LA VENTAJA MECÁNICA DE LAS MÁQUINAS SIMPLES

Se define como ventaja mecánica (VM) de una maquina simple la relación que existe entre la fuerza resistente (Fr) y la fuerza motriz (Fp); dicha relación se expresa matemáticamente así:

VM = F resistente / F motriz

Esta relación mide la eficacia de la maquina simple, en el sentido de que cuanto mayor sea el resultado, mayor será la eficiencia de la maquina simple. Así por ejemplo, una VM = 2, significa que una maquina permite realizar un determinado trabajo con la mitad del esfuerzo requerido si se fuese hacer sin la maquina. Si el resultado o división de la ventaja es menor que uno, entonces la maquina no es eficiente, ya que realiza un mayor esfuerzo para realizar el trabajo.

Existen diferentes tipos de maquinas simples tales como las que se destacan a continuación:

La palanca:es una maquina simple formada por una barra rígida que se apoya en un punto alrededor del cual pueda girar. En otras palabras la palanca es una barra rígida apoyada en un punto sobre la cual se aplica una fuerza en un extremo, para obtener una fuerza mayor en el otro. Las palancas sirven para elevar o desplazar objetos, romper objetos muy duros, impulsar embarcaciones, etc. Algunos ejemplos de palancas son alicates, tijeras, tenazas, carretillas, pinzas.
Elementos de una palanca:

El brazo de potencia: es la distancia que hay entre el punto donde se aplica la fuerza motriz (Fp) y el punto de apoyo (A).

El brazo de resistencia: es la distancia que hay entre la fuerza resistente (Fr) y el punto de apoyo (A).

Clases de palancas: de acuerdo con la posición de la fuerza motriz (Fp) y de la fuerza resistente (Fr) con respecto al punto de apoyo (A), se consideran tres clases:

Palancas de primer género o ínter-móviles: es aquella en la que el punto de apoyo (A) esta situado entre la potencia o fuerza motriz (Fp) y la fuerza de resistencia (Fr).

Palancas de segundo género o ínter-resistentes:es aquella en la que la resistencia o peso (Fr) del cuerpo esta ubicado entre el punto de apoyo (A) y el punto de aplicación (Fp) de la fuerza.

Palancas de tercer género o Inter-potentes: son las que tienen la fuerza resistente (Fr) entre el punto de apoyo (A) y la fuerza motriz (Fp).

La ley de equilibrio de la palanca: esta ley establece que una palanca esta en equilibrio cuando la fuerza motriz o potencia, multiplicada por el brazo de la potencia, es igual a la fuerza de resistente, multiplicada por el brazo de la resistencia. En otras palabras:

Fp x bp = Fr x br

De esta igualdad podemos deducir que para una fuerza resistente y brazo de resistencia constante, mientras mayor sea el brazo de potencia menor es la fuerza motriz o potencia necesaria para lograr el equilibrio de la palanca.

De la ley del equilibrio de la palanca podemos despejar y obtener las formulas para el cálculo de los distintos elementos que forman dicha ley:


Fp = Fr x br ; bp = Fr x br ; Fr = Fp x bp; br = Fp x bp.

bp Fp br Fr


El plano inclinado: el plano inclinado o rampa es una maquina simple que consiste en una superficie plana, que forma un ángulo con la horizontal. En el caso de los planos inclinados que se apoyan en un piso, dicho piso representa una horizontal. En el plano inclinado es la maquina mas simple que se puede construir y se utiliza para levantar objetos pesados, ya sea desligándolos o haciéndolos rodar sobre el plano inclinado. En el plano inclinado la fuerza motriz es la fuerza con la cual se hace subir el objeto y la fuerza de resistencia es el peso de dicho objeto. En todo plano inclinado, el producto de la fuerza motriz por la longitud (l) del plano es igual al producto del peso del cuerpo (fuerza de resistencia) por la altura (h) a la cual se sube:
Fm = Fr x h

Por consiguiente para una fuerza de resistencia y una altura constante, se necesita menor fuerza motriz, si la longitud del plano inclinado es mayor.

El tornillo:son maquinas simples que resultan de la aplicación del plano inclinado. Un tornillo es un plano inclinado enroscado en espiral y cada una de las vueltas se llama rosca. Para que u n tornillo entre en una superficie como una pared, hay que hacerlo girar muchas veces para avanzar un poco, sin embargo la fuerza que se necesita para dar cada vuelta es menor que la que se necesita para clavar el tornillo sin girarlo.
La cuña: se encuentra constituida por un prisma triangular de acero u otro material consistente y se emplea para dividir un cuerpo en dos partes. En este tipo de maquina el grado de rozamiento es muy importante, ya que el demuestra que las cuñas son mas eficientes al ser mas puntiagudas, es decir, cuanto mas agudo es el ángulo en el vértice.
La polea:consiste en un disco atravesado en el centro por un eje y que en el borde posee un canal o surco por donde pasa una cadena o cuerda. Este objeto es el que le permite que la rueda gire libremente; puede estar fijo a una armadura o moverse conjunta mente con esta. Según esta característica tenemos que las poleas pueden ser divididas en:
Poleas fijas: tiene por función variar la dirección de la fuerza pero no la intensidad de esta, es decir, con este tipo de maquina obtenemos comodidad para realizar un trabajo, pero no se gana esfuerzo.

