancia desde el fulcro ha aumentado, lo que significa que hay una disminución en la fuerza de salida para compensar. ¡Acaba de hacer más difícil levantar el objeto en lugar de hacerlo más fácil!

Se trata de esa relación entre fuerza y ​​distancia. En las tres situaciones, el trabajo que hizo fue el mismo. Pero la dificultad de ese trabajo cambió dependiendo de cómo utilizó la relación de los componentes del trabajo: la fuerza y ​​la distancia.

Otras máquinas simples

Las palancas son maravillosas, pero ciertamente no son el único tipo de máquina simple. Tampoco son siempre la mejor máquina sencilla de utilizar. Todo depende del trabajo que quieras hacer.

Una rueda y un eje es una máquina simple en la que dos componentes giran juntos para transferir fuerza de uno a otro. Piense en las ruedas de su automóvil o bicicleta o incluso en un pomo redondo, y obtendrá la idea de esta máquina.

Cuando pones una cuerda o cable alrededor de una rueda y un eje, obtienes una polea . Dependiendo de cuántas poleas tenga, puede cambiar la dirección de la fuerza (tirando de la cuerda hacia abajo para levantar un objeto en el aire) o puede multiplicar la fuerza para mover un objeto muy pesado. Cuando aumenta la longitud de la cuerda agregando más poleas, aquí se aplica la misma idea que con la palanca. Excepto que esta vez, está aumentando la distancia de la fuerza sobre la cuerda en lugar de una viga.

Otra máquina simple y útil es el plano inclinado . Esta es una superficie plana que se eleva en un extremo. Piense en esto como una palanca que está atascada en su lugar, casi como si el punto de apoyo estuviera atascado en el extremo más alejado de la viga. Los planos inclinados son muy útiles para mover objetos a diferentes alturas. Si alguna vez ha movido muebles, sabe que tener una rampa (un plano inclinado) disponible es mucho mejor que subir escaleras individuales.

Una versión especial del plano inclinado es un tornillo . Este es un plano inclinado que envuelve un poste o cilindro. Los tornillos crean movimiento lineal y fuerza a partir de los rotacionales. Giras un destornillador, pero el tornillo entra recto. Lo mismo ocurre con un sacacorchos en un corcho de vino: su mano gira en círculos, pero esa forma de hélice del plano del tornillo crea un movimiento directo del tornillo en sí.

Si un plano inclinado está inclinado en un extremo, también se puede utilizar como cuña , nuestra última máquina simple. Este dispositivo literalmente queda atrapado entre dos superficies: separándolas, levantando una de ellas o simplemente sosteniendo algo en su lugar. Al igual que otras máquinas simples, ¡el tamaño importa con una cuña! Si tiene una cuña larga y estrecha, necesitará menos fuerza que con una cuña corta y ancha. Esto se debe a que la cuña larga aplica la fuerza a una distancia mayor. Pero recuerde, independientemente del tamaño de cuña que utilice, se realiza la misma cantidad de trabajo. ¡Es lo ‘fácil’ que quieres que sea ese trabajo!

Resumen de la lección

Si necesita mover, levantar o tirar de algo muy pesado, podría considerar usar una máquina simple . Este es un dispositivo sin energía que multiplica o cambia la dirección de una fuerza. El trabajo se realiza en un objeto cuando se aplica una fuerza a una distancia determinada, por lo que si desea que el trabajo parezca más fácil, debe cambiar uno de los componentes del trabajo en sí.

La forma más sencilla de hacerlo es aumentando la distancia sobre la que se aplica la fuerza. Cuanto mayor es la distancia, se necesita menos fuerza de entrada. Todas las máquinas simples pueden hacer esto, ya sea una palanca y un fulcro, una polea con una cuerda larga o un tornillo con su plano inclinado helicoidal largo.

Y recuerde, el hecho de que el trabajo se sienta más fácil no significa que haya menos energía involucrada. Fiel a la ley de conservación de la energía, incluso con una máquina simple involucrada, la cantidad de trabajo que entra es la misma que la cantidad de trabajo que sale. Todo depende de cómo cambie la fuerza y ​​la distancia involucradas en ese trabajo.

Los resultados del aprendizaje

Mientras ve esta lección en video, esfuércese por lograr estos objetivos:

  • Comprender la utilidad de una máquina simple.
  • Recuerda la ley de conservación de la energía.
  • Señale algunos ejemplos de máquinas simples
  • Sepa que el tamaño, la forma o el ángulo de una máquina simple pueden hacer que un esfuerzo se sienta más fácil o más difícil

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