Las máquinas son dispositivos que, al transformar las fuerzas que se aplican sobre ellas, disminuyen el esfuerzo necesario para realizar un trabajo. En consecuencia, las máquinas aumentan la eficiencia del trabajo que el hombre debe realizar.
Las máquinas hacen parte de la historia humana. Desde la antigüedad, el hombre ha ideado instrumentos que facilitan su labor. Las hachas de piedra, los palos y las hondas, fueron las primeras máquinas que utilizamos.
Con el pasar de los siglos, hemos ido diseñando dispositivos cada vez más complejos y facilitadores de las tareas que realizamos.
Si no tuviéramos máquinas, tendríamos que desarrollar todas nuestras actividades únicamente con la fuerza de nuestros músculos.
Características de las máquinas
- Las máquinas necesitan energía. Algunas máquinas obtienen la energía de combustibles, de fuentes eléctricas o de paneles solares, entre otras. Ninguna máquina puede funcionar por sí sola. Por eso, las máquinas dejan de funcionar cuando se les agota su fuente de energía.
- Las máquinas transforman la energía. Por ejemplo, el motor de una licuadora convierte la energía eléctrica que recibe, en energía mecánica; una turbina transforma la energía cinética del agua en electricidad; una polea convierte la energía muscular en movimiento.
- Las máquinas no aprovechan toda la energía que reciben. No toda la energía que recibe una máquina se emplea para vencer la fuerza de resistencia y realizar un trabajo útil, sino que parte de ella se pierde debido a la fricción o rozamiento. La fricción es una fuerza que dificulta el movimiento de un cuerpo cuando se desliza sobre otro. Por ejemplo, parte de la energía que necesita un avión para desplazarse se pierde en la fricción de su fuselaje con el aire.
Clases de máquinas
De acuerdo con sus características, las máquinas se pueden clasificar en: máquinas simples y máquinas compuestas.
Máquinas simples
Una máquina simple es la que tiene un solo punto de apoyo o fulcro.
Elementos de una máquina simple
En una máquina simple se pueden distinguir tres elementos:
- La fuerza motriz o potencia (Fm), es la fuerza que hay que aplicar para hacer funcionar la máquina.
- La fuerza de resistencia (Fr), es la fuerza que se quiere vencer con ayuda de la máquina.
- El punto de apoyo o fulcro, es el punto alrededor del cual giran la fuerza motriz o potencia y la fuerza de resistencia.
Las máquinas simples son: el plano inclinado, la cuña, la palanca, el eje, el tornillo, la pala, la polea, el descorchador y el torno.
La palanca
La palanca es la máquina simple más utilizada. Está formada por una barra rígida que se apoya en un fulcro. La distancia del fulcro al punto donde se aplica la fuerza motriz se llama brazo motor. La distancia del fulcro al punto donde está la fuerza de resistencia se llama brazo de resistencia. Estos conceptos datan de tiempos de Arquímedes.
En consecuencia, entre más largo sea el brazo motor y más corto el brazo de resistencia, la fuerza motriz necesaria para mover un mismo objeto será menor. Este enunciado se conoce como ley de las palancas, que matemáticamente se expresa así:
potencia x brazo de potencia = resistencia x brazo de resistencia.
Según la forma como estén situados sus elementos, las palancas se clasifican en:
- Palanca de primer género. Es la que tiene el punto de apoyo entre el punto donde se aplica la fuerza motriz y el punto donde se aplica la fuerza de resistencia. Por ejemplo, las tijeras y las tenazas son palancas de primer género.
- Palanca de segundo género. Es la que tiene el punto de apoyo en un extremo, la fuerza motriz en el otro extremo y la fuerza de resistencia en el centro. El cascanueces y la carretilla son palancas de segundo género.
- Palanca de tercer género. Es la que tiene el punto de apoyo en un extremo, la fuerza de resistencia en el otro y la fuerza motriz en el centro. Las pinzas son palancas de tercer género.
La rueda
El dispositivo constituido por la rueda y el eje, es la máquina simple más importante inventada por el hombre. Prácticamente todas las máquinas compuestas poseen ruedas y ejes en su estructura.
La rueda y el eje funcionan como una palanca: el radio de la rueda y el radio del eje corresponden a los brazos de la palanca.
Al utilizar una rueda se logra que la fuerza aplicada sea dos veces menor que la fuerza obtenida para mover un objeto.
La polea fija
La polea fija es una máquina simple formada por un disco que gira alrededor de un eje. El disco lleva un surco por el que se pasa una cuerda. En la polea fija no hay multiplicación de la fuerza que se aplica, es decir que la fuerza motriz es igual a la fuerza de resistencia.
Entonces, lo que se consigue con la polea es cambiar el sentido en el que debe ejercerse la fuerza motriz. Precisamente, allí radica su utilidad, pues haciendo que la fuerza motriz tenga el mismo sentido que la fuerza de resistencia, se reduce el esfuerzo.
Máquinas compuestas
Una máquina compuesta es la que está constituida por la combinación de varias máquinas simples. Por ejemplo, la grúa, el motor y la bicicleta.
Taller de lectura
- ¿Cuáles fueron las primeras máquinas que utilizó el hombre y que buscaba con ello?
- ¿Qué es una máquina?
- Defina cada uno de los elementos de una máquina.
- Escriba las 3 características de las máquinas.
- ¿Qué es una máquina simple? Escriba los ejemplos.
- ¿Qué es una palanca y cómo está formada?
- ¿A qué se le llama brazo motor y brazo de resistencia?
- Escriba el enunciado de la ley de las palancas y su fórmula.
- Defina palancas de primer género, segundo género y tercer género. Además, de ejemplos de cada uno.
- Dibuje, con su descripción, la figura que muestra las clases de palancas.
- ¿Cuál es la máquina simple más importante inventada por el hombre y qué relación tiene esta con las máquinas compuestas?
- ¿Qué es una polea fija?
- ¿Qué se consigue con la polea y en qué radica su utilidad?
- Dibuje una polea fija y sus elementos.
- ¿Qué es una máquina compuesta? De tres ejemplos.