Laboratorio de física

Vista previa del material en texto

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA 
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO 
 “SANTIAGO MARIÑO” 
SEDE AMPLIACIÓN SAN CRISTÓBAL 
ESCUELA: INGENIERÍA CIVIL (42) 
 
 
 
 
 
 
UNIDAD II. 10% II CORTE. LABORATORIO DE FÍSICA. 
MÁQUINAS SIMPLES. 
 
 
 
 
 
 
Autor(a): 
Vivas T. Erikna del V. C.I. V – 26.841.829 
Docente: 
Yolmar Berrios. 
ESCUELA: Ingeniería Civil (42) 
 
San Cristóbal, Mayo de 2023 
INDICE 
pp. 
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 3 
MAQUINAS SIMPLES .................................................................................................... 4 
Tipos de Máquinas simples: ........................................................................................ 4 
MOMENTO ESTÁTICO O DE PRIMER ORDEN. ........................................................... 6 
Calculo del momento estático. ..................................................................................... 7 
POLIPASTO O GARRUCHA ORDINARIA ...................................................................... 7 
BALANZA ........................................................................................................................ 7 
TORNO O RUEDA DE ÁRBOL ....................................................................................... 8 
ROCE O FRICCIÓN ....................................................................................................... 9 
POLEA FIJA Y POLEA MÓVIL ....................................................................................... 9 
POLEA FIJA .................................................................................................................. 10 
Elementos de una polea fija: ..................................................................................... 10 
Fórmula de una polea fija: ......................................................................................... 11 
POLEA MÓVIL .............................................................................................................. 11 
Elementos de una polea fija: ..................................................................................... 11 
Fórmula de la polea móvil: ......................................................................................... 12 
DIFERENCIA ENTRE POLEA FIJA Y MÓVIL .............................................................. 13 
CONCLUSIÓN .............................................................................................................. 14 
 
 
INTRODUCCIÓN 
Se denominan máquinas a ciertos aparatos o dispositivos que se utilizan para 
transformar o compensar una fuerza resistente o levantar un peso en condiciones más 
favorables, es decir, realizar un mismo trabajo con una fuerza aplicada menor, 
obteniéndose una ventaja mecánica. 
Esta ventaja mecánica comporta tener que aplicar la fuerza a lo largo de un 
recorrido (lineal o angular) mayor. Además, hay que aumentar la velocidad para 
mantener la misma potencia. Las primeras máquinas eran sencillos sistemas que 
facilitaron a hombres y mujeres sus labores, hoy son conocidas como máquinas simples. 
La rueda, la palanca, la polea simple, el tornillo, el plano inclinado, el polipasto, el 
torno y la cuña son algunas máquinas simples. La palanca y el plano inclinado son las 
más simples de todas ellas, en general, las maquinas simples son usadas para 
multiplicar la fuerza o cambiar su dirección, para que el trabajo resulte más sencillo, 
conveniente y seguro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MAQUINAS SIMPLES 
Las máquinas simples son dispositivos o herramientas que nos facilitan la 
realización de tareas, ya sea aumentando la fuerza que se aplica inicialmente o 
permitiendo cambiar su dirección. La ley de las máquinas simples explica cómo funciona 
cada una de estas máquinas. Lo que, para decirlo brevemente, significa que debes 
aumentar la distancia para ejercer menos fuerza. 
Aunque estas herramientas facilitan el trabajo, no pueden disminuir la cantidad de 
mano de obra requerida. Porque aunque puedan aumentar su fuerza o cambiar su 
rumbo, siempre es necesario un sacrificio. La relación fuerza-distancia es inversamente 
proporcional en esta situación. En otras palabras, la distancia de aplicación aumenta 
cuando se aplica una fuerza menor, mientras que la distancia disminuye cuando se 
aplica una fuerza mayor. 
Por ejemplo al aplicar la cantidad correcta de fuerza para levantar y elevar un 
objeto es necesario para elevarlo a un piso más alto ya que a mayor fuerza – menor 
distancia. Sin embargo, en lugar de levantarlo directamente, podríamos colocarlo en un 
plano inclinado y aplicar menos fuerza en una distancia más larga. 
Tipos de Máquinas simples: 
A pesar de que las máquinas simples vienen en una amplia variedad, hay seis 
tipos básicos que pueden combinarse para crear otras nuevas o modificarse 
ligeramente. 
 
