Máquinas simples

¿Qué es una máquina?
Una máquina es un conjunto de piezas acopladas entre si que permiten aprovechar, transformar, dirigir o regular la acción de una fuerza con el objetivo de ayudar a las personas a realizar sus faenas diarias.
Cualquier máquina está formada por una serie de mecanismos compuestos de piezas acopladas entre si.
Los instrumentos manuales que se usan para trabajar materiales se llaman herramientas.
Cuando estas herramientas se montan en máquinas que sustituyen el trabajo de una persona por una serie de movimientos mecánicos se obtiene una máquina herramienta.
Partes de una máquina
Cada una de las piezas que constituyen una máquina hace una función específica y concreta.
Las partes de una máquina son:
La estructura de las máquinas está constituida por una serie de elementos unidos entre ellos mismos que sirven de soporte para los mecanismos de la máquina.
Los mecanismos están formado por un conjunto de piezas que están unidas entre ellas mismas y transmites, regulan o modifican la energía i las fuerzas que actúan en una máquina.

Tipos de movimientos
Los tipos de movimientos que generalmente puede realizar una máquina son los más parecidos a los que podemos hacer con las manos y con los brazos en efectuar un trabajo.
Básicamente son:
Movimiento rectilíneo. Es el movimiento que hace una herramienta en aplicarle una fuerza que le obliga a desplazarse describiendo una trayectoria en línea recta, tanto en sentido vertical o horizontal.
Movimiento curvilíneo. Es el que presenta un objeto en aplicarle una fuerza que hace que se desplace describiendo una trayectoria cóncava.
Movimiento alternativo. Es el que se hace en la misma dirección i en sentido diferente de manera alternativa, es decir, que tiene una trayectoria de ida y vuelta.


Principios físicos de las máquinas
Trabajo

El trabajo se representa con la letra W (del inglés Work), es el resultante que se obtiene en aplicar una fuerza a un cuerpo y hacer que este se desplace un espacio determinado (Δx). Se expresa en julios o joules (J).
Fórmula: W=F·Δx
Rendimiento
El trabajo suministrado o trabajo motor (Wm) y el trabajo útil (Wu), no son iguales, porque una parte del trabajo del motor se transforma en calor dentro de la misma máquina y así, el rendimiento mecánico (η) es la relación entre el trabajo útil que proporciona la máquina i el trabajo motor que se la aplica.
El rendimiento se expresa en porcentaje (%).

Fórmula: η=Wu/Wm
Potencia
La potencia (P) de una máquina indica la cantidad la cantidad de trabajo que es capaz de hacer en un tiempo determinado. Se expresa en vatios (W).
Fórmula: P=W/t
Fuerza
La fuerza (F) es cualquier tipo de causa capaz de modificar el estado de movimiento o reposo de un cuerpo.
Se expresa en newtons (N). 
Fórmula: m·a (masa·aceleración)
Fórmula: W/Δx
(Podemos usar las dos fórmulas,  depende de los datos que nos den podemos usar una o otra).
Por ejemplo, si nos dan los datos de una masa determinada y un desplazamiento determinado, utilizaremos la primera fórmula, pero sin nos dan los datos de un trabajo determinado y un desplazamiento determinado utilizaremos la segunda fórmula.


Las máquinas simples
Se llaman máquinas simples las que básicamente utilizan i transforman la energía muscular i sirven de base para el diseño i construcción de otras máquinas. Las máquinas simples son: el plano inclinado, el tornillo, la rueda, la manivela, el torno y la palanca.

Las máquinas complejas
Las máquinas complejas están formadas por más mecanismos que las máquinas simples.
Según la finalidad de cada máquina compleja podemos establecer 3 grupos:
Las máquinas generadoras captan energía fósil, hidráulica, solar, eólica... y la transforman en energía eléctrica.
Las máquinas motrices son motores que convierten la energía eléctrica, fósil... en energía mecánica.
Las máquinas operativas son las máquinas que transforman un tipo de energía en trabajo útil.

La palanca
Una palanca es una barra larga y generalmente rígida que se aguanta en un punto de soporte, el fulcro.
En aplicar una fuerza en un punto del brazo (barra), esta permite levantar una resistencia o peso.


Tipos de palancas
De primer género: Son las que tienen el fulcro en medio del brazo, es decir, que el fulcro está en medio de la barra y la resistencia.
Este tipo de palanca se usa en alicates, balanzas, tijeras, etc.
De segundo género: Son las que tienen la resistencia en medio del brazo, es decir, que la resistencia está entre el fulcro y la fuerza.
Este tipo de palanca se usa en rompenueces, carretillas, etc.
De tercer género: Son las que tienen la fuerza en medio del brazo, es decir, que la fuerza está entre el fulcro y la resistencia.
Este tipo de palanca se usa en cañas de pescar, pinzas, etc.

La lei de la palanca
La fuerza multiplicada por su brazo (F·d1) es igual a la resistencia por su brazo (R·d2).
Así que la fórmula de la lei de la palanca es: F·d1=R·d2


El plano inclinado
El plano inclinado es un plano que consta de una inclinación determinada respecto al plano horizontal.
Sirve para desplazar objetos con mayor facilidad, es decir, con menos fuerza.
Un plano inclinado tiene una longitud (l), una fuerza (F), necesaria para levantar un peso (P) y una altura (h).
Fórmula: F=P·h/l


Tornillos y tuercas
Un tornillo es una pieza generalmente metálica, que tiene unos filamentos en el exterior de la rosca.
Una tuerca es una pieza con un agujero con filamentos en el medio por donde pasa el tornillo y se unen.
Cuando el tornillo es fijo y lo hacemos girar su tuerca, esta avanza o retrocede según el sentido de giro que se haga sobre el tornillo. El paso de rosca es la distancia que avanza un tornillo por cada vuelta que gira.

Fórmula de la resistencia que se tiene que vencer para mover el tornillo dentro de una tuerca:
R=F·2· π·r/p
R=Resistencia, expresada en newtons (N).
F=Fuerza, expresada en newtons (N).
p=Paso de rosca del tornillo, expresado en milímetros (mm).
r=Radio de giro de la maneta (el giro que se hace para mover el tornillo), expresado en milímetros (mm).

La manivela 
La manivela es una pieza generalmente de hierro, compuesta de dos ramas, una se fija por un extremo en el eje de una máquina, de una rueda, etc. y la otra forma el mango que sirve para mover al brazo, la máquina o la rueda.


El torno
El torno está formado por un trozo de madera, acero, etc. que lleva fijado una cuerda y se sostiene por sus extremos en un soporte. En uno de los extremos, el torno tiene una manivela que hace girar el trozo de madera y enrolla o desenrolla una cuerda, eso permite subir o bajar la carga que está en el otro extremo con más facilidad.

La rueda
La rueda es una pieza mecánica generalmente circular que gira en el extremo de un eje, sirve para desplazar objetos con más facilidad.