Máquinas simples y compuestas

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En nuestras acciones diarias utilizamos las máquinas desde que nos paramos de la cama hasta que decidimos retirarnos a descansar. Hay máquinas en todas partes, en el trabajo, la casa, la escuela, la universidad, en el parque, la calle, etc.

Las máquinas nos hacen la vida más fácil, nos ayudan a desplazarnos más rápido, a levantar cargas muy pesadas, a preparar ricas comidas, entre muchas otras cosas. Algunas pueden ser muy complejas, otras más sencillas, existen las que son muy caras y también hay otras muy económicas. Una máquina puede ser desde un tornillo hasta el motor más potente de un avión.

Las máquinas están formadas por distintos componentes a través de los cuales se transmiten o transforman el movimiento y la fuerza. Muchos de los mecanismos que conforman las distintas máquinas han evolucionado gracias a los progresos científicos y tecnológicos, por el desarrollo de la industria y por el descubrimiento de nuevos materiales.

En este artículo te diremos qué son las máquinas, cómo se clasifican, para qué sirven, cuáles son sus características y te presentaremos algunos ejemplos.

 

Qué es una máquina

 

Los seres humanos siempre han empleado su ingenio para construir dispositivos o artefactos que le permitan disminuir la fuerza y la energía aplicadas en la realización de una tarea, así como el tiempo de ejecución de un trabajo.

Sus principales características son que requiere energía para funcionar, transmite y transforma dicha energía  y puede producir fenómenos como el sonido, la luz, el movimiento y el calor.

 

 

Cuáles son los tipos de máquina

Una máquina puede ser algo tan simple como un cuchillo o tan complejo como un transbordador espacial. Es por ello que la clasificación es muy heterogénea y abarca varios aspectos.

Las máquinas se clasifican con base en los siguientes criterios:

• Según el número de pasos que realizan para hacer un trabajo, las máquinas pueden ser simples o compuestas.
• De acuerdo al número de piezas que las forman, las máquinas pueden ser sencillas o complejas.
• Dependiendo el tipo de energía que utilizan, las máquinas pueden ser mecánicas, hidráulicas, eléctricas, etc

 

Qué es una máquina simple

Estos instrumentos nos ayudan a realizar algunos trabajos con mayor facilidad, bien sea porque incrementan la fuerza que se aplica en un comienzo o porque permiten cambiarla de dirección.

El funcionamiento de las máquinas simples se explica mediante el principio a mayor distancia  menor esfuerzo, es decir, cuando se aplica una fuerza menor se incrementa la distancia de ejecución y si la fuerza es mayor la distancia es menor.

Para llevar un objeto a un nivel con mayor altura es necesario aplicar la fuerza justa para levantarlo y subirlo, mayor fuerza menor distancia. Si por el contrario en lugar de levantarlo directamente colocamos un plano inclinado utilizamos una fuerza menor pero en mayor distancia.

Tipos de máquinas simples

Existe una amplia variedad de máquinas simples, aunque las más utilizadas a lo largo de la historia son la palanca, la polea, el plano inclinado, la cuña y el tornillo.

• Palancas
  • Una palanca es una barra rígida y resistente que gira sobre un punto de apoyo, lo que permite aplicar una fuerza reduciendo el trabajo.

 

•  Partes de una palanca
  •  En una palanca se pueden distinguir cinco partes, a saber:

• Ventaja mecánica:
  • La ventaja mecánica se puede calcular mediante la ley de la palanca, según la cual la potencia por el brazo de potencia es igual a la resistencia por el brazo de resistencia.

 P x BP =R x BR

•  Tipos de palancas
  • Según la posición del fulcro o punto de apoyo las palancas se clasifican en tres géneros:

• Poleas
  • Una polea es un artefacto conformado por una rueda que gira alrededor de un eje. Tiene un carril por el que pasa una cuerda o una correa. Al utilizar una polea se logra reducir el esfuerzo obteniendo ventaja mecánica. También pueden emplearse para cambiar la dirección de la fuerza.

