Las máquinas simples son dispositivos mecánicos básicos que permiten cambiar la intensidad o la dirección de una fuerza. Por ejemplo: palanca, polea, rueda, tornillo, plano inclinado y cuña.
Las máquinas simples sirven para que el trabajo demande menos esfuerzo y que resulte entonces más sencillo y, en ocasiones, también más seguro.
Las máquinas simples aprovechan algunos principios físicos básicos y tienen un único punto de apoyo que va variando. No escapan a la ley de la conservación de la energía: en la máquina simple, la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
A tener en cuenta: Las máquinas simples se contraponen a las máquinas compuestas, que son las que combinan dos o más máquinas simples. Por ejemplo: la grúa, el automóvil, el tobogán.
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Tipos de máquinas simples
Según la clasificación tradicional, las máquinas simples son:
- 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. Por ejemplo: el carro de mano.
- Palanca. Es una barra rígida que puede girar alrededor de un punto de apoyo. Se utiliza para multiplicar la fuerza aplicada en un extremo para levantar una carga en el otro extremo. La fuerza que se aplica en la palanca recibe el nombre de fuerza motriz o potenciay la fuerza que se vence se conoce como resistencia. La longitud de la palanca es importante para vencer la resistencia. Por ejemplo: el sube y baja.
- Polea. Es una rueda con un canal por donde 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 para subir objetos pesados a cierta altura y para cambiar la dirección. Existen poleas simples y otras formadas por varias ruedas llamadas aparejos. Por ejemplo: el aljibe.
- Plano inclinado. Es una superficie plana que se encuentra inclinada respecto a la horizontal. Facilita el movimiento de objetos pesados hacia arriba o hacia abajo con menos esfuerzo. Por ejemplo: la rampa.
- Cuña. Es un cuerpo donde convergen dos planos inclinados algo afilados, se crea así un punto de contacto lacerante, que permite cortar o rasgar objetos sólidos. Por ejemplo: el hacha.
- Tornillo. Es 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. Convierte la fuerza rotacional en fuerza lineal. Por ejemplo: el sacacorchos.
Importante: Algunas fuentes toman también dentro de este grupo al torno, dado que está formado por un cilindro que enrolla una cuerda. Sin embargo, también se puede ver como una máquina compuesta, en tanto suele tener una palanca que permite operarlo.
Ejemplos de máquinas simples
- Tobogán (plano inclinado). Es un plano inclinado que permite que los niños se deslicen hacia abajo por la fuerza de la gravedad.
- Sube y baja (palanca). Es una palanca de primer género con un punto de apoyo en el centro, que permite que un lado suba cuando el otro baja.
- Engranaje (rueda). Es una rueda dentada que hace que un objeto pueda moverse más rápida o lentamente, por medio de la manipulación de la fuerza necesaria para moverlo.
- Hacha (cuña). Es una cuña generalmente de metal que se utiliza para separar o lacerar leña, entre otras cosas.
- Aljibe (polea). Es una polea que se utiliza para subir o bajar un balde y buscar agua en el fondo de un pozo.
- Tornillo sinfín (tornillo). Es un tornillo helicoidal que encaja con un engranaje dentado, llamado corona. Cuando gira consigue introducir la rosca en una madera, logrando así mantener dos cosas unidas.
- Cascanueces (palanca). Es una palanca de combinación de potencia y resistencia, que permite aplicar la fuerza sobre el punto exacto para partir la nuez.
- Balanza romana (palanca). Es un instrumento que mide masas y que fundamentalmente se basa en palancas.
- Cuchillo (cuña). Es una cuña metálica con uno o dos bordes afilados y con un mango por el cual se sostiene, que se utiliza para cortar cosas, como la comida.
- El carro de mano (rueda). Es una herramienta de transporte manual que consiste en una plataforma o recipiente montado sobre una o más ruedas, que permiten al usuario empujar o tirar de él.
- Abridor de botellas (palanca). Usa una palanca para levantar la tapa de la botella con menos esfuerzo.