1. Palanca: Este dispositivo es esencialmente una barra que está sostenida 
por un punto, a veces denominado "fulcro", y que puede girar sobre él para 
ejercer una fuerza llamada "potencia" con la que intenta vencer la 
resistencia impuesta por algún objeto. 
Podemos encontrar tres tipos de palancas las de primera, segunda y tercera clase 
todo depende de dónde se encuentre el punto de apoyo. 
2. Polea: Esta máquina se distingue por cambiar la dirección de la fuerza 
aplicada; puede transmitir fuerza entre dos ejes mecánicos que se 
encuentran en varios lugares o a través de una cuerda a un objeto que se 
encuentra en otro punto. Podemos categorizar las poleas de varias 
maneras como móviles, fijas o polipastos según su forma física o según la 
forma de sus ranuras. 
3. Plano inclinado: Debido a que un extremo del dispositivo es más alto que 
el otro, creando una pendiente, también se conoce como rampa. Esta 
inclinación hace que sea más sencillo y requiere menos fuerza para mover 
objetos a diferentes alturas; sin embargo, sacrifica la distancia por la 
fuerza, ya que cargar un objeto verticalmente requiere más fuerza en una 
distancia más corta que cargarlo usando esta rampa, que requiere menos 
fuerza en una distancia más larga. 
4. Cuña: Es esencialmente la unión de dos planos inclinados y también se 
considera una máquina simple, las cuñas se utilizan para separar un objeto 
en dos, levantarlo o apoyarlo en algún lugar porque están hechas para 
convertir una fuerza de empuje en una separación aplicando fuerza en dos 
direcciones diferentes. 
5. Tornillo: También se considera una máquina simple porque convierte la 
fuerza rotatoria en fuerza lineal. Debido a la forma en que la pendiente lo 
envuelve, se le conoce como un plano inclinado que se ha enrollado en un 
cilindro. Con este dispositivo, dos objetos pueden unirse, subirse o bajarse 
y, en algunas circunstancias, cubrirse. 
6. Rueda y eje (biela- manivela): Una rueda y un eje combinados se 
conocen como una máquina simple porque convierten el movimiento 
circular en movimiento de desplazamiento, por lo general, se aplica una 
fuerza al eje de la rueda para hacer que gire y genere una ganancia, lo que 
permite levantar o bajar objetos, transmitir la fuerza a otra rueda a través 
de una cuerda o unir las ruedas a una base, y el movimiento de personas 
y objetos. 
MOMENTO ESTÁTICO O DE PRIMER ORDEN. 
El primer momento de área, también momento estático o de primer orden es una 
magnitud geométrica que se define para un área plana. Es una fuerza aplicada con un 
punto de apoyo en un sistema estático, es decir que no está en traslación o rotación. Por 
ejemplo: Una gran piedra está siendo inclinada por una palanca hecha con un palo, pero 
todo el sistema está quieto. 
El momento estático de una fuerza, o primer momento de área, es un concepto 
similar del momento de una fuerza, es decir, área por distancia. Sin embargo en el caso 
de las áreas, es preciso fijar el punto a partirdel cual se mide la distancia. Por otro lado 
el momento estático de una superficie, es la suma de los productos de cada elemento 
de un cuerpo por su distancia a un eje. Hay momentos estáticos del peso, de la masa, 
del volumen de los cuerpos, y de áreas y de líneas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Calculo del momento estático. 
El estático o primer momento del área. (Q) simplemente mide la distribución del 
área de la sección de una viga en relación con un eje, se calcula tomando la suma de 
todas las áreas., multiplicado por su distancia desde un eje particular (Área por 
distancia). 
POLIPASTO O GARRUCHA ORDINARIA 
Un polipasto, polispasto o aparejo es una máquina compuesta por dos o más 
poleas y una cuerda, cable o cadena que alternativamente va pasando por las diversas 
gargantas de cada una de estas poleas. Se utiliza para levantar o mover una carga con 
una gran ventaja mecánica, ya que así se necesita aplicar una fuerza mucho menor que 
el peso que hay que mover. 
 
