Báscula de peso

Cómo funcionan las máquinas simples

La máquina es un objeto que hace más sencillo el trabajo pesado y más rápido el trabajo lento. Aquí aprenderás cómo funcionan las maquinas simples más comunes que conoces, los diferentes tipos que existen, las partes que las componen y para qué sirve cada artefacto.

Una máquina está diseñada para facilitar el trabajo cuando se necesita transferir una fuerza en una distancia predeterminada, para ello está compuesta de varios elementos conectados entre sí.

Todo este conjunto de elementos actúan bajo fuerzas humanas o artificiales, que otorgan más velocidad, resistencia y capacidad a una acción.

Con la finalidad de inventar nuevas máquinas se definió una clasificación en dos tipos, maquinas simples y maquinas compuestas. Donde las segundas se crearon bajo los elementos básicos que componen a las primeras. Estos elementos se caracterizan principalmente por ser de una sola pieza, ser accionados por un movimiento y ser útiles para trabajos mecánicos.

Así que en resumen podemos concluir que una maquina simple es un dispositivo que tiene como objetivo transformar un trabajo mecánico, cambiando la dirección o la magnitud de una fuerza, para realizar procesos de una manera más fácil y rápida. Rigiéndose bajo la ley de que a mayor distancia se produce una mayor fuerza.

Según este análisis, lo que sucede con la fuerza es que se multiplica al utilizar una maquina simple, sin importar que el peso de un objeto sea mayor. Esta finalidad se define como una ventaja mecánica porque sirve para realizar un mayor trabajo por un esfuerzo menor.

Para identificar el funcionamiento de una maquina simple se tienen que cumplir las siguientes 3 características:

  • El movimiento y la fuerza deben estar relacionados a la inversa, es decir, la fuerza producida debe ser mayor que la fuerza que se le emplea y el movimiento producido debe ser menor que el movimiento que se aplica.
  • Una de las principales característica es poseer sólo un punto de apoyo o punto eje.
  • Conservar energía y transformarla rigiéndose bajo la ley de la conservación de la energía que afirma “la energía ni se crea ni se destruye, solamente se transforma”.

Con base a estos principios se crearon 9 tipos de máquinas simples, que se convirtieron en la base funcional de las máquinas compuestas.  Estos son los nombres de las principales máquinas simples que existen:

  1. Palanca
  2. Tuerca
  3. Polea
  4. Rueda
  5. Cuña
  6. Plano inclinado
  7. Muelle
  8. Manivela
  9. Engranaje

Entre algunos ejemplos de maquina simple en el hogar y la vida cotidiana está el columpio, el cual permite  alzar a una persona mucho más pesada siempre que esta persona este sentada más cerca del punto de apoyo del columpio.  También, si tiramos de una cuerda sostenida por una polea fija conseguiremos subir una carga en una bodega o en una construcción sin importar su peso. Aunque el mejor ejemplo de una maquina simple es la llanta, ya que sus ruedas se conectan al motor de un vehículo para proporcionar la energía indispensable que permite ponerlo en movimiento y generar un desplazamiento.

En este goodz podrás aprender cómo funcionan cada uno de las partes solidas que componen a las maquinas simples y a la mayoría de artefactos del hogar que utilizan sus mecanismos.

¿Qué es el funcionamiento?

El funcionamiento es el comportamiento estándar que tiene una maquina simple para realizar una tarea específica. El término viene de la palabra función, es decir, la relación que se establece para ejecutar un proceso esperado bajo el principio de funcionamiento.

El Principio de funcionamiento de un artefacto consiste en el modo o capacidad en que un único elemento puede cumplir una función. Éste esquema se basa en leyes de la física, la masa, la forma y las propiedades que rigen sus procesos internos, ligados a la capacidad de funcionamiento.

