Máquina simple

En este post se explica qué son las máquinas simples y para qué sirven. Así que encontrarás el significado de máquina simple, los diferentes tipos de máquinas simples y cómo se calcula la ventaja mecánica de un máquina simple.

¿Qué es una máquina simple?

Una máquina simple es un mecanismo que permite cambiar la magnitud o la dirección de una fuerza. Es decir, una máquina simple es un dispositivo mecánico que sirve para ejercer una fuerza haciendo un esfuerzo menor o de manera más cómoda

Por ejemplo, la palanca es una máquina simple. La palanca se trata de una máquina simple porque permite levantar un objeto pesado aplicando una fuerza mucho menor que si se tuviera que levantar sin la palanca.

En definitiva, las máquinas simples se pueden definir como los mecanismos más sencillos que ofrecen una ventaja mecánica.

Tipos de máquinas simples

Una vez hemos visto la definición de máquina simple, a continuación se procede a explicar los diferentes tips de máquinas simples junto con sus características.

Palanca

Una palanca es un tipo de máquina simple que permite transmitir una fuerza y un desplazamiento. Así pues, 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.

palanca máquina simple

La palanca es una máquina simple 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.

Polea

Una polea es una máquina simple que se usa para transmitir una fuerza. La polea es un dispositivo de tracción que sirve para levantar un peso de manera cómoda.

La principal característica de este tipo de máquina simple es que se pueden combinar varias poleas para reducir el esfuerzo que se debe hacer para levantar un objeto pesado. Es decir, las poleas permiten mover una carga aplicando una fuerza mucho menor a su peso. De este modo se pueden manipular objetos pesados sin dificultad.

polea máquina simple

El engranaje de la polea está formado por una rueda con un pequeño surco en el que se pone una cuerda, un cable o una cadena. Así pues, el funcionamiento de este tipo de máquina simple consiste en colgar una carga en un extremo de la cuerda y jalar por el otro extremo de la cuerda, de esta forma se sube el objeto utilizando el mecanismo de la polea.

En física, se utilizan este tipo de máquinas simples para plantear problemas de fuerzas, ya que la resolución de este tipo de problemas ayudan a entender el concepto de fuerza y aprender a calcular el valor de una fuerza.

Cuña

Una cuña es una pieza en forma de triángulo que es normalmente de madera o de metal y termina con un ángulo muy agudo.

Como máquina simple, se usa la forma de la cuña para cambiar la dirección de la fuerza que se le aplica. Así pues, la cuña sirve para separar un objeto en dos, levantar un objeto o mantener un objeto estático en su lugar.

El funcionamiento de una cuña consiste en transformar una fuerza que se le aplica a su extremo en dos fuerzas perpendiculares a sus superficies inclinadas. Por lo tanto, una cuña es una máquina simple que permite cambiar la dirección de una fuerza.

cuña máquina simple

En un primer momento, la fuerza que se ejerce sobre la superficie plana de la cuña se transfiere a su extremo puntiagudo, lo que permite penetrar en un objeto. Luego, al introducir la cuña en el agujero creado, la fuerza que se aplica en su superficie plana se convierte en dos fuerzas de dirección perpendicular a las caras inclinadas de la cuña, separando así el objeto en dos partes.

Plano inclinado

Un plano inclinado es una superficie inclinada un determinado ángulo. En física, se usa este tipo de máquina simple para practicar con problemas de fuerzas.

Por ejemplo, una rampa o un camino con pendiente son planos inclinados.

plano inclinado máquina simple

El plano inclinado sirve para transportar un objeto haciendo menos fuerza. Ya que empujar un objeto por un plano inclinado requiere de menos fuerza que levantarlo verticalmente.

Torno

El torno es un instrumento que básicamente está formado por una manivela acoplada a un cilindro en el cual se enrolla un cable.

Así pues, el funcionamiento de este tipo de máquina simple consiste en dar vueltas al cilindro mediante la manivela para enrollar o desenrollar el cable. De esta forma, se puede subir o bajar el objeto que cuelga del cable.

torno máquina simple

La ventaja de este tipo de máquina simple es que permite elevar una carga ejerciendo una fuerza inferior. Por contra, se debe hacer un movimiento con la manivela mayor que la distancia que recorre la carga, por lo tanto, la carga se mueve más lento que la manivela.