Poleas móviles: este tipo de maquinas simples tiene la ventaja de ahorrar esfuerzo, debido a la resistencia del objeto (peso) es repartido entre las dos ramas de la cuerda. Según esto, tenemos que, al momento de tirar del extremo de la cuerda, será aplicada una fuerza que corresponde aproximada mente a la mitad del peso de la carga.

El torno:es un cilindro atravesado por un eje, que se encuentra unido a un soporte o base fija. El eje central esta conectado por uno de sus extremos a un manubrio sobre el que se aplica la potencia (Fp) que hace girar la barra cilíndrica donde se enrolla una cuerda, mecate o cadena que conduce la resistencia (Fr).
En resumen, tenemos que las maquinas simples se organizan de la siguiente manera:

1.- Un punto fijo:

Palanca de primer genero.
Palanca de segundo genero.
Palanca de tercer genero.
2.- Un plano fijo:

Plano inclinado.
Tornillo.
Cuña.
3.- Un eje:

Poleas fijas y móviles.
Torno.

CONSTRUCCION DE MAQUINAS SIMPLES

se trata de ahorrar trabajo apelando a un instrumento que le permite a las personas utilizar las fuerzas de la naturaleza y leyes de la física a su favor. La construcción de maquinas, sean cueles sean, es al fin y al cabo una forma de adaptación al medio.
El mundo en el que vivimos y las sociedades que conocemos nunca hubieran llegado a ser lo que son si la humanidad no se hubiera llegado a dominar la idea de cómo funciona una maquina simple. Este dominio constituye, en el fondo, una de las principales características de la especie humana por sobre todo el resto de la animalidad. Para poder crear maquinas simples, nuestros más prehistóricos antepasados tuvieron que aprender a entender algunas de las más sencillas reglas de la física. La construcción de estas maquinas constituyó, entonces, uno de los primeros pasos creativos de la historia del ser humano.

Todo lo que la tecnología ha sabido crear luego ha sido, esencialmente, en el fondo, heredero de esa actitud creativa que la humanidad mostró hace ya muchos milenios. Cierto es que existe mucha diferencia entre un subibaja y el trasbordador espacial, pero en realidad, desde la perspectiva de la creatividad que lo hace posible, la cuestión es igual; sin subibajas nunca hubiéramos llegado a conocer el trasbordador espacial. Por otro lado, las maquinas simples siempre guardarán el invalorable titulo de haber sido las primeras en crearse; son y serán la madre de todo cuanto el devenir, en nuestras relaciones físicas con la naturaleza, nos depare...

Preguntamos entonces: ¿Cuánto de simple tienen, en realidad, las así denominadas maquinas simples? La respuesta a esta pregunta suele destacar dos actitudes distintas frente a las cosas. Si se entiende el adjetivo simple en el sentido de “aquello que se necesita para crear, luego, algo compuesto” sí, es verdad, las maquinas simples son necesarias para la creación de posteriores maquinas compuestas. Pero si por simple queremos entender, despectivamente, “facilidad rudimentaria”, la cosa es mucho menos simple de lo que parece. ¿Cada cuánto se cruza la humanidad con un descubrimiento que cambia definitivamente la forma en que nos relacionamos con el ambiente? El descubrimiento de las maquinas simples supo ser, entonces, al fin y al cabo, un acontecimiento mucho menos simple de lo que en realidad parece

HISTORIA DE LAS MAQUINAS SIMPLES

El Hombre desde sus inicios (entendiendo como Hombre a un ser con capacidad racional), ha tratado de dominar las fuerzas de la naturaleza. Para ello, ha debido aprender a construir y utilizar artefactos ajenos a el.

