Conceptos Fundamentales de Máquinas: Trabajo, Potencia y Clasificación Mecánica

Fundamentos de las Máquinas y su Funcionamiento

Podríamos enumerar una infinidad de artefactos, desde los más simples hasta los más complejos, hechos por los humanos con el objetivo de satisfacer sus necesidades con el menor esfuerzo posible. Todos estos objetos son máquinas.

Las máquinas son un conjunto de elementos interconectados y capaces de transformar una energía de entrada en trabajo útil o que transforman información (info). Producen efectos muy diferentes, como un secador que transmite aire tanto frío como caliente, o un coche que se mueve, etc. Para levantar un objeto con menos esfuerzo se podría hacer con ayuda de una cuerda o una tabla.

Conceptos Físicos Fundamentales

Trabajo (W)

La fuerza y la distancia son los factores que intervienen en el trabajo.

W = F × d

• W = Trabajo (Unidad: 1 Julio)
• F = Fuerza (Unidad: 1 Newton)
• d = Distancia (Unidad: 1 metro)

Potencia (P)

La potencia indica la rapidez con la que se puede realizar un trabajo.

P = W / t

• P = Potencia (Unidad: 1 Vatio)
• W = Trabajo (Unidad: 1 Julio)
• t = Tiempo (Unidad: 1 segundo)

Componentes Esenciales de una Máquina

1. Estructura

   Es la parte donde van fijadas todas las demás. Permite que la máquina resista su peso y los posibles movimientos durante su funcionamiento, dándole soporte para trabajar correctamente. Es el esqueleto de la máquina.

2. Motor

   Es el alma de las máquinas, el que genera el movimiento. El motor de un juguete o el de un tractor no son iguales, pero cumplen funciones similares.

3. Elementos Transmisores y Transformadores del Movimiento

   Son los que se ocupan de transmitir la fuerza y el movimiento desde el motor hasta las partes de la máquina que lo necesitan, como las poleas.

4. Circuitos y Elementos de Control

   Son los que se ocupan de poner en marcha o detener la máquina y de variar sus condiciones de trabajo (ej. circuitos neumáticos).

Clasificación de las Máquinas

1. Según el tipo de transformación:
   • Energética (ej. coche)
   • De Información (ej. ordenador)
2. Según su ámbito de uso:
   • En el hogar (ej. afeitadora, batidora)
   • En el transporte (ej. coche)
   • Agricultura (ej. tractor)
   • En la industria (ej. robot)
3. Según si hay o no movimiento:
   • Dinámicas (ej. lavadora)
   • Estáticas (ej. teléfono)

Rendimiento

El rendimiento es el cociente entre el trabajo útil y la energía de entrada.

n = (Trabajo útil / Energía de entrada) × 100

Las Máquinas Simples: Principios de Ahorro de Esfuerzo

Las máquinas simples son dispositivos sencillos que se basan en principios físicos elementales y sirven para ahorrar esfuerzo a los seres humanos.

• La Palanca

  Barras o elementos rígidos que se apoyan sobre un punto de apoyo (fulcro). Cuando se utiliza, aplicamos la fuerza en un punto de la barra para actuar sobre una carga, lo que origina un giro sobre el punto de apoyo. La fuerza aplicada debe ser igual a la carga (en equilibrio). Ejemplos: Tijeras, cascanueces, pala.

• El Tornillo

  Se utiliza como elemento de unión o, como en el tornillo de Arquímedes, para elevar materiales. Al girar el tornillo en el interior de una tuerca, este se va introduciendo en ella. El tornillo es esencialmente un plano inclinado que se enrolla sobre una superficie cilíndrica.

• La Rueda

  Considerado uno de los inventos más importantes del ser humano. La rueda se ha transformado hasta alcanzar su forma actual y se utiliza no solo para el transporte, sino también para otras aplicaciones como el torno.

• La Polea

  Es una rueda con una ranura por la cual se hace pasar una cuerda o una correa. Es una palanca de primer grado. Las poleas se combinan para disminuir la fuerza necesaria y reciben el nombre de poleas escalonadas (o polipastos, dependiendo de la configuración).