Tornillo

El tornillo es un objeto generalmente metálico que tiene forma cilíndrica y su superficie tiene un perfil helicoidal.

El funcionamiento de este tipo de máquina simple consiste en hacerla girar por su cabeza o mediante una manivela, de manera que, gracias a su perfil helicoidal, el tornillo avanza o retrocede en la dirección de su eje.

tornillo máquina simple

Por lo tanto, el tornillo es una máquina simple que permite transformar un movimiento giratorio en un movimiento lineal. Ten en cuenta que según el sentido de giro, el tornillo avanzará o retrocederá.

Otras herramientas, como por ejemplo el gato del coche o el sacacorchos, derivan del funcionamiento de este tipo de máquina simple.

Rueda

La rueda consiste en un cuerpo con forma redonda que gira sobre un eje. Este tipo de máquina simple permite convertir un movimiento circular en uno de desplazamiento, ya que si se une el eje de la rueda a un objeto, este avanzará a medida que vaya rodando la rueda.

rueda máquina simple

La rueda es la máquina simple más antigua y su uso es el más extendido de todos los tipos de máquinas simples. Por ejemplo, una aplicación de este tipo de máquina simple se encuentra en los medios de transporte terrestres, que se mueven gracias al funcionamiento de varias ruedas.

Ventaja mecánica de una máquina simple

La ventaja mecánica de una máquina simple es un parámetro que muestra cuánto se amplifica la fuerza aplicada sobre la máquina simple. De modo que la ventaja mecánica indica la relación entre la fuerza de entrada y la fuerza de salida.

Matemáticamente, la ventaja mecánica de una máquina simple se define como el cociente entre la fuerza resultante y la fuerza aplicada.

VM=\cfrac{F_r}{F_a}

La ventaja mecánica de una máquina simple también se puede calcular dividiendo la velocidad de la fuerza aplicada entre la velocidad con la que se desplaza la carga. Asimismo, esta expresión también equivale al desplazamiento del punto de la fuerza aplicada partido por el desplazamiento de la carga:

VM=\cfrac{F_r}{F_a}=\cfrac{v_a}{v_r}=\cfrac{d_a}{d_r}

Entonces, a partir de la fórmula de la ventaja mecánica, se pueden deducir la siguientes relaciones:

  • VM>1: la fuerza resultante es mayor que la fuerza aplicada, por lo tanto, la máquina simple aumenta la magnitud de la fuerza. Por contra, la distancia recorrida por la carga es menor que la distancia recorrida por el el punto en el que se aplica la fuerza.
  • VM<1: la fuerza resultante es menor que la fuerza aplicada, de modo que la máquina simple reduce el valor de la fuerza. Sin embargo, se logra un desplazamiento de la carga más grande que el desplazamiento realizado en el punto de aplicación de la fuerza.
  • VM=1: la fuerza resultante de la máquina simple es igual a la fuerza que se ejerce sobre ella. Los desplazamientos de la carga y del punto de aplicación de la fuera también son idénticos. Aunque esta clase de máquinas simples no tienen una ventaja mecánica, se suelen utilizar para hacer la fuerza de manera más cómoda. Por ejemplo, una polea simple permite hacer un esfuerzo hacia abajo para levantar un peso, lo que facilita el levantamiento de la carga.

Máquina simple y máquina compuesta

Por último, veremos cuál es la diferencia entre una máquina simple y una máquina compuesta, ya que son dos tipos de máquinas con muchas aplicaciones.

Las máquinas compuestas son máquinas que están formadas por varias máquinas simples. De manera que se combinan varias máquinas simples en serie para obtener una ventaja mecánica más grande.

Por lo tanto, la diferencia entre una máquina simple y una máquina compuesta es que una máquina simple es un único elemento mecánico, en cambio, la máquina compuesta es una combinación de varias máquinas simples.

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