 

 

• Tipos de polea
  • Las poleas pueden ser de tres tipos: fijas, móviles y compuestas.

 

• Plano inclinado
  • El plano inclinado nos ayuda a transportar objetos a diferentes alturas con mayor facilidad y sobre todo con menor uso de la fuerza. Con  este tipo de máquina simple sacrificamos distancia por fuerza, esto debido a que si desplazamos el objeto verticalmente utilizamos una mayor fuerza en menor distancia, en cambio al utilizar un plano inclinado aplicamos una menor fuerza en una distancia mayor.

 

• Cuñas
  • La cuña es una máquina simple cuya forma está dada por la unión de dos planos inclinados, también puede verse como un prisma triangular.  Generalmente es construida con madera o metal y tiene un extremo afilado.
  • Cuando la cuña es puesta en movimiento en la dirección de su extremo afilado, la fuerza aplicada sobre la cabeza de la cuña se divide en dos sentidos diferentes. Por ejemplo, cuando se utiliza un hacha para cortar la madera la fuerza aplicada por esta máquina simple, se reparte en dos fuerzas laterales que terminan separando la madera. Las fuerzas generadas es empleada para cortar objetos, generar fricción o mantener en la misma posición a un objeto (puerta, rueda, cuchara, etc.)

• Ventaja mecánica
  • La ventaja mecánica que proporciona una cuña es directamente proporcional a la longitud de la pendiente e inversamente proporcional a su ancho. Es decir:

• • Si su valor es menor que la unidad, significa que es necesario un esfuerzo mayor  para llevar a cabo un determinado trabajo.

 

• Tornillo
  • El tornillo es un mecanismo transforma una fuerza giratoria en una lineal. Esta máquina simple se considera que es un plano inclinado enrollado en un cilindro debido a la forma inclinada de envolverlo. Su función principal es sujetar dos objetos.
  • Tradicionalmente los tornillos se fabrican con metal debido a la resistencia de este componente. Las cabezas de los tornillos pueden ser de forma oval, plana, o con ranuras en cruz, entre otros.

• Rueda y eje
  • Una rueda unida a un eje forma una máquina simple. El funcionamiento de este mecanismo consiste en que un eje realiza un movimiento lineal alternativo y una rueda hace un movimiento circular. De esta manera se transforma un movimiento circular a uno de desplazamiento, lo que permite obtener una ganancia que facilita el trabajo a la hora de:
    • Levantar o bajar objetos.
    • Trasmitir una fuerza a otra rueda a través de una cuerda.
    • Acoplar una rueda a una base para así poder trasladar objetos y personas.
  • Este mecanismo se utiliza en la máquina de vapor, los motores de combustión interna, la máquina de coser, etc

 

Ejemplos de máquinas simples con imágenes

Las máquinas simples están presentes en nuestra vida diaria aunque a veces ni si quiera nos damos cuenta. Veamos algunos ejemplos de cómo las utilizamos:

 

 

 

Dibujos de máquinas simples

En este apartado te enseñamos dibujos de máquinas simples que puedes hacer paso a paso. Empezaremos por dibujar la palanca, luego una rueda con su eje y por último una polea.

 

Pasos para dibujar una palanca

 

• Dibuja el plano sobre el que estará la palanca. Para ello traza una línea recta sobre tu hoja. Ahora dibuja el apoyo de tu palanca. Puedes hacerlo en forma de triángulo de esta manera.

• Dibuja la barra de la palanca.

• Por último traza la resistencia de tu palanca. Para ello puedes dibujar un trapecio isósceles.

 

 

Pasos para dibujar una rueda con eje

•  Lo primero que haremos es dibujar un círculo.

• Luego dibujamos un semicírculo en la parte de “atrás” del círculo que dibujaste en el paso anterior.

• Ahora dibujas un pequeño cilindro alargado que salga del centro del primer círculo que dibujaste.

