¿Qué es una máquina simple?
Una máquina simple es un dispositivo con pocas o ninguna pieza móvil que se utiliza para modificar el movimiento y la magnitud de una fuerza para realizar un trabajo fácilmente. Esto se consigue:
- Transfiriendo fuerza de un punto a otro
- Cambiando la dirección de una fuerza
- Aumentando la magnitud de la fuerza
- Aumentando la velocidad o la distancia de la fuerza
El único propósito de las máquinas simples es facilitar el trabajo. Si no existieran, algunas tareas serían incluso imposibles. Existen seis máquinas simples, que son:
- Cuña
- Polea
- Tornillo
- Plano inclinado
- Palanca
- Rueda y eje
Pueden utilizarse solas o combinadas. Una cosa importante a tener en cuenta sobre las máquinas simples es que no reducen o amplían la fuerza suministrada sobre ellas, sino que utilizan la fuerza que se les aplica.
1. Cuñas
Una cuña es una máquina simple formada por dos planos inclinados y se parece mucho a un plano inclinado o a una rampa. Uno de sus extremos suele ser grueso, mientras que el otro es afilado. Las cuñas facilitan el trabajo aumentando la distancia sobre la que se mueve un objeto y disminuyendo la fuerza. Los bordes más largos facilitan el trabajo que los más cortos, ya que tienen una ventaja mecánica adicional. Las cuñas se utilizan para diferentes fines, como cortar, unir y apretar objetos.
El ser humano lleva millones de años utilizando cuñas. En la antigüedad, se utilizaban para cazar, cortar árboles y tallar piedras. El hacha también es una de las antiguas cuñas fabricadas por el hombre.
Una de las aplicaciones de las cuñas en la vida real son los coches modernos y los aviones. Suelen tener partes delanteras puntiagudas que les ayudan a cortar el aire con menos resistencia.
Existen dos tipos de cuñas: las simples y las dobles.
Ejemplos de cuñas son las hachas, las motosierras, los cuchillos y las tijeras.
2. Tornillo
Un tornillo es un plano inclinado que envuelve un cilindro. También tiene crestas a su alrededor, también conocidas como roscas. La distancia entre una rosca y la otra suele ser la misma en un tornillo.
Los tornillos sirven para sujetar o unir cosas. Los pequeños se pueden quitar fácilmente con un destornillador. Los tornillos no son lo mismo que los clavos (estos últimos no tienen rosca). En los primeros tiempos, los tornillos eran de madera y se utilizaban sobre todo para prensar ropa, alambre y aceite de oliva.
Hoy en día, están hechos de materiales metálicos y son más resistentes.
También tienen varias aplicaciones. Los tornillos funcionan convirtiendo el movimiento lineal en movimiento de rotación.
Tipos de tornillos:
- Tornillo
- Broca
3. Rueda y eje
La rueda y el eje son unas de las máquinas simples más utilizadas y existen desde hace mucho. Antes de su invención, había muchas limitaciones en el transporte, sobre todo cuando había que llevar mercancías pesadas a distancias más largas. Una rueda y un eje es una máquina simple compuesta de un disco con un agujero (rueda) y una varilla que lo atraviesa (eje).
En la antigüedad, se utilizaban para sacar agua de un pozo. Facilita el trabajo cambiando la distancia sobre la que se aplica la fuerza. La rueda y los ejes giran simultáneamente. Esto significa que ambos completarán una rotación empleando el mismo tiempo. Como los dos tienen radios diferentes, la distancia que recorren en el mismo tiempo es distinta. Esto es lo que proporciona la ventaja mecánica. Se aplica una pequeña cantidad de fuerza a la rueda, que se transforma en una fuerza mayor en el eje.
La rueda también reduce significativamente la fricción cuando se mueve un objeto, lo que facilita el trabajo. La innovación de la rueda y el eje llevó a la construcción de varios objetos, como carros y cuadrigas, que facilitaron el transporte. Además de reducir la fricción, una rueda y un eje también multiplican la fuerza. Esto significa que cuando se aplica fuerza a la rueda, ésta se transmite al eje y es aún mucho mayor. Una rueda y un eje pueden funcionar de dos maneras:
- Fuerza aplicada sobre la rueda
- Fuerza aplicada sobre el eje
4. Planos inclinados
Un plano inclinado es exactamente lo que su nombre indica. Es una superficie con un lado más elevado y otro más bajo. Es decir, una rampa.
Esta sencilla máquina conecta un nivel inferior con otro superior, facilitando el movimiento de objetos. La superficie inclinada soporta parte del peso de un objeto mientras se desplaza hacia arriba, haciendo que utilice menos fuerza. Sin embargo, el objeto debe desplazarse a una distancia mayor de la que lo haría sobre una superficie recta. Un objeto utilizará menos fuerza para moverse hacia arriba en un plano inclinado con una pendiente más gradual.
Una de las aplicaciones más comunes de los planos inclinados es subir objetos pesados a un camión utilizando una rampa. Se necesita menos fuerza para introducir el objeto en el vehículo, a cambio de recorrer una distancia mayor.
Otros tipos de planos inclinados son:
- Rampa para sillas de ruedas
- Tobogán
- Techo inclinado
5. Poleas
Una polea suele tener una rueda y una cuerda que pasa por su llanta. Una polea es una polea con una llanta acanalada. Una polea es una máquina sencilla que facilita la elevación de objetos pesados.
