En este post se explica qué son las palancas. Así pues, encontrarás en qué consiste una palanca en física, los diferentes tipos de palancas y la fórmula que permite resolver problemas de palancas. Además, podrás practicar la teoría con ejercicios de palancas resueltos paso a paso.
Índice
¿Qué es una palanca?
Una palanca es una máquina simple que permite transmitir una fuerza y un desplazamiento. Es decir, una palanca es dispositivo mecánico que sirve para incrementar una fuerza aplicada a un objeto, su velocidad o la distancia que recorre.
En general, las palancas están formadas por una barra rígida que puede girar alrededor de un punto de apoyo, llamado fulcro.
La palanca es muy antigua, de hecho, se cree que se inventó en la prehistoria. Esto es debido a que el mecanismo de la palanca es muy sencillo de realizar y, además, resulta muy útil porque permite incrementar mucho la fuerza ejercida sobre un objeto.
Características de las palancas
Vista la definición de palanca, vamos a ver cuáles son las diferentes partes de este tipo de máquina simple:
- Fulcro o punto de apoyo (F): es la parte de la palanca sobre la cual se apoya. Por lo tanto, soporta todo el peso de la barra más los cuerpos encima de ella.
- Esfuerzo o potencia (P): es la fuerza que se aplica a la palanca para contrarrestar la carga situada en el otro lado.
- Carga o resistencia (R): es la fuerza que se debe vencer.
- Brazo de potencia (BP): es la distancia entre la potencia y el fulcro.
- Brazo de resistencia (BR): es la distancia entre la resistencia y el fulcro.
Ley de la palanca
Para que una palanca de primer grado esté en equilibrio, se debe cumplir la ecuación de que la potencia por el brazo de la potencia sea igual a la resistencia por el brazo de la resistencia.
Por lo tanto, la fórmula de la ley de la palanca es la siguiente:
Donde:
es la potencia (o esfuerzo).
es el brazo de la potencia.
es la resistencia (o carga).
es el brazo de la resistencia.
Tipos de palancas
Existen tres tipos de palancas según la posición relativa de la potencia, la resistencia y el fulcro. Así pues, seguidamente se procede a explicar cada tipo de palanca.
Palanca de primer grado
La palanca de primer grado, también llamada palanca de primer género, es aquella palanca que tiene un peso en cada uno de sus extremos y en alguna posición intermedia se encuentra el punto de apoyo.
Por lo tanto, la principal característica de las palancas de primer grado es que tienen el punto de apoyo (o fulcro) entre el esfuerzo (o potencia) y la carga (o resistencia).
Por ejemplo, el balancín, las tijeras, las tenazas o los alicates son palancas de primer grado. Incluso el cuerpo humano puede llegar a hacer de palanca de primer grado cuando intentemos levantar un peso.
Además, se pueden analizar tres clases diferentes de palancas de primer grado:
- Palanca de primer grado con fulcro centrado: el punto de apoyo está justo en medio de la palanca, es decir, la distancia del fulcro a la potencia es la misma que la distancia del fulcro a la resistencia.
- Palanca de primer grado con fulcro cercano a la resistencia: el punto de apoyo está más cerca de la resistencia que de la potencia. De manera que el brazo de la potencia es más largo que el brazo de la resistencia y, en consecuencia, la potencia es más pequeña que la resistencia.
- Palanca de primer grado con fulcro cercano a la potencia: el punto de apoyo está más cerca de la potencia que de la resistencia. Así pues, el brazo de la resistencia es más largo que el brazo de la potencia y, por tanto, la potencia es más grande que la resistencia.
Palanca de segundo grado
La palanca de segundo grado, también llamada palanca de segundo género, es un tipo de palanca en el cual la carga (o resistencia) se encuentra entre el punto de apoyo (o fulcro) y el esfuerzo (o potencia).
De modo que las palancas de segundo grado tienen el punto de apoyo en un extremo de la palanca y en el otro extremo se debe hacer una fuerza vertical hacia arriba para levantar la carga.
Por ejemplo, las carretillas, los cascanueces y el abridor de botellas son palancas de segundo grado.
Por lo tanto, en las palancas de segundo grado el brazo de la potencia siempre es más grande que el brazo de la resistencia. En consecuencia, en las palancas de segundo grado la potencia siempre es menor que la resistencia.
Palanca de tercer grado
La palanca de tercer grado, también conocida como palanca de tercer género, es aquella palanca que tiene el esfuerzo (o potencia) entre el punto de apoyo (o fulcro) y la carga (o resistencia).
Es decir, las palancas de tercer grado tienen el punto de apoyo en un extremo, la resistencia en el otro extremo y la potencia en algún punto situado entre los dos extremos de la palanca.
Por ejemplo, las cañas de pescar, las pinzas de depilar y los cortaúñas son palancas de tercer grado.
Por lo tanto, como la resistencia siempre estará más alejada del fulcro que la potencia, en las palancas de tercer grado el brazo de la resistencia siempre es mayor que el brazo de la potencia. En consecuencia, la potencia que se debe hacer también es más grande que la resistencia.
Ejercicios resueltos de palancas
Ejercicio 1
Colocamos un cuerpo de 50 kg a un lado de una palanca de primer grado que consiste en una barra rígida de 300 cm. Si la distancia de la carga al punto de apoyo es de 180 cm, ¿cuánto debe pesar el cuerpo que pondremos en el otro lado de la palanca para que esté en equilibrio?
La palanca de este problema es de primer grado y solo conocemos la resistencia (50 kg) y el brazo de la resistencia (180 cm). No obstante, como conocemos cuánto mide la barra, podemos calcular el brazo de la potencia restando la longitud total de la barra menos la longitud del brazo de la resistencia:
Entonces, podemos determinar el valor de la potencia aplicando la regla de la palanca:
Sustituimos los datos en la fórmula:
Y, finalmente, despejamos la incógnita de la ecuación:
Ejercicio 2
En una carretilla ponemos un objeto que pesa 70 kg a 50 cm del punto de apoyo. Si la parte por la que se coge la carretilla está a 140 cm del punto de apoyo, ¿cuál es el esfuerzo que debemos hacer para poder transportar el objeto con la carretilla?
La carretilla es una palanca de segundo grado, ya que la resistencia se encuentra entre el punto de apoyo y la potencia. Por lo tanto, para resolver el problema tenemos que aplicar la ley de la palanca:
Sustituimos los datos que sabemos en la ecuación:
Y, por último, despejamos la incógnita de la ecuación:
De modo que se debe hacer un esfuerzo equivalente a levantar 25 kg.
Ejercicio 3
En una palanca de tercer grado, se debe ejercer una fuerza equivalente a 60 N para contrarrestar una resistencia de 15 N que está a 80 cm del punto de apoyo. Calcula a qué distancia del punto de apoyo se aplica la potencia.
En este problema de palancas de tercer grado nos piden determinar el brazo de la potencia. Así pues, para resolver el problema debemos aplicar la ecuación de las palancas:
Sustituimos los datos que sabemos en la ecuación:
Y despejamos la incógnita de la ecuación:
Así que la potencia se debe aplicar la 20 cm del fulcro.