• Traza un cilindro parecido que salga de la parte de “atrás” del segundo semicírculo que dibujaste.

• Puedes ir dándole un poco de color al eje. En este caso lo coloreamos de marrón y a la rueda la coloreamos de gris.

 

 

Pasos para dibujar una polea

• Empezaremos dibujando un círculo.

• Continuamos dibujando un rectángulo alargado que quede centrado pero sobresaliendo del círculo.

• Luego borramos las intersecciones del rectángulo con el círculo para que se vea la diferencia de las piezas.

• Para terminar dibujamos la cuerda que va a moverse con la polea.

Cómo hacer una máquina simple

Podemos hacer varias máquinas simples en casa y con material que tienes a mano o puedes conseguir fácilmente en la tienda.

• Cómo hacer un plano inclinado

  • Esta actividad se llama pista de canicas. Para realizarla vamos a necesitar:
    • Dos pedazos de cartón de forma rectangular
    • Cinta adhesiva
    • Canicas
    • Vasos pequeños de plástico
  • Elaboración:

• • • Lo primero que haremos es doblar los bordes del cartón hacia arriba. Tomaremos para el borde alrededor de 5 a 8 cm. La idea es que las canicas no se salgan y rueden hacia afuera.

• • • Luego vamos a poner uno de los rectángulos de cartón dentro del otro, tal como se muestra en la figura.

Tomado de: preschooltoolkit

• • • Apoye la parte superior del cartón que va inclinado sobre una silla o un pequeño banco mientras va trabajando con la pista de canicas. Luego pegue las dos piezas de cartón con la cinta adhesiva.
    • Pegue tiras de cinta adhesiva tan largas como requiera para que lleguen de arriba a abajo. Con estas cintas aproveche para asegurar los vasos de plástico al final de cada línea de cinta adhesiva, como se observa en la figura que sigue.

• • • Puedes crear una pendiente tan inclinada como desees y vas probando qué ocurre con las canicas dependiendo de la inclinación de la pendiente. Puedes ir haciendo modificaciones y experimentando.

 

• Vamos a hacer una palanca paso a paso

Tomado de: sheknows

 

• • Para realizar esta palanca necesitaremos:
    • 1 tabla de madera para manualidades de 30 cm x 5 cm aproximadamente.
    • 2 vasos de plástico transparente pequeños etiquetados como Fuerza y Resistencia
    • 100 monedas pequeñas (pueden ser botones pequeños todos iguales).
    • 15 canicas de vidrio (puede ser una pesa pequeña o piedra grande que quepa en los vasitos).
    • Clip de carpeta de metal grande, con las agarraderas plateadas removidas.
    • Cinta adhesiva.
    • Pegamento.

• • Elaboración:
    • Lo primero que hacemos es fijar el punto de apoyo de la palanca (fulcro) a la mesa o al piso donde la construiremos.

• • • Ahora pegamos los vasos de plástico en ambos extremos de la tabla de madera y la posicionamos sobre el apoyo.
    • Colocamos dentro del vaso de CARGA todas las canicas.

• • • Ahora vamos a experimentar con la palanca.
      • Puedes comenzar colocando el apoyo de palanca (el clip de la carpeta) a 10 centímetros del extremo marcado como carga.
      • Ahora ve colocando de una en una monedas (o botones pequeños del mismo tamaño) en el vaso marcado con la palabra ESFUERZO.
      • Registra cuántas monedas se requieren para levantar el vaso con la palabra CARGA (LOAD) en el aire.
      • Puedes ir moviendo el punto de apoyo 1 o 2 cm cada vez para ver qué ocurre con la cantidad de monedas que necesitarás para que el vasito de CARGA se levante.
    • Lo que ocurrirá es que mientras más lejos coloques el apoyo de la palanca del vaso denominado CARGA, más monedas necesitarás para levantar la carga.