Para levantar objetos, una persona suele tirar hacia abajo de un lado de la cuerda, lo que hace que el otro lado se mueva hacia arriba. Puede tener una o varias ruedas. Una polea con más de una rueda facilita aún más el trabajo, ya que aumenta la fuerza que tira de un lado de la cuerda.
Las poleas pueden utilizarse solas o combinadas para mover objetos. El uso de las poleas está muy extendido y, si eres lo suficientemente perspicaz, es posible que observes algunas a tu alrededor como en:
- Polea de pozo
- Grúa
- Motor
- Asta de bandera
- Bulldozer
- Escalera mecánica
Los tres tipos de poleas son:
- Poleas fijas: el tambor está fijo.
- Poleas móviles: el tambor se mueve cuando la carga lo hace.
- Sistemas compuestos: un sistema compuesto de poleas fijas y móviles.
6. Palancas
Una palanca facilita el trabajo minimizando la cantidad de fuerza necesaria para levantar la carga o mover objetos alargando la distancia en la que actúa la fuerza. Las palancas no aumentan ni disminuyen la cantidad de energía necesaria para mover o levantar objetos. En cambio, distribuyen el esfuerzo aplicado sobre ellos en una distancia mayor.
Algunos tipos comunes de palancas son las carretillas, los balancines y las tijeras. Existen tres tipos de palancas:
Palanca de primera clase
Tienen un punto de apoyo en el centro, entre la carga y el esfuerzo, lo que les permite equilibrarse y moverse con facilidad, hacia arriba y hacia abajo. Podemos encontrarlas en balancines, alicates o balanzas.
Palanca de segunda clase
La carga se encuentra entre el punto de apoyo y el esfuerzo. Los abrebotellas y las carretillas son algunos ejemplos de palancas de segunda clase.
Palanca de tercera clase
El esfuerzo está entre el punto de apoyo y la carga. Ejemplos de estas palancas son un par de pinzas, una caña de pescar y una escoba.
¿Qué máquinas simples hay en una bicicleta?
Muchas de las máquinas que tenemos hoy en día son una combinación de varias máquinas simples, la bicicleta incluida:
- Rueda y eje: los pedales, el casete, las ruedas y el plato.
- Poleas: mecanismo de frenado, transmisión, mecanismo de cambio y cadenas en las marchas.
- Palancas: manillar, frenos y cambio de marchas.
- Planos inclinados: kit de reparación de neumáticos, dientes de los platos y tornillos que los sujetan.
Ejemplos de máquinas simples en el mundo real
Las máquinas simples nos rodean por todas partes. Gran parte de las cosas que usamos a diario está formada por una sola máquina simple, o de varias de ellas unidas para formar una máquina compleja.
Éstas son algunas de las máquinas simples más comunes que se encuentran en el mundo real:
- Sacapuntas - Un sacapuntas está formado por dos máquinas simples: la rueda y el eje y la cuña.
- Martillo - Un martillo es un ejemplo de palanca cuando se utiliza para clavar clavos en madera. También cuando los saca.
- Rueca - Una rueca es un ejemplo de rueda y eje. Se utiliza para convertir la fibra en hilo y existe desde la antigüedad.
- Relojes - Un reloj también es un ejemplo de rueda y eje. Algunos relojes están formados por palancas, poleas y cuñas, lo que los convierte en máquinas complejas.
¿Por qué son importantes las máquinas simples?
Imagínate lo que pasaría si no existieran las máquinas simples. Transportar equipaje pesado sería una pesadilla. No existirían los objetos que utilizamos a diario, y realizar incluso las tareas más sencillas sería muy difícil. Por suerte, las máquinas simples son fáciles de conseguir y nos permiten realizar cualquier tarea sin esfuerzo.
Al igual que sus nombres, las máquinas simples son sencillas. Algunas se utilizan solas, mientras que otras forman parte de grandes máquinas. Algunas máquinas simples aumentan la velocidad y la distancia de una fuerza, haciendo que las cosas se muevan más rápido y más lejos.
Otras cambian la dirección de la fuerza y hacen que las cosas se muevan en direcciones diferentes. Otras máquinas simples aumentan la fuerza aplicada y permiten levantar objetos muy pesados, lo que no sería posible sin ellas.
Ejemplos de máquinas simples en casa
La mayoría de las máquinas que se utilizan en casa parecen complejas, pero cuando se descomponen en piezas individuales, están formadas por varias máquinas simples. Éstas son algunas de las máquinas simples que encontramos en casa:
Planos inclinados
- Escaleras
- Rampas
Cuñas
- Tenedores
- Ralladores de queso
- Peladores de verduras
- Abrecartas
- Chinchetas
Tornillos
- Casquillo de bombillas
- Sacacorchos
- Tapas de tarro
Palancas
- Tijeras
- Serruchos
- Pinzas
- Cortauñas
Polea
- Pozos
- Persianas
Ruedas y ejes
- Coches
- Ventiladores
- Juguetes
- Carretes de pesca
- Bisagras de puertas
¿Cómo facilitan el trabajo las máquinas simples?
Las máquinas simples facilitan el trabajo transformando el trabajo de una parte a otra de un dispositivo. También generan fuerza y controlan su movimiento y dirección sin crear energía.
La función de una máquina simple se mide por dos factores: su eficiencia y su ventaja mecánica. La eficiencia se refiere a lo bien que convierte la energía de entrada en energía valiosa y útil.
La entrada de energía debería ser igual a la salida de energía. Sin embargo, no siempre es así, ya que parte de la energía se desperdicia a través del calor y la fricción.
La ventaja mecánica es la medida de la relación entre la fuerza de salida y la fuerza de entrada.