Por citar algunos ejemplos: en la lucha entre pueblos prehistóricos, ya las armas rústicas eran comunes, según afirman investigaciones recientes; compuestas fundamentalmente por piedras y huesos. Luego los primeros esfuerzos de construcción de diques de tierra y zanjas de irrigación, usados para la agricultura, exigieron la utilización de herramientas, tales como los arados, y azadones. Hasta que la construcción de caminos no llegó a ser un arte de gran desarrollo, durante la era del imperio Romano no se reconoció verdaderamente el valor de la buena utilización de nuevas maquinas y técnicas. Los caminos de Roma, que todavía se usan fueron construidos con atención esmerada a las condiciones de subsuelo y con una base de grava y arcilla bien apisonada. Así, quien halla de trabajar diariamente con máquinas herramienta, habrá de plantearse cuestiones continuamente y de resolver problemas relativos a la herramienta, a la máquina o al trabajo. Las máquinas herramienta modernas, exigen para su racional utilización en la explotación un manejo seguro y profundos conocimientos técnicos. Una preparación por buena que sea no es suficiente. Expondremos en el siguiente informe, los principales conceptos para poder comprender las maquinas básicas y las leyes físicas que las rigen; partiendo desde definiciones, tipos y composiciones de ellas, pasando por subgéneros, estudiando otros dispositivos, y revisando aplicaciones fundamentales del tema.

TIPOS DE MAQUINAS SIMPLES

La palanca forma parte de las máquinas simples convencionales, la misma es una barra rígida que posee un punto de apoyo, a la misma se le aplica una fuerza o potencia, al girar sobre su punto de apoyo vencerá a una resistencia. Aquí se cumple la preservación de la energía y por lo tanto, la fuerza que se aplica por su espacio recorrido, será siempre igual a la fuerza de resistencia por su espacio recorrido.


El plano inclinado también forma parte del mundo de las máquinas simples ya que en uno de ellos es donde aplicamos una fuerza, esto se realiza para vencer la fuerza vertical del peso del objeto a levantar. Debido a la conservación de la energía, cuando el ángulo del plano inclinado se torna más pequeño, con una misma fuerza aplicada seremos capaces de levantar más peso, pero el espacio a recorrer será mucho mayor.


La polea es considerada una máquina simple la misma transforma el sentido de la fuerza; a través de la aplicación de una fuerza descendente obtenemos una fuerza ascendente. El valor de la fuerza que se aplica y la resultante es el mismo, pero si se la cambia de sentido, en un polipasto, la proporción será distinta; de todas formas se preserva la energía.


La cuña es la encargada de transformar una fuerza vertical en dos horizontales antagonistas; el ángulo de dicha cuña determinará la proporción entre las fuerzas resultantes y aplicadas; esto es similar al plano inclinado.
Las máquinas simples también mencionan a la tuerca husillo, la misma es capaz de transformar un movimiento giratorio aplicado a una manilla o volante en otro de tipo rectilíneo en el mismo husillo. Esto lo realiza mediante el uso de un mecanismo de tuerca y tornillo; la fuerza que aplica la longitud de la circunferencia del volante deber ser igual a la fuerza que resulta por el avance del husillo. Dada la enorme circunferencia y el pequeño avance del husillo, la relación entre ambas fuerzas es extremadamente grande.

Por último, dentro de las máquinas simples, debemos nombrar la Biela manivela, la misma es la que tiene como tarea transformar el movimiento giratorio de la manivela en un movimiento alternativo de la biela. Aquí se debe tener en cuenta que la biela y la manivela se mueven en el mismo plano; y un pequeño giro regular de la manivela, lleva a un movimiento alternativo de la biela. La relación entre ambas fuerzas es mucho más compleja que en otros casos, ya que a ángulos de giros iguales de la manivela, no corresponden los mismos avances de biela.

¿QUE ES UNA MAQUINA SIMPLE?

Una máquina simple es un artefacto mecánico que transforma una fuerza aplicada en otra resultante, modificando la magnitud de la fuerza, su dirección, la longitud de desplazamiento o una combinación de ellas.

En una máquina simple se cumple la ley de la conservación de la energía: «la energía ni se crea ni se destruye; solamente se transforma». La fuerza aplicada, multiplicada por la distancia aplicada (trabajo aplicado), será igual a la fuerza resultante multiplicada por la distancia resultante (trabajo resultante). Una máquina simple ni crea ni destruye trabajo mecánico, sólo transforma algunas de sus características.


Se denominan tambien máquinas a ciertos aparatos o dispositivos que se utilizan para transformar o compensar una fuerza resistente o levantar un peso en condiciones más favorables.


Es decir, realizar un mismo trabajo con una fuerza aplicada menor, obteniéndose una ventaja mecánica.
Esta ventaja mecánica comporta tener que aplicar la fuerza a lo largo de un recorrido (lineal o angular) mayor. Además, hay que aumentar la velocidad para mantener la misma potencia.

Las primeras máquinas eran sencillos sistemas que facilitaron a hombres y mujeres sus labores, hoy son conocidas como máquinas simples.
La rueda, la palanca, la polea simple, el tornillo, el plano inclinado, el polipasto, el torno y la cuña son algunas máquinas simples. La palanca y el plano inclinado son las más simples de todas ellas.

En general, las maquinas simples son usadas para multiplicar la fuerza o cambiar su dirección, para que el trabajo resulte más sencillo, conveniente y seguro.