Las máquinas simples son aquellos dispositivos que permiten cambiar la intensidad o la dirección de la energía que llega a su punto de entrada bajo la forma de trabajo mecánico, y cuyos componentes son todos son sólidos rígidos. Por ejemplo: palanca, polea, rueda, tornillo.
Las máquinas simples se usan para multiplicar la fuerza o, como se señaló, para cambiar su dirección; la idea es siempre que el trabajo demande menos esfuerzo y que resulte entonces más sencillo, y en ocasiones también más seguro. En suma, las máquinas simples se utilizan para transformar o compensar una fuerza resistente o levantar un peso en condiciones más favorables.
En las denominadas máquinas compuestas, se combinan los beneficios de dos o más maquinas simples.
Las máquinas simples surgieron para resolver los problemas que planteaban las actividades cotidianas en tiempos muy remotos, entre ellas la caza, la pesca o el transporte de objetos pesados. En verdad primero se fueron diseñando ciertos utensilios, que después se fueron perfeccionando y es así como surgieron las primeras máquinas simples.
Se podría decir que esas primeras máquinas funcionaron casi como una extensión de las manos humanas: fueron instrumentos de madera para cavar, rocas afiladas para cortar y otros. Pero sin duda, produjeron importantes cambios en la historia del hombre y en su relación con el trabajo.
Las máquinas simples comprenden aquellas que tienen un único punto de apoyo (lo que va variando entre ellas es la ubicación de dicho apoyo) y aprovechan algunos principios físicos básicos como momento de una fuerza, trabajo, potencia, energía y rendimiento mecánico. Se debe tener presente que las máquinas simples no escapan a la ley de la conservación de la energía: la energía no se crea ni se destruye en la máquina simple, solo se transforma.
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Tipos de máquinas simples
Existen 6 máquinas simples:
- Palanca. Una de las más importantes, es una barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo, el punto de apoyo. La fuerza que se aplica en la palanca recibe el nombre de fuerza motriz o potencia y la fuerza que se vence se conoce como resistencia. La longitud de la palanca es importante para vencer la resistencia.
- Polea. Sirve para subir objetos pesados a cierta altura. Se trata de una rueda por la que por su parte externa pasa una cuerda; en uno de los extremos de dicha cuerda se coloca un peso o carga, que sube al aplicar una fuerza mayor al otro extremo. Sirve tanto para reducir la fuerza necesaria para elevar objetos como para cambiar la dirección. Existen poleas simples y otras formadas por varias ruedas; estas últimas reciben el nombre de aparejos.
- Plano inclinado. Lo que sucede es que la fuerza del peso se descompone en dos componentes. De este modo, el esfuerzo necesario para levantar la carga es menor.
- Cuña. Es un cuerpo donde convergen dos planos inclinados algo afilados, se crea así un punto de contacto lacerante, que perite cortar o rasgar objetos sólidos.
- Rueda. Es un cuerpo redondo que gira respecto de un punto fijo, denominado eje de giro, normalmente cilíndrico. Se usa para transmitir un movimiento giratorio entre ejes, facilitar el desplazamiento de objetos y personas, etc.
- Tornillo. No es más que un plano inclinado enroscado en espiral, a cada una de las vueltas se las llama rosca. Para que un tornillo entre en un cuerpo a través de su superficie se lo va haciendo girar, la fuerza que se necesita para dar cada vuelta y completar el proceso es siempre menor que la que se necesitaría para clavar hacerlo en una línea recta.
Ejemplos de máquinas simples
Muchísimos objetos de la vida cotidiana, que los usamos para viajar, para jugar o en el mundo del trabajo, se basan en una o más de estas seis máquinas tan conocidas. Se mencionan a continuación veinte máquinas simples a modo de ejemplo:
- Norias. Permiten extraer agua mediante el principio fundamental del rosario hidráulico. Se coloca parcialmente sumergida y por medio del movimiento continuo habilita la extracción de agua.
- Bombas de agua. Dispositivo que eleva, transfiere y comprime líquidos. Utiliza los principios fundamentales ligados a la presión.
- Grúas. Mediante el efecto palanca consigue levantar peso por medio de una viga, realizando así menor cantidad de fuerza, manipulándola con poleas sobre un pivote giratorio que permite el movimiento horizontal. La estabilidad de la grúa la hace indispensable para el rubro de la construcción.
- Tobogán. Utiliza los fundamentos de la máquina simple ‘plano inclinado’, donde se aprovecha la energía potencial, intervienen en él los conceptos de velocidad y aceleración, y se asume que no hay fuerza de fricción (o que esta es mínima).
- Sube y baja. El efecto palanca se combina en este juego popular con el de plano inclinado, uniendo en una dos máquinas simples, y aprovechando a la vez el peso y la fuerza de gravedad, sobre la base de un punto de apoyo, ante la acción de la fuerza y la reacción de una resistencia.
- Carretilla. Habitual en el área de la construcción, consiguiendo distribuir el peso orientándolo hacia la llanta, lo que hace que se pueda soportar un peso mucho mayor con el único esfuerzo de empujar la carretilla.
- Engranaje. Rueda dentada que hace que un objeto pueda moverse más rápida o lentamente, por medio de la manipulación de la fuerza necesaria para moverlo.
- Torno. Combinación de una manivela y un cilindro, lo cual permite levantar un cuerpo pesado por intermediación de una fuerza mucho menor.
- Hacha. Esencial para separar o lacerar (leña, por ejemplo), lleva una pieza de metal terminada en forma de cuña, que es la que rasga y permite el corte.
- Tijeras. Ejemplo típico de palanca sencilla, que combina la resistencia y la potencia para lograr su cometido, el de cortar al unir las dos cuchillas de acero.
- Aljibe. Utiliza la polea para subir o bajar el balde, consiguiendo así elevar la masa de agua por medio de la transformación de energía.
- Tornillo sinfín. Plano inclinado enroscado alrededor de una varilla, que cuando gira consigue introducir la rosca (un plano inclinado) en una madera, consiguiendo así mantener dos cosas unidas con mínimo esfuerzo.
- Tenaza. Ejemplo de la palanca, de aplicación similar a la tijera.
- Cascanueces. Palanca de combinación de potencia y resistencia, que permite aplicar la fuerza sobre el punto exacto para partir la nuez.
- Caña de pescar. Utilizando el brazo humano como punto de apoyo, la palanca manipula la fuerza. El perfeccionamiento de las cañas de pesca fue haciendo cada vez menos trabajosa la tarea.
- Balanza romana. Instrumento que mide masas, y que fundamentalmente se basa en palancas.
- Guillotina. Máquina simple formada por una cuchilla muy afilada, hoy se emplea más que nada para cortar a la vez una cantidad grande de papeles.
- Cuchillo. Aplica los mecanismos del plano inclinado logrando por medio del filo cortar, habitualmente comida o sogas.
- Manivelas. Herramienta que se utiliza para transformar el movimiento rectilíneo en circular, o viceversa. Sirve para hacer girar un eje con menos esfuerzo (algo que era muy necesario en los coches antiguos).
- Bicicleta. Aplica el fundamento de la rueda y eje para permitir el desplazamiento de la carga (la persona que va en la bicicleta).
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