IMPORTANCIA DE LAS MAQUINAS EN LA VIDA DEL HOMBRE

                                                                   

La importancia en el ser humano se vino dando ya hace años gracias a los hombres descubrieron que nuestro cuerpo funcionaba  para realizar diferentes actividades ya que se les facilita mas realizar cualquier trabajo.

Ahora ya la tecnología ha sido mas avanzada y a tenido mejores recursos con la implementacion de herramientas que ya no eran realizadas en forma rudimentaria y hasta la  de nuevos objetos que se combinan dando lugar a lo que posteriormente derivo maquinas, que están destinadas a hacer mucho mas que simple tareas.

TORNILLOS Y RUEDAS

PLANOS INCLINADOS

El plano inclinado es una máquina simple que consiste en una superficie plana que forma un ángulo agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura.
Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento.
Las leyes que rigen el comportamiento de los cuerpos en un plano inclinado fueron enunciadas por primera vez por el matemático Simon Stevin, en la segunda mitad del siglo XVI.
Para analizar las fuerzas existentes sobre un cuerpo situado sobre un plano inclinado, hay que tener en cuenta la existencia de varios orígenes en las mismas.

• En primer lugar se debe considerar la existencia de una fuerza de gravedad, también conocida como peso, que es consecuencia de la masa (M) que posee el cuerpo apoyado en el plano inclinado y tiene una magnitud de M.g con una dirección vertical y representada en la figura por la letra G.
• Existe además una fuerza normal (N), también conocida como la fuerza de reacción ejercida sobre el cuerpo por el plano como consecuencia de la tercera ley de Newton, se encuentra en una dirección perpendicular al plano y tiene una magnitud igual a la fuerza ejercida por el plano sobre el cuerpo. En la figura aparece representada por N y tiene la misma magnitud que F₂= M.g.cosα y sentido opuesto a la misma.
• Existe finalmente una fuerza de rozamiento, también conocida como fuerza de fricción (F_R), que siempre se opone al sentido del movimiento del cuerpo respecto a la superficie, su magnitud depende tanto del peso como de las características superficiales del plano inclinado y la superficie en contacto del cuerpo que proporcionan un coeficiente de rozamiento. Esta fuerza debe tener un valor igual a F₁=M.g.senα para que el cuerpo se mantenga en equilibrio. En el caso en que F₁ fuese mayor que la fuerza de rozamiento el cuerpo se deslizaría hacia abajo por el plano inclinado. Por tanto para subir el cuerpo se debe realizar una fuerza con una magnitud que iguale o supere la suma de F₁ + F_R.

POLEAS

Una polea es una rueda acanalada en todo su perímetro. Mediante un sistema formado por poleas y correas de transmisión se transmite movimiento entre diferentes ejes.

Dependiendo de la diferencia de diámetros entre la polea conductora y la polea conducida se pueden generar mecanismo de reducción o de aumento.

La polea también se utiliza como máquina simple que facilita el trabajo y permite levantar objetos pesados realizando menos esfuerzo.

Polea simple fija al techo

Es lo que se conoce por máquina de Atwood. La polea fija cuelga de un punto fijo facilitando muchos trabajos aunque empleamos la misma fuerza. La cuerda que rodea la polea recorre la misma distancia.

Únicamente se modifica la dirección de la fuerza a emplear. Nos es más fácil tirar de la cuerda hacia abajo que tirar hacia arriba.

Polea móvil

La polea está unida a la carga y puede moverse verticalmente a lo largo de la cuerda. La carga del objeto es soportada por ambos segmentos de la cuerda.

Polipasto

Es una clase de máquina que combina sistemas de poleas fijas y móviles, se consigue el efecto de las dos, y se utilizan para levantar grandes pesos.

Objetos que utilizan poleas

- Lavadora
- Taladro de columna
- Máquina de coser
- Ascensor
- Máquinas para realizar ejercicios
- Teleférico

PALANCAS

Básicamente está constituida por una barra rígida, un punto de apoyo (se le puede llamar “fulcro”) y dos fuerzas (mínimo) presentes: una fuerza (o resistencia) a la que hay que vencer (normalmente es un peso a sostener o a levantar o a mover en general) y la fuerza (o potencia) que se aplica para realizar la acción que se menciona. La distancia que hay entre el punto de apoyo y el lugar donde está aplicada cada fuerza, en la barra rígida, se denomina brazo. Así, a cada fuerza le corresponde un cierto brazo.

