Maquina simple , cualquiera de varios dispositivos con pocas o ninguna parte móvil que se utilizan para modificar movimiento y la magnitud de una fuerza para realizar un trabajo. Son los mecanismos más simples conocidos que pueden usar el apalancamiento (o ventaja mecánica) para aumentar la fuerza. Las máquinas simples son el plano inclinado, palanca, cuña, rueda y eje, polea y tornillo .
máquinas sencillas Seis máquinas sencillas para transformar la energía en trabajo. Encyclopædia Britannica, Inc.
Un plano inclinado consta de una superficie inclinada; se utiliza para levantar cuerpos pesados. El avión ofrece una ventaja mecánica en el sentido de que la fuerza necesaria para mover un objeto por la pendiente es menor que el peso que se eleva (descontando fricción ). Cuanto más pronunciada es la pendiente, más se acerca la fuerza requerida al peso real. Expresado matemáticamente, la fuerza F requerido para mover un bloque D arriba de un plano inclinado sin fricción es igual a su peso EN multiplicado por el seno del ángulo que forma el plano inclinado con la horizontal (θ). La ecuación es F = EN sin θ.
plano inclinado En esta representación de un plano inclinado, D representa un bloque que se moverá hacia arriba en el plano, F representa la fuerza requerida para mover el bloque, y EN representa el peso del bloque. Expresado matemáticamente, y asumiendo que el plano no tiene fricción, F = EN pecado θ. Encyclopædia Britannica, Inc.
El principio del plano inclinado se utiliza ampliamente, por ejemplo, en rampas y carreteras en zigzag, donde una pequeña fuerza que actúa a lo largo de una pendiente puede realizar una gran cantidad de trabajo.
Una palanca es una barra o tabla que descansa sobre un soporte llamado fulcro. Una fuerza hacia abajo ejercida en un extremo de la palanca se puede transferir y aumentar en una dirección hacia arriba en el otro extremo, permitiendo que una pequeña fuerza levante un peso pesado.
palancas Dos ejemplos de palancas (izquierda) Una palanca, apoyada y girando libremente sobre un punto de apoyo F , multiplica una fuerza descendente F aplicado en el punto a tal que pueda superar la carga PAG ejercida por la masa de la roca en el punto b . Si, por ejemplo, la longitud a F es cinco veces b F , la fuerza F se multiplicará cinco veces. (Derecha) Un cascanueces es esencialmente dos palancas conectadas por una articulación de pasador en un punto de apoyo F . Si a F es tres veces b F , la fuerza F ejercido con la mano en el punto a se multiplicará tres veces en b , superando fácilmente la resistencia a la compresión PAG de la cáscara de nuez. Encyclopædia Britannica, Inc.
Todas las personas antiguas usaban la palanca de alguna forma, por ejemplo, para mover piedras pesadas o como palos de excavación para el cultivo de la tierra. El principio de la palanca se utilizó en el cambio, o sombra, una palanca larga pivotada cerca de un extremo con una plataforma o recipiente de agua que cuelga del brazo corto y contrapesos unidos al brazo largo. Un hombre podría levantar varias veces su propio peso tirando hacia abajo del brazo largo. Se dice que este dispositivo se usó en Egipto y la India para levantar agua y levantar soldados sobre almenas ya en 1500.bce.
shadoof Shadoof, Anatolia central, Turquía. Noumenon
Una cuña es un objeto que se estrecha hasta un borde delgado. Empujar la cuña en una dirección crea una fuerza en una dirección lateral. Por lo general, está hecho de metal o madera y se usa para dividir, levantar o apretar, como para asegurar la cabeza de un martillo en su mango.
cuña Cuña utilizada para partir madera. Shakespeare
La cuña se utilizó en tiempos prehistóricos para partir troncos y rocas; un hacha también es una cuña, al igual que los dientes de una sierra. En términos de su función mecánica, el tornillo puede considerarse como una cuña envuelta alrededor de un cilindro.
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Una rueda y un eje están formados por un marco circular (la rueda) que gira sobre un eje o varilla (el eje). En su forma más temprana, probablemente se usó para levantar pesas o cubos de agua de los pozos.
Su principio de funcionamiento se explica mejor mediante un dispositivo con un engranaje grande y un engranaje pequeño unidos al mismo eje. La tendencia de una fuerza F , aplicado en el radio R en el engranaje grande para girar el eje es suficiente para superar la fuerza mayor EN en el radio r en el engranaje pequeño. La amplificación de la fuerza, o ventaja mecánica, es igual a la relación de las dos fuerzas ( EN : F ) y también igual a la relación de los radios de los dos engranajes ( R : r ).
Disposiciones de ruedas y ejes Disposiciones de dos ruedas y ejes (A) Con un engranaje grande y un engranaje pequeño unidos al mismo eje, o eje, una fuerza F aplicado en el radio R en el engranaje grande es suficiente para vencer la fuerza mayor EN en el radio r en el engranaje pequeño, girando el eje. (B) En una disposición de tambor y cuerda capaz de levantar pesos, un tambor grande de radio R se puede utilizar para hacer girar un pequeño tambor. Se puede obtener un aumento en la ventaja mecánica utilizando el tambor grande para hacer girar un tambor pequeño con dos radios, así como un bloque de poleas. Cuando una fuerza F se aplica a la cuerda enrollada alrededor del tambor grande, la cuerda enrollada alrededor del tambor pequeño de dos radios se enrolla fuera de d (radio r 1) y en D (radio r 2). La fuerza EN en el radio del bloque de poleas P se supera fácilmente y se levanta el peso adjunto. Encyclopædia Britannica, Inc.
Si los engranajes grandes y pequeños se reemplazan por tambores de diámetro grande y pequeño envueltos con cuerdas, la rueda y el eje se vuelven capaces de levantar pesos. El peso que se levanta se fija a la cuerda en el tambor pequeño y el operador tira de la cuerda en el tambor grande. En esta disposición, la ventaja mecánica es el radio del tambor grande dividido por el radio del tambor pequeño. Se puede obtener un aumento en la ventaja mecánica utilizando un tambor pequeño con dos radios, r 1y r 2y un bloque de poleas. Cuando se aplica una fuerza al tambor grande, la cuerda del tambor pequeño se enrolla en D y sale de d.
Una medida de la amplificación de fuerza disponible con el sistema de polea y cuerda es la relación de velocidad, o la relación de la velocidad a la que se aplica la fuerza a la cuerda ( V F ) a la velocidad a la que se eleva el peso ( V EN ). Esta relación es igual al doble del radio del tambor grande dividido por la diferencia en los radios de los tambores más pequeños D y d. Expresada matemáticamente, la ecuación es V F / V EN = 2 R /( r 2- r 1). La ventaja mecánica real EN / F es menor que esta relación de velocidades, dependiendo de la fricción. Se puede obtener una ventaja mecánica muy grande con esta disposición haciendo que los dos tambores D yd más pequeños tengan un radio casi igual.
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