 
BALANZA 
Es una palanca de primer grado de brazos iguales que, mediante el 
establecimiento de una situación de equilibrio entre los pesos de dos cuerpos, permite 
comparar masas. Para realizar las mediciones se utilizan patrones de masa cuyo grado 
de exactitud depende de la precisión del instrumento. 
 
TORNO O RUEDA DE ÁRBOL 
El torno es un tipo de máquina simple habitualmente utilizada para mover 
verticalmente grandes pesos, fue creada aproximadamente en el 3000 A.C .Su 
configuración más sencilla tradicionalmente consta de un cilindro (generalmente de 
madera) al que se fija una cuerda, atravesado longitudinalmente por un eje de acero 
sujeto en sus extremos mediante dos argollas que permiten su giro en posición 
horizontal. Al hacer rotar el cilindro sobre el eje mediante una manivela, se enrolla la 
cuerda a la que se ha atado el peso, haciéndolo subir. 
 
 
 
 
 
 
 
El torno y el cabrestante son la misma máquina desde el punto de vista físico. En 
origen, el término genérico para designar a esta clase de máquinas es torno, siendo el 
cabrestante un tipo de torno especial, con su eje dispuesto verticalmente. Sin embargo, 
en la actualidad el término torno suele reservarse exclusivamente para los clásicos 
dispositivos con el cilindro dispuesto horizontalmente utilizados para elevar verticalmente 
cargas pesadas (por lo general, manualmente); mientras que el término cabrestante 
suele aplicarse a cualquier dispositivo motorizado capaz de recoger un cable, que se 
utiliza para arrastrar cargas tanto en vertical como en horizontal o sobre un plano 
inclinado. 
ROCE O FRICCIÓN 
La fuerza de fricción es la fuerza que existe entre dos superficies en contacto, que 
se opone al deslizamiento. Se genera debido a las imperfecciones, que en mayor parte 
son microscópicas, entre las superficies en contacto, aunque también existen fenómenos 
de interacción electrostática entre superficies. 
 
POLEA FIJA Y POLEA MÓVIL 
Las poleas tienen la labor de mantener a la correa tensa y alineada, son ruedas 
con una ranura alrededor de su propia circunferencia, una correa va a lo largo de estas 
ranuras conectando una polea con la siguiente. Se utilizan estos sistemas de poleas y 
correas cuando se desea transmitir movimiento de rotación desde un dispositivo a otro, 
o cuando las poleas cuentan con un distinto diámetro también pueden aumentar o 
disminuir el movimiento a lo largo del eje de rotación. 
POLEA FIJA 
Es un tipo de polea que se mantiene inmóvil mientras se usa. Es decir, una polea 
fija es un dispositivo mecánico que sirve para transmitir una fuerza de manera estática, 
por ejemplo, el pozo es una polea fija. Así pues, la polea fija del pozo permite transmitir 
una fuerza para sacar agua del fondo y se mantiene en el mismo sitio durante todo el 
proceso. 
La característica principal de la polea fija es que no tiene ventaja mecánica, de 
modo que la fuerza aplicada es igual al peso de la resistencia. No obstante, las poleas 
fijas permiten cambiar la dirección y el sentido de la fuerza aplicada, lo que facilita el 
levantamiento de la carga. 
Elementos de una polea fija: 
a) Potencia (P): Es la fuerza que se aplica a la polea para contrarrestar la 
carga que cuelga de la polea. Es decir, la potencia es la fuerza que se debe 
hacer para levantar la carga. 
b) Resistencia (R): Es la fuerza que ejerce la carga que queremos mover con 
la polea. O dicho de otra manera, es la fuerza que debemos vencer. 
c) Tensión (T): Es la fuerza que ejerce el soporte sobre la polea para 
sujetarla. El valor de la fuerza de tensión es equivalente a la suma vectorial 
de la potencia y la resistencia. 
 