 

 

• Ahora vamos a construir una rueda con un eje para hacer un auto

Tomado de: Talaxaga

 

• • Necesitaremos:
    • Una botella de plástico.
    • Dos palitos de madera
    • 4 tapas de plástico
    • Un cortador para manualidades (cutter o exacto)
    • Un punzón para abrir huequitos a las tapas (puede ser un destornillador o una aguja muy gruesa).

• • Procedimiento:
    • Tomamos el cortador y hacemos un orificio en uno de los lados de la botella dejando 4 dedos por debajo de la tapa y que llegue hasta el la parte donde se apoya la botella.

• • • Con ayuda del punzón abre dos orificios en la parte de abajo de la botella. Uno a cada lado. Luego introduce el palito de madera por los orificios para asegurarte de que cabe perfectamente y puede girar.

• • • Haz los mismos orificios en la parte de arriba de la botella e introduce el palito de madera para ver que quepa y pueda dar vueltas con facilidad.

• • • Ahora abre huequitos en medio de cada una de las tapas de plástico. Ten en cuenta que el palito de madera va a pasar por allí y debe quedar ajustado.

• • • Introduce los palitos de madera en una de las tapas y luego insértalo en la botella. Después inserta otra tapa en el otro extremo de la botella y ajústala a la botella.

• • • Corta el sobrante del palito para que quede todo listo para que queden listas las ruedas traseras.

• • • Repite este procedimiento para las ruedas delanteras

• • • ¡Ya está listo el auto para disfrutar!

 

• • • Esta es una de las funciones divertidas de la rueda con eje.

 

Qué es una máquina compuesta

Un ejemplo cotidiano de máquina compuesta es la carretilla.

• Una carretilla es una combinación de tres máquinas simples:
  • Un plano inclinado
  • Una combinación de rueda y eje
  • Una palanca.
• Veamos cómo funciona.
  • El contenedor de la carretilla cuenta con dos planos inclinados que ayudan a almacenar la carga de forma sencilla.
  • Los mangos de la carretilla se comportan como palancas, permitiendo al que la usa levantar la carga fácilmente.
  • La rueda y el eje unidos a la base de la carretilla ayudan a que la máquina se mueva de un lugar a otro.

 

Características de las máquinas compuestas

Las máquinas compuestas están a nuestro alrededor y nos hacen la vida mucho más sencilla. Algunas de las características de las máquinas compuestas son:

• Las máquinas compuestas han evolucionado mucho a medida que se han alcanzado avances tecnológicos. Las primeras máquinas eran puramente mecánicas y con el descubrimiento de la electricidad se fueron fabricando máquinas compuestas mixtas y máquinas compuestas eléctricas.

 

• Cada pieza que forma parte de una máquina compuesta se llama operador, y cada operador trabaja de forma coordinada. Existen operadores mecánicos y operadores de energía.

 

• Los operadores de energía de las máquinas compuestas almacenan y transforman la energía en movimiento, como por ejemplo las baterías. Estos operadores de energía pueden ser también motores encargados de transformar dicha energía.

 

• Los operadores mecánicos de las máquinas compuestas permiten que funcione la máquina al convertir la fuerza en movimiento, como por ejemplo la rueda, los ejes o los engranajes. El conjunto de operadores mecánicos de una máquina compuesta se llama mecanismo.

 

• Existen tres tipos de máquinas compuestas: máquinas mecánicas (sus componentes son todos mecánicos), máquinas eléctricas (sus componentes son todos eléctricos), y máquinas mixtas (poseen componentes eléctricos y mecánicos).

 

• Las máquinas compuestas tienen más partes móviles que las máquinas simples por lo que tienen mucha más fricción que superar entre sus componentes. Por este motivo, tienden a ser menos eficientes que las máquinas simples.

 

• Si la máquina compuesta está formada por muchas máquinas simples la fricción entre sus partes puede generar mucho calor, lo cual puede convertirse en ocasiones en un problema.

 

• Para evitar los problemas generados por la fricción entre las partes de una máquina compuesta, muchas veces es necesario el uso de lubricantes como el aceite o la grasa para recubrir las partes móviles y que estas puedan deslizarse más fácilmente.

