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lunes, 24 de octubre de 2011

Una máquina simple es un dispositivo en el que tanto la energía que se suministra como la que se produce se encuentran en forma de trabajo mecánico y todas sus partes son sólidos rígidos. ¿Por qué tanto interés en convertir una entrada en trabajo en una salida en trabajo?. Existen varias razones. Primero, tal vez queramos aplicar una fuerza en alguna parte de modo que realice trabajo en otro lugar. Con poleas, por ejemplo, podemos levantar un andamio hasta el techo tirando de una cuerda desde el suelo. Por otra parte, es posible que dispongamos sólo de una pequeña fuerza para producir el trabajo de entrada cuando necesitamos una fuerza mayor en la salida. Así sucede con el gato de automóvil: al accionar la varilla del gato podemos alzar el automóvil que de otra manera sería bastante difícil de mover. Como contrapartida, tenemos que levantar y bajar muchas veces la varilla para levantar el automóvil un poco. Las máquinas simples suelen clasificarse en 6 tipos: -Palancas. - Poleas. -Ruedas y ejes. -Planos inclinados. - Tornillos. - Cuñas. Las máquinas compuestas son combinaciones de estos 6 tipos de máquinas simples. INTRODUCCIÓN CONCEPTOS FUNDAMENTALES Son dos las fuerzas importantes en cualquier máquina simple: el esfuerzo y la carga. El esfuerzo (llamado a veces potencia) es la fuerza que se aplica a la máquina y la carga (llamada a veces resistencia) es la fuerza que la máquina supera al realizar trabajo útil. Así, por ejemplo, cuando se usa un cascanueces, el esfuerzo lo proporciona nuestra mano al apretar las tenazas, y la carga corresponde a la fuerza elástica de la nuez que separte. Debe aclararse que la magnitud por lo general del esfuerzo y el de la carga no son iguales. De hecho la mayoría de las máquinas simples se utilizan ensituaciones donde la carga es mayor que el esfuerzo. PALANCAS Una palanca consiste simplemente en una barra rígida que gira en torno a algún punto a lo largo de la misma. El punto de pivote se conoce con el nombre de fulcro o punto de apoyo y no es en éste donde se aplica el esfuerzo y la carga. Son posibles 3 configuraciones distintas que se denominan palancas de primer,segundo y tercer género o grado. En una palanca de primer género, el esfuerzo y la carga se encuentran en lados opuestos del punto de apoyo. Ejemplos: pata de cabra y tenazas. En una palanca de segundo género, la carga se coloca entre el esfuerzo y el punto de apoyo. Ejemplo: carretilla. En una palanca de tercer género, el esfuerzo se sitúa entre la carga y el punto de apoyo. Estas palancas no son tan comunes como las de primer y segundo género. Ejemplos: tenacillas y antebrazo humano. La distancia perpendicular entre el punto de apoyo y la línea de acción del esfuerzo se enomina brazo de palanca efectivo, en tanto que la distancia entre el punto de apoyo y la línea de acción de la carga se denomina brazo de carga efectivo. Se La rueda La rueda es un operador formado por un cuerpo redondo que gira respecto de un punto fijo denominado eje de giro. Normalmente la rueda siempre tiene que ir acompañada de un eje cilíndrico (que guía su movimiento giratorio) y de un soporte (que mantiene al eje en su posición). Aunque en la naturaleza también existen cuerpos redondeados (troncos de árbol, cantos rodados, huevos...), ninguno de ellos cumple la función de la rueda en las máquinas, por tanto se puede considerar que esta es una máquina totalmente artificial. De la rueda se derivan multitud de máquinas de las que cabe destacar: polea simple, rodillo, tren de rodadura, noria, polea móvil, polipasto, rodamiento, engranajes, sistema correa-polea... POLEAS Una polea es una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el concurso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal, se usa como elemento de transmisión en máquinas y mecanismos para cambiar la dirección del movimiento o su velocidad y formando conjuntos (denominados aparejos o polipastos) para además reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso. Una polea simple cambia la dirección de una fuerza sin cambiar su magnitud, como se observa en la figura, donde la carga y el esfuerzo toman un valor de 100 N. La eficiencia de la polea está determinada principalmente por el rozamiento del cojinete. En la figura de la izquierda observamos un sistema de 2 poleas llamado polipasto. La polea superior se fija a un soporte estacionario, en tanto que la polea inferior se mueve con la carga. Es evidente que en estas condiciones las dos secciones paralelas de cable soportan la carga (de 100 N), soportando cada una de ellas una tensión de 50 N. El esfuerzo es en este caso 50 RUEDA Y EJE Cuando una rueda gira libremente sobre un cojinete, funciona como una polea, situación radicalmente distinta a la de una rueda conectada rígidamente a un eje de manera que los dos giren juntos. La rueda y el eje pueden utilizarse para generar una gran ventaja mecánica (por ejemplo un destornillador o el volante de dirección de un automóvil) o, en sentido opuesto, para producir una gran ventaja de velocidad (por ejemplo, el juego de la rueda dentada y pedales de una bicicleta). Un ejemplo clásico de rueda y eje es el malacate, utilizado para elevar con comodidad (accionando una manivela) y a lo largo de distancias relativamente grandes cuerpos muy pesados. En este caso el esfuerzo se aplica en forma perpendicular a la manivela, y como ésta se mueve en círculo, representa en efecto una rueda. El tambor (es decir, el cilindro donde se enrolla el cable) es el eje. Plano inclinado El plano inclinado es una superficie plana que forma con otra un ángulo muy agudo (mucho menor de 90º). En la naturaleza aparece en forma de rampa, pero el ser humano lo ha adaptado a sus necesidades haciéndolo móvil, como en el caso del hacha o del cuchillo. Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento. El plano inclinado es el punto de partida de un nutrido grupo de operadores y mecanismos cuya utilidad tecnológica es indiscutible. Sus principales aplicaciones son tres: Se emplea en forma de rampa para reducir el esfuerzo necesario para elevar una masa (carreteras, subir ganado a camiones, acceso a garajes subterráneos, escaleras...). Plano inclinado como tornillo . En forma de hélice para convertir un movimiento giratorio en lineal (tornillo de Arquímedes, tornillo, sinfín, hélice de barco, tobera...) En forma de cuña para apretar (sujetar puertas para que no se cierren, ensamblar piezas de madera...), cortar (cuchillo, tijera, sierra, serrucho...) y separar o abrir (hacha, arado, formón, abrelatas...).

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