Catálogo de Actividades de Rockbotic

Comenzamos aprendiendo a manejar máquinas simples. Como su propio nombre indica, estos mecanismos son sencillos y, sin embargo, son los elementos básicos e indispensables de cualquier tipo de artilugio que realice movimientos.

La serie la componen las siguientes entradas:

1. La palanca (esta página)
2. Biela-manivela
3. La polea (parte 1)
4. La polea (parte 2)

Las primeras clases las dedicaremos a interiorizar la función de estos elementos discretos que nos permitirán, entre otras cosas: transmitir y convertir fuerzas y desplazamientos y transformar un tipo de movimiento en otro. Una buena definición sería:

«Una máquina simple es un artefacto mecánico que transforma un movimiento en otro diferente, valiéndose de la fuerza recibida para entregar otra de magnitud, dirección o longitud de desplazamiento distintos a la de la acción aplicada.»

Más adelante, combinando los distintos tipos de máquinas simples seremos capaces de construir  una gran diversidad de mecanismos que aplicaremos en la creación de nuestros robots.

Las máquinas simples constituyen las primeras herramientas del hombre y surgieron cuando el  homo sapiens empezó a inventar.

Comencemos con el más elemental de ellos:

LA PALANCA

La palanca es una máquina simple cuya función es transmitir fuerza y desplazamiento. Está compuesta por una barra rígida y un punto de apoyo en el que ésta puede girar libremente.

Posiblemente esta fuese la primera máquina simple utilizada por el hombre pues con elementos comunes en la naturaleza tales como un palo, haciendo la función de barra rígida, y una piedra, de punto de apoyo, nuestros antepasados crearon este tipo de mecanismo.

En la palanca actúan tres fuerzas:

• La potencia, es la fuerza que aplicamos. Por ahora esta fuerza la aplicamos con nuestro esfuerzo pero más adelante usaremos motores que harán el trabajo por nosotros.
• La resistencia, es la fuerza generada por el objeto que queremos mover .
• La fuerza de apoyo es aquella ejercida entre el punto de apoyo y la barra.

Ya tenemos el conocimiento básico necesario para crear y usar una palanca, el mismo que tenían nuestros ancestros cuando la utilizaban: «si apoyo el palo en la piedra puedo mover objetos pesados colocados ahí si aprieto aquí». Pero vamos a profundizar un poquito más aprendiendo algunos conceptos avanzados.

Continuamos ahora con la ley de la palanca. Sigue leyendo.

LA LEY DE LA PALANCA

Esta ley nos da la relación entre la fuerza aplicada, la resistencia y las distancias de ambas fuerzas al punto de apoyo:

F x Df = R x Dr

Donde F es la fuerza aplicada, Df es la distancia de la fuerza aplicada al punto de apoyo, R es la resistencia y Dr es la distancia de la resistencia al punto de apoyo.

Para entender qué implica esta ley vamos a poner un ejemplo:

Si tenemos una barra de 4 metros, apoyada en la mitad de su longitud y quisiésemos levantar una resistencia de 30 Newtons (unos 3 Kg de masa), según esta ley deberíamos ejercer una fuerza de 30 Newtons, es decir, si las distancias son iguales la fuerza que debemos aplicar es igual a la resistencia . Podríamos pensar que la palanca no nos ayuda y en este caso así es.

Pero si colocamos la misma barra apoyada a un metro de la resistencia y a tres de nuestra fuerza nos damos cuenta que para levantar y vencer la resistencia de 30N sólo tenemos que aplicar 10N, lo que significa que para levantar, aproximadamente, 3Kg de masa tan sólo necesitamos 1Kg, luego nuestra palanca nos ha dividido entre tres nuestro esfuerzo. La palanca pues nos ayuda a reducir la fuerza aplicada pero a costa de tener que realizar una mayor amplitud de movimiento.

Siendo ya expertos en palancas vamos a pasar a construir una con piezas de Lego.

CONSTRUCCIÓN DE UNA PALANCA

Para empezar vamos a construir la estructura que hará de base a nuestra palanca con las piezas que aparecen en la imagen.

Seguimos y montamos el punto de apoyo.

Ahora es el momento de construir nuestra barra. La zona indicada con las piezas verdes es donde ejerceremos nuestra fuerza mientras que la resistencia irá colocada en la pieza blanca.

 Situamos la barra en la estructura mediante un eje el cual hace de punto de apoyo y de giro.

Ya tenemos nuestra palanca montada, tan sólo nos queda ubicar la carga, que simularemos con unas cuantas piezas de Lego.

 Montaje 1: Palanca de primera clase

Esquemáticamente

Típica de balancines y catapultas. 

 Montaje 2: Palanca de segunda clase

Esquemáticamente

Montaje característico en la carretilla y en los cascanueces.

 Montaje 3: Palanca de tercera clase

Esquemáticamente

¿Sabrías decirme dónde encontramos este montaje de palanca en la vida cotidiana?

Próximo tema en máquinas simples: LA BIELA-MANIVELA

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