Física

Ventaja mecánica: definición, cálculos y ecuaciones

Por Rodrigo Ricardo

Ventaja mecanica

¡Bienvenido a los Juegos Olímpicos de Caveman! El evento de hoy es el levantamiento de rocas. Conozcamos a nuestros dos concursantes. El hombre de las cavernas A es grande y fuerte, pero no es el hombre de las cavernas más inteligente del clan. El hombre de las cavernas B es un tipo pequeño, pero lo que le falta en músculos lo compensa con creces.

Caveman B comprende el concepto de ventaja mecánica y planea usarlo para ayudarlo a ganar el oro. ¿Qué es la ventaja mecánica? Es una medida de cuánto una máquina simple multiplica la fuerza de entrada. En otras palabras, Caveman B usará un par de máquinas simples para facilitar el trabajo de levantar las rocas. Aprenderemos más sobre la ventaja mecánica y cómo se calcula viendo el evento de hoy.

Palanca

Caveman A liderará la competencia. Se acerca con confianza a la pila de rocas y se para frente a la primera roca. Le da a la roca un abrazo de oso y, con un tremendo esfuerzo, levanta la roca del suelo.

Ahora es el turno de Caveman B. Camina hacia la misma roca y se para frente a ella. Le da a la roca un abrazo de oso, pero la roca no se mueve. Pero Caveman B tiene un truco bajo la manga. Agarra una tabla de 11 pies de largo y una roca en forma de triángulo. Va a hacer una palanca . Una palanca es una máquina simple que involucra una barra rígida colocada sobre un pivote. El pivote, en este caso, la roca en forma de triángulo, se llama fulcro. Las palancas se utilizan para facilitar el movimiento o la elevación de objetos pesados.

diagrama de palanca

Echemos un vistazo a cómo funciona esto. Aquí tenemos una barra con un punto de apoyo colocado directamente en el medio. Puede aplicar una fuerza en un extremo de la palanca; esto se llama fuerza de entrada. La fuerza de entrada produce una fuerza en el otro extremo conocida como fuerza de salida. La fuerza de salida se puede utilizar para levantar una carga pesada, como una piedra.

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Con el fulcro colocado en el medio, no hay mucha ventaja porque la fuerza necesaria para levantar la roca es igual a la cantidad de fuerza necesaria para empujar hacia abajo. Pero observe lo que sucede si acercamos el fulcro a la carga.

Palanca con fulcro ajustado

Aquí vemos que el brazo de resistencia, que es la longitud desde la carga hasta el fulcro, es más corto que el brazo de esfuerzo, que es la longitud desde la fuerza de entrada hasta el fulcro. Esto nos da una ventaja mecánica y permite a Caveman B levantar la misma roca que Caveman A con menos fuerza.

Podemos calcular cuánta ventaja mecánica proporciona la palanca haciendo un cálculo simple.

Ventaja mecánica para una palanca = longitud del brazo de esfuerzo / longitud del brazo de resistencia

Por ejemplo, cuando el fulcro estaba en el medio, la longitud del brazo de esfuerzo y del brazo de resistencia era de cinco pies y medio. La ventaja mecánica fue 1, lo que realmente no es una ventaja. Entonces, si la roca pesa 100 libras, se necesitarían 100 libras de fuerza para levantarla. Pero, si se mueve el fulcro de modo que el brazo de resistencia tenga solo 1 pie de largo, entonces el brazo de esfuerzo tendría 10 pies de largo. La ventaja mecánica sería 10. Por lo tanto, solo se necesitaría al Hombre de las Cavernas B una décima parte, o 10 libras de fuerza de entrada, para mover la roca.

Polea

Estamos listos para la segunda ronda de nuestra competencia. Esta vez la roca pesa 200 libras. El hombre de las cavernas A se acerca a la roca, le da un abrazo de oso y la levanta con todas sus fuerzas, pero la roca no se mueve.

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Si el Hombre de las Cavernas B puede mover la piedra, gana el oro. Esta vez decide usar una polea , que es una máquina simple que usa ruedas ranuradas alrededor de las cuales puede moverse una cuerda. Existen diferentes tipos de poleas. Una polea fija es una polea que está unida a una superficie y no se mueve. La rueda ranurada que ve en la parte superior de un asta de bandera es un ejemplo de polea fija. Una polea fija cambia la dirección de la fuerza, pero no le da una ventaja mecánica.

Para obtener una ventaja mecánica, la polea fija debe estar emparejada con al menos una polea móvil, que es una polea que sube y baja con la carga que se eleva.

Encontrar la ventaja mecánica de un sistema de poleas se parece más a contar que a calcular. Para las poleas, la ventaja mecánica se determina contando el número de cables que sostienen las poleas móviles. Por ejemplo, aquí nuestro hombre de las cavernas tiene 1 polea fija que trabaja con 1 polea móvil. La polea móvil está sostenida por 2 cuerdas, por lo que la ventaja mecánica es 2. Eso significa que la roca de 200 libras podría levantarse con 100 libras de fuerza de entrada.

Una polea

Cuantas más poleas móviles utilice, mayor será la ventaja mecánica. Por ejemplo, nuestro cavernícola usó 3 poleas móviles; por lo tanto, hay 4 cuerdas que sostienen las poleas móviles. La ventaja mecánica es 4, por lo que solo tiene que tirar de la cuerda con una cuarta parte de la fuerza, o 50 libras, para mover la roca. Caveman B ha ganado el oro.

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Un sistema de poleas

Resumen de la lección

Revisemos. La ventaja mecánica es una medida de cuánto una máquina simple multiplica la fuerza de entrada. En esta lección, aprendimos cómo se calcula la ventaja mecánica para dos máquinas simples: palancas y poleas.

Una palanca es una máquina simple que involucra una barra rígida colocada sobre un pivote, conocido como fulcro. Vemos que la ventaja mecánica de una palanca es igual a la longitud del brazo de esfuerzo dividida por la longitud del brazo de resistencia. Por lo tanto, a medida que el fulcro se acerca al peso que se levanta, la ventaja mecánica aumenta.

Una polea es una máquina simple que usa ruedas ranuradas alrededor de las cuales se puede mover una cuerda. Para las poleas, la ventaja mecánica se determina contando el número de cables que sostienen las poleas móviles. Por tanto, cuantas más poleas móviles se utilicen, mayor será la ventaja mecánica.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya visto la lección y revisado la transcripción, debería sentirse listo para:

  • Describe la ventaja mecánica
  • Explica cómo funcionan las palancas y poleas.
  • Calcule la ventaja mecánica de una palanca o una polea.

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