La capacidad de funcionamiento es el límite en tiempo en que un artefacto, maquina o instrumento, puede realizar un ciclo de procesos conservando el estándar de calidad y transformando la energía que se suministra. Los funcionamientos son centralmente importantes para evaluar la producción. Es por eso que los 7 elementos que componen el funcionamiento de una máquina simple son:

  • Fuerza
  • Energía
  • Movimiento
  • Desplazamiento
  • Distancia
  • Velocidad
  • Información

A continuación aprenderás cómo se aplica el principio de funcionamiento en las 9 máquinas simples clásicas y en cada una te explicamos con ejemplos, cómo funcionan los artefactos más comunes del hogar.

Cómo funcionan las palancas

La palanca es una máquina simple, cuyo mecanismo se clasifica en transmitir fuerza y desplazamiento. Su estructura está compuesta por una barra rígida que se apoya de un punto denomina fulcro, que le permite girar libremente.

Su funcionamiento consiste en rotar  alrededor de un eje fijo, cuando se le aplica una fuerza rígida para vencer una resistencia. Así se logra amplificar la fuerza mecánica aplicada a un objeto, el cual sólo con su propia aplicación de fuerza no le permite.

El resultado es el incremento de su velocidad o de la distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de la fuerza ejercida.

Según la física, la ley que relaciona las fuerzas de una palanca en equilibrio se expresa mediante la ecuación de la potencia que nos dice que el brazo de una palanca es igual a la resistencia por el suyo.

En resumen, la palanca suele utilizarse cuando un objeto necesita una mayor ventaja para incrementar su fuerza con el fin de adquirir un mayor desplazamiento o velocidad. Estas son algunas máquinas que utilizan el funcionamiento de palanca como maquina simple:

Partes de una palanca

Lo parámetros característicos que componen a un sistema de palanca son:

  • La potencia
  • La resistencia
  • La fuerza de apoyo
  • Brazo de potencia
  • Brazo de resistencia

3 Tipos de palancas

Los tipos de palancas que existen en la física se dividen en tres géneros, que varían según sus grados y la posición del punto de apoyo o fulcro. Estos son las 3 clases de palancas que se pueden aplicar en diferentes maquinas simples:

  • Palanca de primer género. El punto de apoyo se halla entre la potencia y la resistencia. Algunos ejemplos de palancas de primer género son el alicate, la balanza, las pinzas de ropa, las tenazas o las tijeras.
  • Palanca de segundo género. La resistencia se encuentra entre el punto de apoyo y la potencia. Algunos ejemplos de este tipo de palanca es un abridor de botellas, la carretilla o el cascanueces.
  • Palanca de tercer género. La potencia se halla entre el punto de apoyo y la resistencia. Algunos ejemple de palancas de tercer grado son la caña de pescar, la grapadora o el tenedor.

¿Las palancas sirven para comer?

Sí. Hay mucha gente en el mundo que lo hace, ya que los palillos que comúnmente se emplean en la comida china, no son otra cosa que un ejemplo de palancas. Un pequeño movimiento con los dedos, juntando los extremos de esos palillos, y podréis tomar los alimentos del plato.

Cómo funciona el plano inclinado como maquina simple

Un plano inclinado o una rampa, es una maquina simple compuesta por una superficie plana y resistente que permite que las cosas suban y bajen a través de ella, con el mínimo esfuerzo.

Esta superficie forma un ángulo agudo con el suelo permitiendo elevar cuerpos a ciertas alturas y utilizar una fuerza menor a la empleada para levantar dicho cuerpo verticalmente. Esto se conoce en la física como descomposición de fuerzas, de la cual se obtienen tres.

La primera fuerza existente en su funcionamiento es la fuerza de gravedad, también conocida como peso. Ésta se obtiene de la masa del cuerpo y de su dirección vertical.  La segunda fuerza ejercida es la fuerza de reacción, se da sobre el cuerpo por el plano como consecuencia de la segunda ley de Newton; esta fuerza se encuentra en una dirección perpendicular al plano. La tercera fuerza es la fuerza de rozamiento o fricción, la cual es la que se opone al sentido del movimiento del cuerpo respecto a la superficie.

