Fundamentos de Mecánica: Trabajo, Potencia y Máquinas Simples

Conceptos Fundamentales de Energía y Trabajo

El trabajo forma parte de la transferencia de energía entre cuerpos. Cuando intercambian energía, lo hacen de dos formas:

• Mecánica: Realización de un trabajo.
• Térmica: A través del calor.

Realizar trabajo implica ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que este se desplace en la misma dirección que la fuerza. Por tanto, el trabajo depende de la fuerza aplicada y del desplazamiento.

Trabajo y Fuerza de Rozamiento

La fuerza de rozamiento es una fuerza que se opone al movimiento. Surge al tratar de desplazar un objeto que se encuentra sobre otro; por tanto, el rozamiento es negativo, razón por la cual el cuerpo gasta energía cuando se desplaza.

La Potencia

La potencia es la magnitud que relaciona el trabajo con el tiempo empleado para realizarlo. A través del trabajo, se puede relacionar la potencia con la fuerza y la velocidad. En el mundo del motor, se utiliza otra unidad para medir la potencia: el caballo de vapor.

Máquinas Simples: La Palanca

La palanca es una barra rígida que oscila sobre un punto de apoyo por la acción de dos fuerzas contrapuestas: fuerza y resistencia. Sus elementos importantes son:

1. Fuerza aplicada.
2. Resistencia a vencer.
3. Brazo de fuerza: distancia entre el punto de fuerza y el de apoyo.
4. Brazo de resistencia: distancia entre el punto de resistencia y el punto de apoyo.

La ley de la palanca establece que: Fuerza × su brazo = Resistencia × el suyo.

Tipos de Palancas

• Palanca de 1.er grado: Sitúa la carga a un lado del punto de apoyo y el esfuerzo al otro. Es muy común y de gran utilidad para vencer grandes resistencias con pequeñas fuerzas, permitiendo aumentar la amplitud del movimiento.
• Palanca de 2.º grado: La carga se sitúa entre el punto de apoyo y el esfuerzo. El brazo de fuerza es mayor que el de resistencia, lo que siempre genera ganancia mecánica.
• Palanca de 3.er grado: Sitúa el esfuerzo entre el punto de apoyo y la carga. El brazo de la carga es mayor que el de la fuerza. No ofrece ganancia mecánica, pero permite conseguir grandes desplazamientos de resistencia con pequeños desplazamientos de fuerza. Es el sistema mecánico que forma parte de la naturaleza en los vertebrados.

Poleas y Polipastos

La polea es una rueda con una ranura que gira alrededor de un eje, por la cual pasa una cuerda que vence una resistencia de forma cómoda. Permite elevar pesos hasta cierta altura y es un sistema de transición lineal, ya que el movimiento de entrada y salida es lineal.

• Polea fija: Una polea fijada a un lugar; la fuerza aplicada es igual a la resistencia.
• Polea simple (móvil): Dos poleas, una fija y otra móvil. La fuerza para vencer la resistencia es la mitad, permitiendo elevar más peso con menos esfuerzo.
• Polipasto: Construido por dos o más grupos de poleas (unas fijas y otras móviles). A mayor número de poleas, el mecanismo es más complejo y reduce el esfuerzo para levantar una carga. Se usan para elevar cargas muy pesadas; por ejemplo, si tiene 3 poleas fijas y 3 móviles, el esfuerzo es una sexta parte de la resistencia.

Sistemas de Ruedas

• Sistema de ruedas o poleas: Dos o más ruedas en contacto directo o mediante correas.
• Ruedas de fricción: Dos o más ruedas en contacto directo. La primera se llama motriz y transmite el movimiento a la rueda conducida (arrastrada por la primera), manteniendo el mismo sentido de giro.