Palanca, plano inclinado, poleas y ventaja mecánica, con simulador visual de un sistema de poleas real, ejemplos resueltos y ejercicios de nivel básico y avanzado.
Una máquina simple no crea energía de la nada — lo que hace es cambiar la dirección de una fuerza, o reducir cuánta fuerza necesitas aplicar (a cambio de aplicarla en una distancia más larga). Existen seis tipos básicos: palanca, plano inclinado, polea, torno, cuña y tornillo. Todas se miden con el mismo concepto: la ventaja mecánica.
Ya viste el torque (τ = F·d) en la página anterior — la palanca es la aplicación directa de eso. Cuanto más lejos del punto de apoyo apliques la fuerza, menos fuerza necesitas para el mismo efecto.
Usas una barreta como palanca: aplicas la fuerza a 2 m del apoyo, y la piedra que quieres mover está a 0.5 m del apoyo. ¿Cuál es la ventaja mecánica?
1Datos
2Fórmula utilizada
3Resolución
4Respuesta
La palanca da una ventaja mecánica de VM = 4
Con esa palanca, mueves la piedra aplicando 4 veces menos fuerza de la que necesitarías levantándola directamente con las manos.
dₚ va siempre arriba (donde aplicás la fuerza), dᵣ va abajo (donde está el peso) — si los invertís, el resultado da el inverso del correcto (por ejemplo, 0.25 en vez de 4).
La máquina simple no reduce el trabajo total — reduce la fuerza necesaria, pero a cambio hay que aplicarla en una distancia más larga. El trabajo (energía) total es el mismo.
dₚ y dᵣ siempre se miden desde el punto de apoyo (pivote) hasta cada extremo — no es el largo total de la palanca, sino la distancia a cada lado del apoyo.
Con los valores de arriba, mira cómo tirar de la cuerda levanta el peso — comparando la fuerza que aplicas contra el peso real.
Con un sistema de poleas de 3 cuerdas, quieres levantar un peso de 600 N. ¿Qué fuerza tienes que aplicar?
VM = 3 (3 cuerdas sosteniendo el peso)
F = Peso/VM = 600/3 = 200 N
Aplicas un tercio de la fuerza — pero vas a tener que tirar 3 metros de cuerda por cada metro que suba el peso.
No — la energía total necesaria es la misma (o incluso un poco más, por la fricción). Lo que cambia es cómo la aplicas: menos fuerza en más distancia, en vez de mucha fuerza en poca distancia. No hay atajos, solo formas más cómodas de aplicar el esfuerzo.
Es un ejemplo de rueda y eje (torno): el mango tiene un radio más grande que la punta, así que un giro chico de fuerza en el mango se traduce en mucha fuerza rotacional en la punta — la misma idea que una manija de puerta.
Sí, todo el tiempo — una bicicleta combina palancas (los pelistos), ruedas y ejes, y hasta engranajes. La mayoría de las máquinas complejas que usamos son, en el fondo, combinaciones de estas seis máquinas simples básicas.