Física del movimiento: Palancas

Objetivos de la clase Aplicar la noción de torque en máquinas simples como la palancas. Reconocer las diferencias entre tipos de palancas.

Máquinas simples Una máquina simple utiliza el torque para su funcionamiento. La idea es manipular las variables del torque en beneficio de mejorar la eficiencia de la tarea por realizar de una máquina. Se pretende encontrar una ganancia o ventaja mecánica. 3

Ventaja mecánica Es el cuociente entre la fuerza de salida y la fuerza de entrada en una máquina simple. A la fuerza de salida se le denomina, habitualmente, carga o resistencia y a la de entrada esfuerzo.

Palanca La palanca es una máquina simple que tiene como función transmitir una fuerza y un desplazamiento. Está compuesta por una barra rígida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo1 llamado fulcro. Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o la distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza. 5

Palanca 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. También la llamamos fuerzas de entrada. 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; por lo tanto, corresponde a la fuerza de salida. La fuerza de apoyo: 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. Brazo de potencia (Bp): 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.

Ley de la palanca La ley que relaciona las fuerzas de una palanca en equilibrio se expresa mediante la ecuación:

Tipos de palanca Según las posiciones relativas que tengan las fuerzas y el fulcro, se definen tres clases de palancas: Primera clase: el fulcro se encuentra entre ambas fuerzas Segunda clase: la carga está entre el fulcro y el esfuerzo. Tercera clase: el esfuerzo está entre el fulcro y la carga.

Palanca de primera clase En la palanca de primera clase, el fulcro se encuentra situado entre la potencia y la resistencia. Se caracteriza en que la potencia puede ser menor que la resistencia, aunque a costa de disminuir la velocidad transmitida y la distancia recorrida por la resistencia. Para que esto suceda, Bp ha de ser mayor que Br.

Palanca de segunda clase En la palanca de segunda clase, la resistencia se encuentra entre la potencia y el fulcro. Se caracteriza en que la potencia es siempre menor que la resistencia, aunque a costa de disminuir la velocidad transmitida y la distancia recorrida por la resistencia.

Palanca de tercera clase En la palanca de tercera clase, la potencia se encuentra entre la resistencia y el fulcro. Se caracteriza en que la fuerza aplicada es mayor que la resultante; y se utiliza cuando lo que se requiere es ampliar la velocidad transmitida a un objeto o la distancia recorrida por él.

Ejemplo: Represente con un esquema de barra rígida las siguientes palancas presentes en el cuerpo humano.

Ejercicio: Identificar potencia, resitencia, punto de apoyo y tipo de palanca presente en los siguientes mecanismos 13

¿A qué tipo de palanca corresponde la articulación temporomandibular? 14

Ejercicio 1 Con la carretilla de la figura queremos transportar dos sacos de cemento de 50 kg cada uno. A partir de los datos dados en la figura, responda: ¿De qué tipo de palanca se trata? Calcular la fuerza que hay tenemos que ejercer para poder transportar los sacos de cemento en la carretilla. ¿Cuál es la ventaja mecánica del sistema?

Ejercicio 2 Con los alicates de la figura queremos cortar un alambre que opone una fuerza de 2 N. ¿De qué tipo de palanca se trata? Calcular la fuerza que hay que aplicar con la mano en el mango de los alicates para poder cortar el alambre. ¿Cuál es la ventaja mecánica del sistema?

Ejercicio 3 Con la palanca dibujada queremos subir una piedra de una masa de 15 Kg: ¿De qué tipo de palanca se trata? ¿Qué fuerza hay que ejercer para poder levantar la piedra? ¿Cuál es la ventaja mecánica del sistema?