Máquinas simples

Palancas, poleas, planos inclinados y ventaja mecánica en dispositivos elementales.

Idea general del tema

Una máquina simple es un dispositivo que cambia la magnitud o la dirección de una fuerza para facilitar un trabajo. No crea energía: en el caso ideal, el trabajo que se aplica es igual al que se obtiene, de modo que lo que se gana en fuerza se pierde en distancia recorrida.

El tema recorre las cinco clásicas: la palanca, la polea, el plano inclinado, la rueda con eje y el tornillo. De cada una se calcula la ventaja mecánica, el cociente entre la fuerza que sale y la que se aplica, y se discuten el rozamiento y el rendimiento reales.

Qué vas a comprender de verdad

Al terminar sabrás calcular la ventaja mecánica ideal y real de cada máquina, relacionar la fuerza aplicada con la carga y explicar por qué el rozamiento reduce el rendimiento.

También sabrás reconocer varias máquinas simples combinadas en herramientas cotidianas.

Ruta didáctica recomendada

1. Palanca: equilibrio de momentos respecto del punto de apoyo y relación entre los brazos.
2. Tipos de palancas: palancas de primer, segundo y tercer género según la posición de apoyo, fuerza y carga.
3. Polea: poleas fijas y móviles, número de cuerdas que sostienen la carga y fuerza necesaria.
4. Plano inclinado: descomposición del peso, ventaja según el cociente entre longitud y altura y efecto del rozamiento.
5. Rueda y eje: ventaja como cociente entre el radio de la rueda y el del eje, y transmisión de momentos.
6. Tornillo: plano inclinado enrollado, paso de rosca y gran ventaja mecánica con rozamiento importante.
7. Ventaja mecánica: ventaja ideal y real de todas ellas, relación con el rendimiento y regla de que la fuerza se gana a costa de la distancia.

Criterio físico que debes adquirir

El criterio esencial es que la ventaja mecánica no significa ganar energía: W_entrada = W_salida + pérdidas. Una ventaja de 4 implica recorrer cuatro veces más distancia con la fuerza aplicada. El rendimiento es el cociente entre trabajo útil y trabajo aplicado, y siempre es menor que 1.

Conexión con problemas reales

• tijeras, carretillas y palancas de herramientas.
• grúas, poleas y polipastos.
• rampas, cuñas y hachas.
• destornilladores, gatos y tornillos de banco.

Objetivo final del tema

El objetivo final es analizar cualquier máquina simple, calcular su ventaja mecánica y su rendimiento y explicar con claridad qué se gana y qué se paga.