 
 
 
 
Fórmula de una polea fija: 
En una polea fija el esfuerzo transmitido es equivalente a la resistencia de la 
carga. Por lo tanto, la fórmula de una polea fija es que la potencia es igual a la resistencia 
(P=R). 
P=R 
La fórmula de la polea fija se puede deducir de la segunda condición de equilibrio. 
Como la potencia y la resistencia son fuerzas paralelas y están a la misma distancia del 
centro de la polea, al aplicar la segunda condición de equilibrio se obtiene que las dos 
fuerzas deben ser equivalentes. Por lo tanto, en una polea fija no hay ganancia 
mecánica, sino que la función de la polea fija es simplemente cambiar la dirección o el 
sentido de la fuerza aplicada. Esto es más útil de lo que parece ya que, por ejemplo, 
permite levantar un objeto haciendo una fuerza hacia abajo. 
POLEA MÓVIL 
Es una polea que se mueve durante su funcionamiento. Es decir, una polea móvil 
es un tipo de polea que no está fija mientras se usa, en general, las poleas móviles tienen 
un extremo fijo y el otro extremo móvil, lo que les permite moverse mientras se aplica 
una fuerza para vencer la carga que cuelga de su eje. 
La principal característica de la polea móvil es que proporciona una ventaja 
mecánica, es decir, reduce el esfuerzo que se debe hacer para levantar una carga. En 
concreto, la polea móvil reduce a la mitad la fuerza que se debe ejercer, además, la 
polea móvil es considerada como una máquina simple, ya que permite cambiar la 
dirección y la magnitud de una fuerza. De hecho, todos los tipos de poleas son máquinas 
simples. 
Elementos de una polea fija: 
a) Potencia (P): Es la fuerza que se aplica a la polea para contrarrestar la 
carga que cuelga de ella. Es decir, la potencia es la fuerza que se debe 
hacer para levantar la carga. 
b) Resistencia (R): Es la fuerza que ejerce la carga que queremos mover con 
la polea. O dicho de otra manera, es la fuerza que debemos vencer. 
c) Tensión (T): Es la fuerza que ejerce el soporte sobre la polea para 
sujetarla. En las poleas móviles, el valor de la fuerza de tensión es 
equivalente a la potencia. 
 
 
Fórmula de la polea móvil: 
En una polea móvil, la potencia es equivalente a la mitad de la resistencia. Por lo 
tanto, la fórmula que caracteriza las poleas móviles es P=R/2, que significa que la fuerza 
que se debe hacer para levantar una carga es igual a la mitad de su peso. 
𝑷 =
𝑹
𝟐
 
Además, la fuerza de tensión que ejerce el soporte para aguantar la polea móvil 
y la carga equivale a la potencia aplicada. 
T=P 
Y, en consecuencia, la resistencia que hace la carga se puede calcular sumando 
el valor de la fuerza de tensión y de la potencia: 
R=T+P 
Todas estas fórmulas se obtienen aplicando las condiciones de equilibrio a la 
polea móvil, así que estas ecuaciones solo se cumplen si la polea está en equilibrio 
mecánico. 
DIFERENCIA ENTRE POLEA FIJA Y MÓVIL 
 
CONCLUSIÓN 
Cuando hablamos de máquinas se nos vienen a la cabeza miles de pensamientos 
a los cuales relacionamos con máquinas de café, máquinas de musculación, máquinas 
industriales, etc. Pero las máquinas son mucho más complejas y las hay de todo tipo; 
dentro del mundo de las máquinas encontramos divisiones que se dan a partir de 
aplicaciones, dentro de estas divisionestenemos el rubro de las máquinas simples. 
Las máquinas se conocen como un conjunto de mecanismos que son capaces de 
transformar una fuerza aplicada en otra saliente, habiendo modificado previamente la 
dirección o sentido, la magnitud de la fuerza o una combinación de ellas. 
Las máquinas simples cumplen con lo que se denomina como conservación de 
energía; ésta última no se crea ni se destruye, simplemente se transforma. En física se 
dice que la fuerza por el espacio aplicado, lo que se denomina trabajo aplicado, debe 
ser igual a la fuerza por el espacio resultante, que se conoce como trabajo resultante. 
Una definición muy común de máquina simple es “un artefacto que no crea ni 
destruye el trabajo mecánico, sino que tiene como fin transformar algunas de sus 
características”.