Como en casi todos los casos de máquinas simples, con la palanca se trata de vencer una resistencia, situada en un extremo de la barra, aplicando una fuerza de valor más pequeño que se denomina potencia, en el otro extremo de la barra.


En una palanca podemos distinguir entonces los siguientes elementos:

El punto de apoyo o fulcro.
Potencia: la fuerza (en la figura de abajo: esfuerzo) que se ha de aplicar.
Resistencia: el peso (en la figura de abajo: carga) que se ha de mover.

Brazo de potencia	Brazo de resistencia

El brazo de potencia (b₂) : es la distancia entre el fulcro y el punto de la barra donde se aplica la potencia.
El brazo de resistencia (b₁): es la distancia entre el fulcro y el punto de la barra donde se encuentra la resistencia o carga.

 TIPÓS DE PALANCA

PALANCA DE PRIMER GRADO: aquí, el punto de apoyo se sitúa entre la potencia y la resistencia. En esta clase de palanca la primera suele ser menor que la segunda, pero sólo cuando aminora la velocidad transferida al objeto y el trayecto recorrido por la resistencia. Podemos señalar como ejemplos a una  tijera, una catapulta, una barrera y/o una tenaza.

PALANCA DE SEGUNDO GRADO: es el nombre con que se conoce la clase de palanca en la que la resistencia se ubica entre el punto de apoyo y la potencia. Esta última, siempre es menor que la resistencia, pero sólo cuando reduce  la velocidad,  y el trayecto recorrido por la resistencia cobra fuerza. Ejemplos de este tipo de palanca son: el rompenueces, la carretilla, los remos y el abrelatas.

PALANCA DE TERCER GRADO: la tercer clase de palanca se distingue por el hecho de que la potencia está localizada entre la resistencia y el punto de apoyo. Aquí, la parte de la potencia siempre será menor que la sección de la resistencia. En consecuencia, esta última es menor que la potencia. Es utilizada cuando el objetivo es aumentar la celeridad  transferida a un elemento o bien, la distancia recorrida  por el mismo. El elemento para quitar los ganchos colocados con la abrochadora, es un típico ejemplo de palanca de tercer grado.

LEY DE LAS PALANCAS

Desde el punto de vista matemático hay una ley muy importante, que antiguamente era conocida como la “ley de oro”, nos referimos a la Ley de las Palancas:

El producto de la potencia por su brazo (F2 • b2) es igual al producto de la resistencia por el brazo suyo (F1 • b1)

lo cual se escribe así:

F1 • b1 = F2 • b2

lo que significa que:

Trabajo motor = Trabajo resistente

Llamando F1 a la fuerza a vencer y F2 a la fuerza a aplicar y recordando que b1 es la distancia entre el fulcro y la fuerza a vencer y b2 la distancia entre el fulcro y el lugar donde se ha de aplicar la fuerza F2. En este caso se está considerando que las fuerzas son perpendiculares a los brazos.

MAQUINAS SIMPLES

Cuando la maquina es sencilla y realiza su trabajo en un solo paso nos encontramos ante una maquina simple.Muchas de estas maquinas son conocidas desde la antiguedad y han ido evolucionando hasta nuestros dias.













Clasificación

Las máquinas simples suelen clasificarse en los siguientes tipos:
- Palancas
- Poleas
- Ruedas y ejes
- Plano inclinado
- Tornillo
-cuñas
Palancas
Consiste en una barra recta que puede moverse alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro. El objetivo de la palanca es incrementar el efecto de una fuerza o cambiar su dirección.

Fuerzas actuantes
Sobre la barra rígida que constituye una palanca actúan tres fuerzas:
- La potencia - P: es la fuerza que aplicamos voluntariamente con el fin de obtener un resultado; ya sea manualmente o por medio de motores u otros mecanismos.
- La resistencia - R: es la fuerza que vencemos, ejercida sobre la palanca por el cuerpo a mover. Su valor será equivalente, por el principio de acción y reacción, a la fuerza transmitida por la palanca a dicho cuerpo.
- La fuerza de apoyo - A: es la ejercida por el fulcro sobre la palanca. Si no se considera el peso de la barra, será siempre igual y opuesta a la suma de las anteriores, de tal forma de mantener la palanca sin desplazarse del punto de apoyo, sobre el que rota libremente.


