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Unidad I

Maquinas simples 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Importancia de las máquinas simples Palanca y tipos Polea y tipos Plano inclinado Engrane, torno y tornillo

Importancia de las maquinas simples. 

El hombre siempre a buscado cómo realizar un trabajo de manera más cómoda y que le posibilite ejercer una fuerza mayor a la que podría aplicar sólo con sus músculos.

Importancia de las maquinas simples. 

Para ello, ha construido desde herramientas sencillas llamadas máquinas simples hasta máquinas complejas, cuyo funcionamiento parte del principio en el cual se basan las máquinas simples.

Importancia de las maquinas simples. 

Maquina simple: Dispositivo que se usa para cambiar la magnitud y/o la dirección en que se aplica una fuerza. Su característica principal es que transmite su fuerza de modo directo, tal es el caso de la palanca, el plano inclinado, la polea y el torno.

Maqueta. 

¿Cómo se pueden aplicar las leyes físicas en el diseño de mecanismos efectivos para que el coyote pueda por fin atrapar al correcaminos? Palanca

Plano inclinado

Polea

Máquinas simples

Torno

Engrane

Tornillo

Ventaja Mecánica 

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La ventaja mecánica (Vm) de una máquina simple se calcula al dividir el valor del peso o carga levantada que recibe el nombre de fuerza de salida (Fs), entre el valor de la fuerza aplicada para levantar dicho peso, llamada fuerza de entrada (Fe). Vm=

Fs Fe

.

Palanca. 

La palanca es una máquina simple que tiene como función transmitir una fuerza. Está compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro.

Historia de la palanca. 

Su empleo cotidiano, está documentado desde el tercer milenio a. C. –El manuscrito más antiguo que menciona a la palanca forma parte de la Sinagoga de Alejandría, del año 340. Allí aparece la famosa cita de Arquímedes:

«Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo».

Partes de una palanca

Elementos de la palanca: Cuando la empleamos para vencer fuerzas  

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Potencia (P), fuerza que tenemos que aplicar. Resistencia (R), fuerza que tenemos que vencer; es la que hace la palanca como consecuencia de haber aplicado nosotros la potencia. Brazo de potencia (BP), distancia entre el punto en el que aplicamos la potencia y el punto de apoyo (fulcro). Brazo de resistencia (BR), distancia entre el punto en el que aplicamos la resistencia y el (fulcro).

Elementos de la palanca: Cuando determinamos amplitud de movimiento Desplazamiento de la potencia (dP), es la distancia que se desplaza el punto de aplicación de la potencia cuando la palanca oscila.  Movimiento de la resistencia (dR), distancia que se desplaza el punto de aplicación de la resistencia al oscilar la palanca  Brazo de potencia (BP), distancia entre el punto de aplicación de la potencia y el fulcro.  Brazo de resistencia (BR), distancia entre el punto de aplicación de la resistencia y el fulcro. 

Tipos de palanca 

Según la combinación de los puntos de aplicación de potencia y resistencia y la posición del fulcro se pueden obtener tres tipos de palancas:

Palancas de primer grado.  Palancas de segundo grado.  Palancas de tercer grado. 

Palanca de Primer Grado 

Se obtiene cuando colocamos el fulcro entre la potencia y la resistencia. Como ejemplos clásicos podemos citar la pata de cabra, el balancín, los alicates o la balanza romana.

Palanca de Segundo Grado 

Se obtiene cuando colocamos la resistencia entre la potencia y el fulcro. Según esto el brazo de resistencia siempre será menor que el de potencia, por lo que el esfuerzo (potencia) será menor que la carga (resistencia). Como ejemplos se puede citar el cascanueces, la carretilla o la perforadora de hojas de papel.

Palanca de Tercer Grado 

Se obtiene cuando ejercemos la potencia entre el fulcro y la resistencia. Esto tras consigo que el brazo de resistencia siempre sea mayor que el de potencia, por lo que el esfuerzo siempre será mayor que la carga Ejemplos pinzas de depilar y la caña de pescar.

Ley de la palanca 

Con los cuatro elementos tecnológicos de una palanca se elabora la denominada Ley de la palanca, que dice : La "potencia" por su brazo es igual a la "resistencia" por el suyo.

