GUÍA - Laboratorio Máquinas simples- Poleas..pdf

OBJETIVOS 

LABORATORIO DE FISICA Nº 1 

MAQUINAS SIMPLES PALANCA-POLEA 

I.- Lograr el equilibrio estático de objetos que pueden rotar en torno a un eje, 

por medio de la aplicación de fuerzas y torques. 

INTRODUCCIÓN 

El uso de máquinas simples en muchas de las actividades que se desarrollan a diario es un 

hecho tan común que su aplicación y utilización en el funcionamiento de determinados 

dispositivos no nos causa mayor sorpresa. Sin embargo, basta con pensar en la diversidad 

de aplicaciones que presenta el funcionamiento de nuestro propio organismo para 

descubrir lo importante que es conocer tales principios y ampliar el rol que cumple la 

física en este y otros campos de la ciencia y la tecnología. 

El estudio del movimiento del cuerpo rígido, es sin duda, de mucho más complejidad que 

el de una partícula. Puede abordarse el estudio de un rígido como un caso especial e 

importante de sistemas formados por muchas partículas, en el cual las distancias relativas 

entre ellas permanece constante. 

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PRIMERA PARTE 

I.- Para el sistema indicado en la figura Nº1, donde el eje de rotación está ubicado en 

el orificio del centro, cuelgue las masas mi y mB como muestra la figura de tal 

manera que la barra permanezca en equilibrio estático en la posición horizontal. 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 

A 

FIGURA Nº1 

B

1.- Haga un esquema de “todas” las fuerzas que actúan sobre la barra ( diagrama de 

cuerpo libre) 

2.- Compruebe que la τ τ fulcro = 

= 0 r r 

∑ 

(respecto del fulcro). Se le propone que 

complete la tabla siguiente y realice un análisis de la columnas 4 y 8. 

1 2 3 4 5 6 7 8 

Masa del 

Bloque A 

Peso 

del 

bloque 

A 

Distancia 

al eje de 

rotación 

Torque 

respecto 

del fulcro 

Masa 

del 

Bloqu 

e B 

Peso 

del 

bloque 

B 

Distancia 

al eje de 

rotación 

Torque 

respecto 

del 

fulcro 

3.- Si aleja la masa mA a un extremo, ¿ qué debe hacer con mB para que se 

mantenga el equilibrio? ¡ Justifique! 

4.- A que tipo de palanca corresponde 

5.- De a lo menos tres ejemplos de este tipo de palanca de la vida real 

II.- Realice el montaje que muestra la figura Nº2 .En el orificio 1 se encuentra el eje 

de rotación, en el orificio 9 se cuelga una masa mA . Aplique una fuerza con una 

cuerda en el orificio 3, esta cuerda se hace pasar por una polea fija de modo que 

del otro extremo cuelga un bloque de peso conocido. Elija los bloques adecuados 

de modo que la barra con orificio permanezca en equilibrio estático en posición 

horizontal. 

1.- Haga un diagrama con todas las fuerzas que actúan sobre la barra 

F r 

FIGURA 

1 2 3 4 5 6 7 8 

B 

A

2.- Registre las medidas necesarias que le permitan comprobar el equilibrio estático. 

3.- Escriba las ecuaciones que le permitan comprobar las dos ecuaciones del equilibrio 

estático, es decir, 

r r 

Σ Σ F = = 0 ; ∑ τ τ P = = 

= 0 r r 

4- ¿A que tipo de palanca corresponde? 

. 

5.- La siguiente figura muestra una palanca de forma similar a la descrita en el punto II. 

Eje 

de 

6- De a lo menos tres ejemplos de este tipo de palanca. 

DESARROLLO DE PREGUNTAS EN SU INFORME 

1.- Explique los concepto físicos de: 

a)Torque o momento de una fuerza 

b.- Centro de gravedad. 

r 

F1 2.- Explique brevemente las características físicas de la palanca de primera, segunda y 

tercera clase 

r 

F2 r 

F3

3.- .- Explique brevemente cuales son las condiciones que se deben cumplir para que se 

produzca el equilibrio estático. 

4.- Identifique dos ejemplos de cada uno de los tipos de palancas que usted puede identificar 

en el cuerpo humano. 

O 

b 

Línea de acción de F r 

B 

r r 

θ 

ANEXO TEORICO 

CONCEPTO DE MOMENTO DE UNA FUERZA O TORQUE ( τ r ) 

Recordemos que se define el torque o momento de una fuerza τ r con respecto a un 

punto 0 como una cantidad vectorial dada por la expresión. 

r r r 

r 

τ τ = = = r × × × F con τ τ = = r F sen θ 

θ 

o o 

F r 

r 

; τ τ o = 

= F b 

Donde r r es el vector posición del punto de aplicación de la fuerza F r , medido desde O. 