Otros elementos que deben considerar en el rendimiento de las maquinas son:
- Brazo de potencia - Bp: la distancia entre el punto de aplicación de la fuerza de potencia y el punto de apoyo.
- Brazo de resistencia - Br: distancia entre la fuerza de resistencia y el punto de apoyo.

Tipos de palanca
Dependiendo del dónde se ubique el punto de apoyo, podemos distinguir tres tipos de palancas:

- Palanca de primero tipo o grado:
En este caso, si deseas levantar un objeto pesado con una palanca, debes empujar hacia abajo para que el objeto suba, es decir, el punto de apoyo se encuentra entre el objeto que se desea levantar y donde se aplica la fuerza.
Al utilizar una palanca de primer tipo para levantar un objeto, aplicas una fuerza en uno de los extremos de la barra, en tanto que el cuerpo que vas a levantar se encuentra al otro extremo. Ahora, la fuerza que tú ejerces sobre uno de los extremos se denomina potencia ( contrapeso), que es la responsable del giro de la palanca en torno al punto de apoyo lo que hace que la palanca se mueva. La fuerza que aparece en el extremo opuesto se denomina resistencia (carga),que es la que hay que vencer.

El punto de apoyo está entre contrapeso o potencia y la resistencia.

Dependiendo de la longitud de los brazos la fuerza será mayor, menor o igual que la resistencia.
Con esto se consigue que el brazo de potencia siempre será mayor que el de resistencia (BP>BR) y, en consecuencia, la potencia menor que la carga (P).

Ahora para que la palanca sea realmente efectiva, el punto de apoyo debe estar mucho más cerca del cuerpo que se quiere levantar que del lugar donde se ejerce la fuerza o carga. Así, aplicando una pequeña fuerza en un amplio intervalo de distancia, se generará una gran fuerza de salida en un pequeño intervalo de distancia.
Como ejemplos clásicos podemos citar la pata de cabra, el balancín, los alicates o la balanza romana.

- Palanca de segundo tipo o grado:
Se caracteriza porque la fuerza a vencer (resistencia) se encuentra entre el fulcro (punto de apoyo) y la fuerza a aplicar.
Estas palancas tienen ventaja mecánica; es decir, aplicando poca fuerza se vence una gran resistencia. Con esto se consigue que el brazo de potencia siempre será mayor que el de resistencia (BP>BR) y, en consecuencia, el contrapeso o potencia menor que la carga (P).

Un  buen ejemplo de esto lo constituyen las carretillas. En ellas, el punto de apoyo se encuentra en la rueda, y la fuerza se ejerce en los mangos, hacia arriba, para elevar la carga que está entre las ruedas y los mangos. Otros ejemplos son el cascanueces y la perforadora de hojas de papel.

- Palanca de tercer tipo o grado:
La carga ( potencia) está entre el punto de apoyo y la resistencia.
Estas palancas tienen desventaja mecánica; es decir, es necesario aplicar mucha fuerza para vencer poca resistencia. Con esto se consigue que el brazo de la resistencia siempre será mayor que el de la potencia (BR>BP) y, en consecuencia,la potencia mayor que la carga (P>R).

 

Poleas
Las poleas son ruedas que tienen el perímetro exterior diseñado especialmente para facilitar el contacto con cuerdas o correas. La polea es una máquina simple que nos puede ayudar a subir pesos  ahorrando esfuerzo.

Partes de la polea 
En toda polea se distinguen tres partes: cuerpo, cubo y garganta.

- El cuerpo es el elemento que une el cubo con la garganta. En algunos tipos de poleas está formado por radios o aspas para reducir peso y facilitar la ventilación de las máquinas en las que se instalan.
- El cubo es la parte central que comprende el agujero, permite aumentar el grosor de la polea para aumentar su estabilidad sobre el eje. Suele incluir un chavetero que facilita la unión de la polea con el eje o árbol (para que ambos giren solidarios).
- La garganta (o canal ) es la parte que entra en contacto con la cuerda o la correa y está especialmente diseñada para conseguir el mayor agarre posible. La parte más profunda recibe el nombre de llanta. Puede adoptar distintas formas (plana, semicircular, triangular...) pero la más empleada hoy día es la trapezoidal.

