semana 2-9

¿Qué son las máquinas?

Al observar lo que nos rodea, nos damos cuenta de que vivimos en un mundo en continuo movimiento, en el que se desplazan los automóviles, las personas, la tierra, etc. Estos cuerpos que están en movimiento son estudiados por una ciencia que se llama mecánica. La palabra mecánica está asociada al movimiento que se

provoca en los cuerpos por parte de una fuerza externa o interna. Ahora, llamamos máquina a un conjunto de piezas o elementos móviles y no móviles, que por efecto de sus uniones son capaces de transformar la energía. 

Las máquinas son instrumentos ideados por el ser humano para facilitar la realización de un trabajo, y nos permiten aplicar ventajosamente las fuerzas. Desde la antigüedad se utilizan operadores mecánicos básicos como las conocidas máquinas simples: la palanca, la polea, el plano inclinado y la rueda.

Operadores mecánicos básicos

Son objetos o conjuntos de objetos que cumplen una función en una máquina y también realizan una tarea tecnológica que permite al ser humano producir, transformar o controlar un movimiento o convertir una fuerza en un movimiento, realizando el menor esfuerzo. 

Estos son: la palanca, que es una máquina simple donde se aplican dos fuerzas que se oponen: una llamada potencia que trata de vencer a otra llamada resistencia. Es simple porque está compuesta por dos elementos: una barra y un punto de apoyo llamado fulcro.

Los grupos humanos primitivos utilizaron las palancas para sacar un mejor provecho a su fuerza muscular. Fue Arquímedes, un científico de Grecia, quien explicó el funcionamiento de la palanca. Entre las palancas más utilizadas por los seres humanos están los alicates, las tijeras, la carretilla, el remo, las pinza, el cortaúñas,

la cosedora, la perforadora, la pala, entre otros.

La palanca

Es una barra rígida que se apoya en un punto (llamado fulcro) y sirve para levantar o mover objetos. Ejemplos: balancín, tenazas, carretilla.

Plano inclinado

También llamada rampa. Es otra máquina simple que nos permite ahorrar esfuerzos a cambio de una tardanza mayor para conseguir elevar una carga. Consiste en una tabla rígida, uno de cuyos extremos se encuentra apoyado a una altura mayor que el otro y sobre la que se desplaza hacia arriba el objeto que se quiere levantar.

El tornillo

Es una barra con rosca que convierte un movimiento giratorio en uno recto. Se usa para sujetar o perforar materiales.

Ejemplos: tornillo de madera, tapa de botella, gato hidráulico.

La rueda y eje

Es una rueda que gira alrededor de un eje. Sirve para mover cosas con menos esfuerzo. Ejemplos: bicicleta, carrito, molino.

La polea

La polea es una rueda con un canal por el que pasa una cuerda o correa, de modo que facilita el levantamiento de objetos pesados. Sin embargo, una polea simple no disminuye el esfuerzo que tenemos que hacer para levantarun peso, es decir, la potencia es igual a la resistencia, pero permite ejercer la fuerza con mayor comodidad, pues en realidad la polea solo cambia el sentido en el que se debe hacer la fuerza.

La polea fija permanece en su sitio, donde da vueltas a medida que la cuerda se tira y se desplaza sobre la rueda; y en tanto se mueve la cuerda, se levanta una carga. En la polea móvil la rueda gira a medida que la cuerda se mueve alrededor de ella; de modo que la carga y la polea suben a medida que se tira la cuerda. En cualquier caso la carga se mueve en la misma dirección que la cuerda. Pero más allá de entender las diferencias entre la polea fija y la polea móvil, es importante comprender que se puede dividir la fuerza para elevar una gran carga, si se combinan las poleas formando un polipasto.

Un polipasto es un conjunto de poleas combinadas de tal forma que podemos elevar un gran peso haciendo muy poca fuerza.

La Cuña

Es una pieza en forma de triángulo que sirve para cortar, partir o separar materiales. Ejemplos: cuchillo, hacha, cincel.

¿Qué es la ley de la palanca?

La ley de la palanca es una ley que relaciona las diferentes fuerzas que actúan en una palanca. Por lo tanto, la ley de la palanca sirve para resolver problemas de palancas. En concreto, la ley de la palanca dice que el producto de la potencia por la longitud de su brazo es equivalente al producto de la resistencia por la longitud de su brazo. Así pues, la ley de la palanca nos permite relacionar de manera matemática la resistencia, que es la fuerza que ejerce la carga sobre la palanca, con la potencia, que es la fuerza que se debe hacer para vencer la carga.

Fórmula de la ley de la palanca

La fórmula de la ley de la palanca relaciona matemáticamente la potencia con la resistencia de la palanca. En concreto, la ley de la palanca establece que la potencia por el brazo de la potencia es igual a la resistencia por el brazo de la resistencia.

Potencia (P) * Brazo de potencia (BP) = Resistencia (R) * Brazo de resistencia (BR) o P * BP = R * BR Donde: P: Potencia aplicada. BP: Distancia desde el punto de aplicación de la fuerza al punto de apoyo. R: Resistencia (peso del objeto). BR: Distancia desde el punto de aplicación de la resistencia al punto de apoyo. 

Ejemplos de problemas:

✅ Problema contextualizado:

Sofía está ayudando en el jardín de su casa. Quiere mover una roca pesada usando una tabla larga como palanca y una piedra como punto de apoyo (fulcro).

La roca pesa 120 N y está colocada a 2 metros del punto de apoyo (brazo de resistencia).

Sofía va a aplicar la fuerza al otro extremo de la tabla, a 3 metros del punto de apoyo (brazo de potencia).

¿Qué fuerza (potencia) debe aplicar Sofía para levantar la roca?

✅ Datos:

• Resistencia (R) = 120 N

• Brazo de resistencia (BR) = 2 m

• Brazo de potencia (BP) = 3 m

• Potencia (P) = ¿? (es lo que vamos a calcular)
  
  

✅ Fórmula:

P * BP=R * BR

✅ Paso 1: Sustituimos los datos en la fórmula

P * 3=120 * 2P 

✅ Paso 2: Multiplicamos el lado derecho

P⋅3=240

✅ Paso 3: Despejamos la potencia (P)

P=240/3

✅ Paso 4: Hacemos la división

P=80

✅ Respuesta final:

Sofía debe aplicar una fuerza (potencia) de 80 N para levantar la roca usando la palanca.