La distancia de la figura anterior ,OB = b , se le llama brazo de palanca . Corresponde a la 

distancia entre el punto 0 y la línea de acción de la fuerza F r . 

O 

τo r 

r r 

θ 

F r

De acuerdo al producto vectorial, el torque τo r , es un vector perpendicular al plano 

que forman los vectores r r y F r y el sentido lo da la regla de la mano derecha o del 

tirabuzón. Debe especificarse claramente respecto de que punto hace torque la fuerza F r 

En coordenadas cartesianas, el torque se puede calcular por medio del determinante: 

r 

τ τ = 

= 

o 

ˆ ˆ ˆ 

i j k 

x y z 

Fx Fy Fz 

r 

τ τ = = ˆi yF − − z F − − ˆj x F − − z F + + kˆ xF − 

− yF 

( Z y ) ( z x ) ( y x ) 

CENTRO DE GRAVEDAD 

Los cuerpos están formados por un gran número de partículas sobre las 

cuales actúa la fuerza de gravedad. Se puede demostrar que la fuerza de 

todas esas fuerzas individuales tiene el efecto equivalente de una sola 

fuerza que actúa en un solo punto que se le conoce como “centro de 

gravedad”(c.g) y que corresponde a la fuerza peso mg r del cuerpo 

MAQUINAS SIMPLES: 

Las máquinas son dispositivos que multiplican una fuerza o bien cambian la dirección de 

una fuerza, entre las máquinas simples podemos citar a las palancas, las poleas, gatas 

hidráulicas, tornos, planos inclinados. 

Estas máquinas simples nos proporcionan una “ventaja mecánica”. Si se llama Fa a la 

fuerza de entrada (esfuerzo) que es la que se aplica a la palanca para mantener o 

levantar una carga y FL a la fuerza de salida o fuerza de carga o resistente), entonces la 

ventaja mecánica ideal (no se considera perdida por roce) viene dada por: 

LA PALANCA 

VENTAJA MECANICA = V.M = L F 

F 

a 

F 

M 

xL 

FULCRO 

xa 

m 

; 

Fa

La palanca es una máquina simple bastante eficiente. Básicamente está formada por una 

barra rígida que se puede hacer rotar respecto de un punto línea que recibe el nombre de 

FULCRO. 

Según las posiciones que tengan las dos fuerzas y el fulcro, se definen tres clases de 

palancas: 

Primera clase: el fulcro se encuentra entre ambas fuerzas 

Segunda clase: la carga está entre el fulcro y el esfuerzo. 

Tercera clase: el esfuerzo está entre el fulcro y la carga. 

En el conjunto de figuras siguiente están esquematizadas los tipos de palancas: 

Fl 

Fa 

Fl 

LAS POLEAS 

Las poleas, al igual que las palancas, son máquinas simples. Una polea no es más que una 

rueda que puede girar libremente alrededor de un eje que pasa por su centro. Ahora, una 

polea o un sistema de poleas es un dispositivo con el cual se puede variar la dirección y la 

magnitud de una fuerza para obtener alguna ventaja mecánica. Una polea fija solo 

permite cambiar la dirección o sentido de la aplicación de la fuerza y la polea móvil 

permite “ahorrar fuerza”. 

Fa 

Fa 

Fl

F r 

POLEA FIJA 

CONDICIONES DE EQUILIBRIO ESTATICO PARA UN SISTEMA DE FUERZAS 

COPLANARES 

1.- Un sistema está en equilibrio de traslación cuando la resultante de todas las fuerzas 

que actúan sobre el sistema es nula. Para un sistema en un plano se tiene que 

cumplir: 

r r 

Σ Σ F = = 0 ⇒ Fx= 0 ; Fy = 0 

2.- Un sistema se encuentra en equilibrio de rotación cuando la suma de todos los 

momentos que actúan sobre el sistema es nulo. 

∑ τ τ P = 

= 0 r r 

3.- Para la condición de equilibrio de un cuerpo debe cumplirse que la sumatoria de 

las fuerzas debe ser cero y la suma de los torques debe ser cero 

Si las fuerzas ( magnitudes vectoriales) están en un plano, entonces esta tiene dos 

componentes, que pueden ser Fx y Fy 

τ τ = = r × × F 

r 

r r 

F r 

POLEA

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