Las poleas empleadas para tracción y elevación de cargas tienen el perímetro acanalado en forma de semicírculo (para alojar cuerdas), mientras que las empleadas para la transmisión de movimientos entre ejes suelen tenerlo trapezoidal o plano (en automoción también se emplean correas estriadas y dentadas)


 Usos de la polea
Básicamente la polea se utiliza para dos fines: cambiar la dirección de una fuerza mediante cuerdas o transmitir un movimiento giratorio de un eje a otro mediante correas.
En el primer caso tenemos una polea de cable  que puede emplearse bajo la forma de polea fija, polea móvil o polipasto. Su utilidad se centra en la elevación de cargas (pastecas, grúas, ascensores...), cierre de cortinas, movimiento de puertas automáticas, etc.
En el segundo caso tenemos una polea de correa que es de mucha utilidad para acoplar motores eléctricos a otras máquinas (compresores, taladros, ventiladores, generadores eléctricos, sierras...) pues permite trasladar un movimiento giratorio de un eje a otro. Con este tipo de poleas se construyen mecanismos como el multiplicador de velocidad, la caja de velocidad y el tren de poleas.


Clasificación según su desplazamiento 
- Fijas: son aquellas cuyas armas se suspenden de un punto fijo (la estructura del edificio) y, por lo tanto, no sufren movimiento de traslación alguno cuando se emplean.
-Móviles:  son aquellas en las que un extremo de la cuerda se suspende de un punto fijo y que durante su funcionamiento se desplazan, en general, verticalmente.
Cuando la polea obra independientemente se denomina "simple", mientras que cuando se encuentra reunida con otras formando un sistema recibe la denominación de "combinada" o "compuesta".

Existen varios tipos de poleas, estas son:
- Poleas simples:
Cambia el sentido de la fuerza, por lo que es más fácil elevar cargas.
Sólo con una cuerda y una rueda se puede arreglar el cambio de dirección. Se fija la rueda a un soporte y se pasa una cuerda por la rueda hasta alcanzar la carga. Al tirar desde el otro extremo de la cuerda, se puede elevar la carga hasta la altura en que se halla fija la polea. El propio peso del cuerpo de la persona que tira se constituye en una ayuda.

a) Polea simple fija:
Una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga, fijar un extremo de la cuerda al soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la polea y la carga.

Una polea simple fija no produce una ventaja mecánica: la fuerza que debe aplicarse es la misma que se habría requerido para levantar el objeto sin la polea. La polea, sin embargo, permite aplicar la fuerza en una dirección más conveniente.

Se encuentra en mecanismos para el accionamiento de puertas automáticas, sistemas de elevación de cristales de automóviles, ascensores, tendales, poleas de elevación de cargas... y combinadas con poleas móviles formando polipastos.

b) Polea simple movil:
La polea movil no es otra cosa que una polea de gancho conectada a una cuerda que tiene uno de sus extremos anclado a un punto fijo y el otro (extremo movil ) conectado a un mecanismo de tracción.

La manera más sencilla de utilizar una polea es anclarla en un soporte, colgar un peso en un extremo de la cuerda, y tirar del otro extremo para levantar el peso.

La polea simple móvil produce una ventaja mecánica: la fuerza necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la fuerza que habría sido requerida para levantar la carga sin la polea. Por el contrario, la longitud de la cuerda de la que debe tirarse es el doble de la distancia que se desea hacer subir a la carga.

- Poleas compuestas:
Las poleas compuestas son aquellas donde se usan más de dos poleas en el sistema, y puede ser una fija y una móvil, o dos fijas y una móvil etc.

a) Polipastos o aparejos
El polipasto (del latín polyspaston, y este del griego πολύσπαστον), es la configuración más común de polea compuesta. En un polipasto, las poleas se distribuyen en dos grupos, uno fijo y uno móvil. En cada grupo se instala un número arbitrario de poleas. La carga se une al grupo móvil.

"La ventaja mecánica del polipasto puede determinarse contando el número de segmentos de cuerda que llegan a las poleas móviles que soportan la carga".

Debido a que tiene ganancia mecánica su principal utilidad se centra en la elevación o movimiento de cargas. La podemos encontrar en grúas, ascensores, montacargas, tensores.