La Palanca

La palanca es una de las denominadas "máquinas simples" de las que se derivan máquinas más complejas. Con la palanca, uno puede obtener una multiplicación de la fuerza, pero por supuesto no una multiplicación de la energía. La multiplicación de la fuerza puede verse como obtenida del equilibrio de pares, donde una fuerza de entrada Fe con un brazo de palanca Le largo, puede equilibrar un mayor fuerza de resistencia Fr con un brazo corto Lr.

Una palanca rígida puede acercarse a una máquina ideal, ya que hay muy poca pérdida. Del equilibrio de pares, vemos que una fuerza de resistencia Fr se puede equilibrar por el esfuerzo de una fuerza menor Fe = (Lr/Le)Fr. Esto es expresado a menudo, en términos de la ventaja de la máquina ideal Fr/Fe = Le/Lr, según se muestra en la ilustración.

Puesto que sabemos que por la conservación de la energía ninguna máquina puede suministrar más energía de la que entra, el caso ideal se representa por una máquina en la que la energía de salida es igual a la energía de entrada. Para geometrías simples en los que las fuerzas están aplicadas en la dirección del movimiento, podemos caracterizar la máquina ideal en términos de trabajo realizado según sigue:

Máquina ideal: Energía de entrada = Energía de salida

Trabajo de entrada = Fedentrada = Frdsalida = Trabajo de salida

Desde esta perspectiva es evidente que una máquina simple puede multiplicar la fuerza. Es decir, una pequeña fuerza de entrada puede realizar una tarea que requiera una fuerza grande de salida. Sin embargo, la restricción es que la fuerza pequeña de entrada se debe ejercer a través de una mayor distancia para que el consumo de trabajo sea igual a la producción de trabajo. Tu estás intercambiando, una pequeña fuerza actuando sobre una distancia larga, por una fuerza mayor actuando sobre una distancia menor. Esta es la naturaleza de todas las máquinas simples, según fueron mostrándose.

Por supuesto que también es posible intercambiar una gran fuerza de entrada actuando sobre una distancia pequeña, por una fuerza de salida pequeña actuando sobre una distancia grande. Esto también es útil si lo que queremos conseguir es una mayor velocidad. Muchas máquinas funcionan de esta manera.

Máquinas Simples
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Eje y Rueda

La combinación de eje y rueda constituye una de las denominadas "máquinas simples" de las que se derivan máquinas más complejas. El principio de operación es esencialmente el de una palanca, puesto que depende de la fuerza de esfuerzo Fe actuando sobre un mayor brazo de palanca que la fuerza de resistencia Fr. La ventaja mecánica ideal es exactamente la proporción entre los brazos de palanca R/r.

La clara ventaja de la rueda y el eje sobre una palanca simple es que la distancia del recorrido está limitado sólo por la cantidad de cuerda o cable que se pueda enrrollar alrededor de la rueda o eje.

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La Polea

La polea es una de las denominadas "máquinas simples" de la que se derivan máquinas mas complejas . Con una simple polea fija, la ventaja ideal mecánica es exactamente N=1. Obtendrá la comodidad de poder redirigir la fuerza de esfuerzo Fe, de modo que puedas estar a salvo de la carga. Con la polea móvil como en la ilustración del medio, las fuerzas hacia arriba en las dos cuerdas son iguales, y por lo tanto cada una soporta la mitad de la carga, dando una IMA (ventaja mecánica ideal) de N=2.

Con cuatro poleas como se muestra, tienes cuatro cuerdas soportando la carga, por lo que la fuerza de esfuerzo Fe que establece la tensión del cable es sólo una cuarta parte de la carga en el caso ideal, de modo que IMA=4. Todas estas relaciones de fuerzas, se obtienen de la condición del equilibrio de fuerzas, que justo en este caso, asciende a "fuerzas arriba = fuerzas abajo" en cualquier sección transversal del sistema.

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