Máquinas para Niños: Tipos y Usos
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.
¿Qué es una máquina?
Una máquina puede ser algo tan simple como un cuchillo o tan complejo como un transbordador espacial.
Tipos de máquinas
Existen dos tipos principales de máquinas: simples y compuestas.
Máquinas Simples
Una máquina simple es aquella que posee un solo punto de apoyo. 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.
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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:
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- Resistencia: fuerza que queremos vencer.
- Potencia: fuerza que se aplica.
- Punto de apoyo o fulcro.
- Brazo de potencia (BP): distancia entre el punto de aplicación de la potencia y el punto de apoyo.
- Brazo de resistencia (BR): distancia entre el punto de aplicación de la resistencia y el punto de apoyo.
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:
- Palanca de primer género: El punto de apoyo está entre la potencia y la resistencia. La potencia puede ser mayor o menor que la resistencia. Ejemplos: un martillo extrayendo un clavo, la catapulta, los remos de un barco, las tijeras, los alicates, etc.
- Palanca de segundo género: La resistencia se ubica entre el punto de apoyo y la potencia. La potencia es siempre menor que la resistencia. Ejemplos: carretilla, abrebotellas, cascanueces, algunos de los huesos y músculos del cuerpo.
- Palanca de tercer género: La potencia está entre el punto de apoyo y la resistencia. La potencia es siempre mayor que la resistencia. Ejemplos: las pinzas de cejas, el quitagrapas, la caña de pescar, el codo-bíceps, etc.
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.
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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.
Cuanto menos inclinado sea el plano, menor fuerza habrá que emplear. Es decir que si la pendiente es suave, habrá que empujar o tirar del objeto a lo largo de una distancia más larga, pero con muy poco esfuerzo. El plano inclinado también se llama rampa.
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.
Máquinas Compuestas
Una máquina compuesta es un sistema de trabajo formado por dos o más máquinas simples que están conectadas en serie, es decir, la salida de una máquina está conectada a la entrada de la que sigue hasta lograr el trabajo o efecto para la que fue creada. 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.
Las máquinas simples son más fáciles de utilizar que las máquinas compuestas, para las que es necesario tener algún tipo de formación para poder manejarlas, como en el caso de los vehículos. Si queremos conducir un coche, una moto o un camión, debemos ir a la autoescuela para poder aprender a conducir.
Es necesario igualmente tomar una serie de precauciones y medidas de seguridad para utilizar de manera eficiente tanto máquinas simples como compuestas. Algunas máquinas pueden producir mucho ruido, por lo que es necesario proteger nuestros oídos con auriculares aislantes especiales, así como es necesaria la utilización de gafas protectoras para manipular otras de ellas.
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