 

Ejemplos de máquinas compuestas

Existen muchísimos tipos de máquinas compuestas. Aquí mencionaremos algunas de las más sencillas y comunes que podemos encontrar.

• Abrelatas

• • Un abrelatas está compuesto por cuatro máquinas simples: palanca, engranaje rueda con eje, y cuña.

• • Las palancas son los brazos o agarraderas del abrelatas.
  • El cortador que ayuda a abrir la lata, y que se encuentra en la boca del abridor, es una cuña.
  • El engranaje es la parte redonda que está unida al abridor y da vueltas.
  • Por último la manija giratoria es la rueda con eje que provee de energía al engranaje y la cuña para que se muevan.

 

• Caña de pescar

• • La caña de pescar es una máquina compuesta por tres máquinas simples: una palanca, una cuña y una polea.

• • El palo de la caña de pescar es un ejemplo excelente de palanca donde la carga se sitúa en un extremo, la fuerza se aplica en el extremo opuesto y el fulcro está situado entre ambos.
  • El bobinado y desenrollado del hilo para pescar se hace con ayuda de una polea.
  • Por último el anzuelo es una cuña simple.

 

• Ventilador
  • Un ventilador es una máquina compuesta por cuñas y una combinación de rueda y eje.

• • Las aspas del ventilador tienen forma de cuña para que el flujo de aire se mantenga uniforme en la habitación. La rotación de las aspas se hace gracias a una pieza que es básicamente una rueda con eje.

 

• Grúa
  • Una grúa es una máquina compuesta un poco más compleja. Consta de varias máquinas simples como palanca, polea, rueda con eje, etc.

• • El sistema de poleas ayuda al usuario a levantar cargas pesadas fácilmente. El marco de la grúa a la polea principal es una palanca. Los neumáticos de la grúa son una combinación de rueda y eje que ayudan a la máquina a desplazarse de un lugar a otro.

 

Dibujos de máquinas compuestas

 

Vamos a dibujar un par de máquinas compuestas paso a paso y de forma fácil.

 

• Cómo dibujar un ventilador

Tomado de: Rincon dibujos

• El ventilador, como vimos es una máquina compuesta, y es de las más comunes que podemos encontrar en nuestra vida. Para dibujarlo haremos lo siguiente:

 

• • Empezamos por trazar un círculo

• • Luego dibujamos un círculo más pequeño dentro del círculo anterior

• • Hacemos un tercer círculo más pequeño. Este círculo no queda justamente en el centro sino un poco hacia la derecha para darle perspectiva.

• • Ahora dibujamos las aspas. En este caso haremos 3.

• • Hacemos un semicírculo en la parte trasera.

• • Ahora dibujamos la base.

• • Y le colocamos los detalles de los interruptores.

• • Por último, vamos dibujando las rejillas que llevan en frente los ventiladores.

• ¡Y así queda nuestro ventilador!

 

• Cómo dibujar una carretilla paso a paso

  • Las carretillas son máquinas simples que han ayudado a trabajadores de la construcción y a muchos agricultores a llevar cargas pesadas de forma más sencilla. Vamos a ver cómo podemos dibujar una carretilla paso a paso.

 

• • Dibuja un rectángulo alargado y no tan alto.

• • Ahora dibuja dos líneas oblicuas que representan los planos inclinados de la carretilla.

• • Ahora dibuja un círculo al final de la línea más larga para empezar a hacer la rueda.

• • Ahora haz un círculo más pequeño dentro del anterior para darle mejor forma a la rueda.

• • Ahora dibuja la palanca desde la rueda haciendo líneas largas paralelas y redondeando la parte de arriba.

• • Por último dibuja un par de triángulos que formarán el fulcro de la palanca que conforma la carretilla.

¡Ya está terminada nuestra carretilla!

A continuación, te dejamos un apunte con la recopilación de la información principal del texto.

 

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