POTENCIA x BRAZO DE POTENCIA = RESISTENCIA x BRAZO DE RESISTENCIA

P x BP = R x BR

Ley de la palanca 

Si en vez de considerar la intensidad de las fuerzas de la "potencia" y la "resistencia" consideramos su desplazamiento, esta ley la podemos enunciar de la forma siguiente:

Utilidad de las palancas: Topos de palancas

Característica

Fulcro centrado

Palanca de primer grado

Fulcro cercano a la resistencia

Fulcro cercano a la potencia

Ejemplo.

Utilidad de las palancas: Topos de palancas

Característica

Ganancia mecánica. Palanca de segundo grado

Palanca de tercer grado

la carga (R, resistencia) entre el fulcro y el esfuerzo (P, potencia).

No tienen ganancia mecánica el esfuerzo (P, potencia) entre el fulcro (F) y la carga (R, resistencia).

Ejemplo.

Problemas: 4) Calcular el valor de la potencia aplicada a una palanca, cuyos brazos de potencia y resistencia, son respectivamente, 1,20 m y 30 cm, siendo la resistencia de 80 N, ¿de qué género es la palanca?.  Respuesta: 20N 

Problemas: 1. La fuerza que se aplica en unas tijeras es de 18 kg (f) y el brazo de potencia mide 3 cm. ¿Cuál será la resistencia de un cartón que se encuentra a 9 cm del punto de apoyo?. SOLUCIÓN: F = 6 kg. 2. Un minero necesita levantar una roca de 200 kg con una palanca que tiene un brazo de potencia de 2,5 m y un brazo de resistencia de 50 cm. ¿Qué fuerza se necesita aplicar para mover la roca?. SOLUCIÓN: F = 40 kg (f). 3. Calcula la masa que puede levantar una grúa que tiene brazos de 10 y 40 m respectivamente y un contrapeso de 2000 kg. SOLUCIÓN: m = 500 kg. 4. ¿Dónde se debe colocar el contrapeso de 500 g de una romana sobre un brazo de resistencia de 20 cm para equilibrar 2 kg de tomates?. SOLUCIÓN: Bp = 5 cm. 5. ¿Qué fuerza hay que ejercer en el extremo de una palanca de 2´5 m de largo si se quiere levantar un cuerpo de 500 kg y el punto de apoyo está situado a 0´5 m del cuerpo?. SOLUCIÓN: F = 125 kg.

Poleas 

Es una maquina simple y esta constituida por un disco acanelado que gira alrededor de un eje fijo por medio de una cuerda que pasa por el canal del disco.

Tipos de polea. 

Las poleas según sus características se clasifican en:

Polea fija. 2. Polea móvil. 3. Polipasto. 1.

Polea fija. 

Una polea fija no ofrece ninguna ventaja mecánica toda vez que la fuerza aplicada es igual al valor del peso levantado, sin embargo nos facilita el trajo.

Polea móvil Una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga, fijar un extremo de la cuerda al soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la polea y la carga.  La polea simple móvil produce una ventaja mecánica: la fuerza necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la fuerza que habría sido requerida para levantar la carga sin la polea. Por el contrario, la longitud de la cuerda de la que debe tirarse es el doble de la distancia que se desea hacer subir a la carga. 

Polipasto 

En un polipasto, las poleas se distribuyen en dos grupos, uno fijo y uno móvil. En cada grupo se instala un número arbitrario de poleas. La carga se une al grupo móvil.

Fórmala 

P=

R________ Segmentos de cuerda

Nota: Sin contar el de la potencia.

Problemas 

¿Cuál es la fuerza que hay que ejercer para levantar un peso de 100 N?

Con una polea

F=

Con dos poleas

F=

Con cuatro poleas

F=

Engrane 

Los engranajes son ruedas dentadas que sirven para dar movimiento, cambiar velocidad y la dirección de la rotación. Estos lo hace al encajar directamente un engranaje en otro o también puede ser a través de una cadena.

Tipos de engrane. Los engranes se clasifican en tres grupos:  Engranajes Cilíndricos (para ejes paralelos y que se cruzan)  Engranajes Cónicos (para ejes que se cortan y que se cruzan)  Tornillo sin fin y rueda helicoidal (para ejes ortogonales)