- Rodillo de pintura (rueda). Utiliza el principio de la rueda y el eje para distribuir, con menos esfuerzo, la pintura de manera uniforme sobre una superficie.
- Rampa de cargas (plano inclinado). Utiliza el plano inclinado para cargar mercancías en camiones, reduciendo la cantidad de esfuerzo necesario para elevar los objetos.
- Escalera (plano inclinado). Utiliza el plano inclinado para convertir un gran desplazamiento vertical en una serie de desplazamientos más pequeños, facilitando la subida.
- Sacacorchos (tornillo). Usa un tornillo para perforar el corcho y extraerlo de la botella mediante una rotación.
- Martillo (palanca). Está compuesto por un mango y una cabeza. Su mango actúa como una palanca para incrementar la fuerza que se aplica en la cabeza, facilitando clavar clavos.
- Polea fija de gimnasio (polea). Es una polea que cambia la dirección de la fuerza aplicada, facilitando los ejercicios de levantamiento de peso.
- Trineo (plano inclinado). Utiliza el principio del plano inclinado, facilitando el movimiento mediante la conversión de la energía potencial en energía cinética.
- Cincel (cuña). Es una cuña diseñada para cortar o labrar una superficie, a través de golpes de un martillo.
- Pala (palanca). Usa el mango como una palanca para levantar y mover tierra con mayor facilidad.
Ejemplos de máquinas compuestas
A continuación se muestran ejemplos de máquinas compuestas fabricadas a partir de dos o más máquinas simples:
- Noria (rueda y polea). Permite extraer agua mediante el principio fundamental del rosario hidráulico. Se coloca parcialmente sumergida y, por medio del movimiento continuo, habilita la extracción de agua.
- Bomba de agua (palanca y tornillo). Es un dispositivo que eleva, transfiere y comprime líquidos. Utiliza los principios fundamentales ligados a la presión.
- Grúa (polea, palanca y rueda). Consigue levantar peso por medio de una viga, mediante el efecto palanca. De esta manera, se requiere de una menor cantidad de fuerza, porque se manipula con poleas sobre un pivote giratorio que permite el movimiento horizontal. Es indispensable para el rubro de la construcción.
- Carretilla (rueda y palanca). Consigue distribuir el peso orientándolo hacia la llanta, lo que hace que se pueda soportar un peso mucho mayor con el único esfuerzo de empujarla. Es habitual en el área de la construcción.
- Tijeras (palanca y cuña). Es un 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.
- Caña de pescar (palanca y polea). Tiene una palanca que manipula la fuerza y utiliza el brazo humano como punto de apoyo. El perfeccionamiento de las cañas de pesca fue haciendo cada vez menos trabajosa la tarea.
- Guillotina (plano inclinado y cuña). Está formada por una cuchilla muy afilada que se desliza por un plano inclinado. Hoy se emplea más que nada para cortar una cantidad grande de papeles a la vez.
- Manivela (palanca y rueda). Es una 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 (rueda, palanca y polea). Aplica el fundamento de la rueda y eje para permitir el desplazamiento de la carga, es decir, la persona que va en la bicicleta.
- Tenaza (dos palancas). Está compuesta por dos brazos que actúan como una palanca, de aplicación similar a la tijera.
Historia de las máquinas 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. Primero se fueron diseñando ciertos utensilios, que después se fueron perfeccionando y es así como surgieron las primeras máquinas simples.
Esas primeras máquinas funcionaron casi como una extensión de las manos humanas: fueron instrumentos de madera para cavar, rocas afiladas para cortar y otros. Sin duda, produjeron importantes cambios en la historia del hombre y en su relación con el trabajo.
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Referencias
- Cromer, A. (2006). Física en la ciencia y en la industria. Editorial Reverté.
- Jensen, Maroto Centeno, J. A. (s/f). Introducción a las máquinas simples y compuestas. Universidad de Jaén. https://web.archive.org/
- Strandh, S., & Muñoz, J. F. (1984). Historia de la máquina. Raíces.
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