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Colegio Antil Mawida
Depto de Ciencias Básicas
Profesor: Gina Tello.
Apuntes de Física
MAQUINAS SIMPLES
Desde la antigüedad, el hombre ha buscado las formas para facilitar su trabajo, para ello ha
utilizado herramientas y máquinas que fueron reemplazando los trabajos pesados como levantar
objetos de gran masa y tamaño. Las primeras herramientas y máquinas eran sencillos sistemas
que facilitaron a hombres sus labores, hoy en Física, son conocidas como máquinas simples.
Una máquina simple es un dispositivo que para funcionar requiere únicamente la aplicación de al
menos una fuerza (fuerza de entrada).
Todas las máquinas simples tienen como función ejercer una fuerza sobre un cuerpo (fuerza de
salida), que sea distinta a la que se ha aplicado a la máquina desde el exterior (fuerza de entrada).
(ver figura 4.0)
Figura 4.0. La fuerza de entrada es ejercida por el niño para elevar al elefante (fuerza de salida).
Las máquinas simples con frecuencia se usan en combinación, como componentes de máquinas
más complejas.
Existen diversos tipos de máquinas simples, pero nos centraremos en el análisis de tres de ellas:



Palanca
Polea
Engranaje
Palancas
Una palanca básicamente está formada por una barra rígida, que se puede hacer rotar en torno a
un eje, denominado Punto de Apoyo. Si aplicamos una fuerza sobre uno de los extremos de la
barra, lo que obtendremos será una fuerza mayor o menor, dependiendo de la distancia entre la
fuerza aplicada y el punto de apoyo.
Las palancas son dispositivos que se utilizan en innumerables actividades, no sólo como
herramientas de trabajo, sino también con fines de diversión, como por ejemplo el balancín. En su
forma más simple sabemos que una palanca nos permite levantar o mover objetos pesados
aplicando una fuerza de menor magnitud. Cuando esta fuerza se aplica en el extremo de la barra
más alejado del punto de apoyo, la fuerza resultante en el extremo más próximo al punto de apoyo
es de mayor magnitud. (ver figura 4.1)
Fuerza de Entrada
Fuerza de Salida
Figura 4.1. Mientras mayor sea la distancia de la fuerza de entrada al punto de apoyo, menor será
la fuerza que se debe ejercer.
Cuando el punto de apoyo está en el centro de la barra, la fuerza de entrada que se aplica en uno
de los extremos de ella es igual en magnitud, a la fuerza de salida para lograr el equilibrio. (ver
figura 4.2)
Figura 4.2. Equilibrio entre fuerzas.
Principales tipos de palancas:
Los principales tipos de palancas son tres, dependiendo de las posiciones de ambas fuerzas,
respecto al punto de apoyo.
Palancas de primera clase
Son aquellas en las que el punto de apoyo se encuentra entre el lugar donde se aplica la fuerza de
entrada y la fuerza de salida. (Ver figura 4.3)
Figura 4.3 El alicate es un ejemplo de palancas de primera clase
Palancas de segunda clase
Son aquellas donde el punto de apoyo está en un extremo y la fuerza de salida se encuentra entre
el lugar en que se aplicala fuerza de entrada y el punto de apoyo. (Ver figura 4.4)
Figura 4.4. La carretilla es un ejemplo de palancas de segunda clase
Palancas de tercera clase
Son aquellas donde la fuerza de entrada se aplica entre el punto de apoyo y la fuerza de salida.
(Ver figura 4.5)
Figura 4.5. La pinza es un ejemplo de palancas de tercera clase.
Poleas
Una polea es una máquina simple que consiste en una rueda por la cual pasa una cuerda y que
gira entorno a un eje que pasa por su centro, y que sirve para levantar cargas. Ciertas poleas
hacen más fácil el trabajo cambiando sólo la dirección de la fuerza. Otras poleas hacen más fácil el
trabajo variando la magnitud de la fuerza.
Las poleas se clasifican en:



Polea Fija
Polea Móvil
Polea Compuesta
Polea Fija
La manera más sencilla de utilizar una polea es anclarla en un soporte, colgar un objeto en un
extremo de la cuerda, y tirar del otro extremo para levantar el objeto. A esta configuración se le
llama polea simple fija. (Ver figura 4.6)
Fuerza de Salida
Fuerza de Entrada
Figura 4.6. Representación de las fuerzas en una polea fija
En una polea simple fija, la fuerza que debe aplicarse es la misma que se habría requerido para
levantar el objeto sin la polea. Sin embargo, la polea permite aplicar la fuerza en una dirección más
conveniente.
Polea Móvil
Una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga, fijar un extremo de la cuerda al
soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la polea y la carga. A esta configuración se le llama
polea simple móvil. (Ver figura 4.7)
Fuerza de Entrada
Fuerza de Salida
Figura 4.7. Representación de las fuerzas en una polea móvil
En la polea simple móvil, la fuerza necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la
fuerza que habría sido requerida para levantar la carga sin la polea.
Polea Compuesta
Las poleas compuestas son aquellas donde se usan más de dos poleas en el sistema, y puede ser
una
fija
y
una
móvil,
o
dos
fijas
y
una
móvil
etc.,
Tirar una cuerda de arriba hacia abajo resulta más fácil que hacerlo desde abajo hacia arriba. Para
cambiar la dirección de la fuerza de entrada, a la polea móvil se agrega una polea fija,
proporcionando una ventaja mecánica.
La ventaja mecánica es la disminución de la fuerza de entrada. Esta ventaja mecánica la
determinamos contando los segmentos de cuerda que llegan a las poleas móviles que soportan el
esfuerzo.
La fuerza para levantar el cuerpo se va reduciendo proporcionalmente a la cantidad de segmentos
de cuerda que soportan directamente la fuerza. (Ver figura 4.8)
Fuerza de Entrada
Fuerza de Salida
Figura 4.8. Ejemplo de polea compuesta:Si el peso que se desea levantar es de 100N, la fuerza de
entrada que se aplica sería de 50N, ya que existen dos segmentos que sostienen al cuerpo.
Engranajes
Los engranajes son ruedas dentadas que sirven para transmitir movimiento, cambiar velocidad y la
dirección de la rotación.
Esto lo hace al conectar directamente un engranaje en otro o bien a través de una cadena. (Ver
figura 4.9)
Figura 4.9.
Representación del movimiento de tres engranajes
Si a un engranaje pequeño se le conecta uno grande, el resultado será disminución en la velocidad
de giro del sistema. Y viceversa. (Ver figura 4.10)
Figura 4.10. Si el engranaje de menor tamaño gira con una velocidad determinada, al conectarle
un engranaje mayor, este último disminuirá la velocidad y cambiara la dirección de giro logrando
que el cuerpo atado a él suba.
Cuadro resumen
1. Una máquina simple es un dispositivo que nos permite realizar un trabajo
de manera más simple.
2. Para esto, requiere básicamente de la aplicación de una fuerza de
Entrada, con el fin de obtener una fuerza de Salida diferente.
3. Algunos ejemplos de máquinas simples son:



Palanca
Polea
Engranajes
4. Una Palanca consiste básicamente en una barra rígida sostenida en un
punto de Apoyo.
5. Las Palancas se pueden clasificar en tres tipos dependiendo de la
ubicación del punto de apoyo respecto a la fuerza aplicada:



Primera Clase
Segunda Clase
Tercera Clase
6. Las poleas se clasifican en:


Polea Fija
Polea Móvil
 Polea Compuesta
7. Los engranajes son ruedas dentadas que sirven para transmitir
movimiento, cambiar velocidad y la dirección de la rotación.