El plano inclinado facilita la subida o bajada de un conjunto de masas pesadas como personas, animales u objetos, ya que sirve para reducir la cantidad de fuerza requerida para mover el cuerpo verticalmente.

Su funcionamiento es la base de muchas maquinas compuestas en la actualidad, por ejemplo, podemos utilizarlos para cargar bultos en un camión. En ocasiones las planchas en bodegas tienen ruedas por encima que facilitan el deslizamiento de mercancía. El mejor ejemplo de usos del plano inclinado en la vida cotidiana, lo podemos ver en las rampas de los aeropuertos cuando recogemos el equipaje del avión.

¿Quién inventó el plano inclinado?

En cuanto a historia, los planos inclinados o rampas se usaron en Egipto en el año 2600 antes de cristo, para construir pirámides y templos. Esas largas rampas hicieron posible que los enormes bloques de piedra pudieran llegar a la cúspide de pirámides y edificios.

Aunque oficialmente, el plano inclinado fue inventado por el matemático Simón Stevin en la segunda mitad del siglo XVI​

Partes del plano inclinado

Los planos inclinados están compuestos por el movimiento paralelo a la superficie del suelo, por eso las partes que componen a un plano inclinado son:

  • Fuerza Paralela
  • Fuerza Perpendicular
  • Fuerza de gravedad
  • Masa

¿Qué dice la segunda ley de Newton?

La segunda ley de Newton establece que cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. En decir, la fuerza es directamente proporcional a la masa y a la aceleración de un cuerpo.

Cómo funciona la tuerca como máquina simple

La tuerca se define como un sistema de maquina simple con forma de plano inclinado en espiral. La tuerca también se conoce como pieza mecánica con un orificio central, el cual por medio de  una rosca, acopla a un tornillo para que éste quede fijo y no se deslice.

Tanto el sistema de tuerca como la pieza, permiten sujetar dos elementos que comparten un orificio.  Su funcionamiento consiste en darle vuelta al cuerpo para que su espiral gire y vaya ejerciendo una mayor presión para lograr un mejor ajuste y encaje. Esta presión o fuerza hace que la tuerca o tornillo se vaya introduciendo en la madera o en la superficie del objeto en donde se quiere colocar.

Las tuercas sirven para sujetar y fijar uniones de elementos desmontables. También sirve para ajustar encajes de una máquina. Algo que es muy común cuando se usa una tuerca, es agregar una arandela para que la unión cierre mejor y quede fija.

Algunos ejemplos de tuercas son las tuercas de seguridad para llantas, las cuales cuentan con un adaptador para poder ser colocadas y retiradas con una llave especial.  Otro ejemplo es la tuerca autoblocante que su funcionamiento consiste en presentar un aro de nylon en uno de los lados del orificio, para así bloquear el tornillo que se engancha en la tuerca.

Estas son algunas otras máquinas que utilizan el funcionamiento de tuerca como maquina simple:

Partes de una tuerca

Existen 4 características básicas que componen a una tuerca como herramienta:

  • Número de caras
  • Grosor
  • Diámetro
  • Rosca

Tipos de tuercas

Existen diferentes tipos de tuerca en las que su funcionamiento y función es el mismo pero varían según su número de caras, diámetro o tipo de rosca. Estos son los tipos de tuerca que existen:

  • Tuerca hexagonal
  • Tuerca mariposa
  • Tuerca ciega
  • Tuerca autoblocante
  • Tuerca con arandela a presión
  • Tuerca de embutir
  • Tuerca para clavar
  • Tuerca de presión

¿De qué están hechas las tuercas?

El material con que se fabrican las tuercas puede ser muy variado pero su forma y funcionamiento seguirá siendo el mismo, algunos ejemplos de materiales son:

  • Acero
  • Acero inoxidable
  • Aluminio
  • Latón
  • Aleaciones de cobre
  • Plástico reforzado
  • Nylon
  • Cloruro de polivinilo (PVC)
  • Caucho
  • Titanio

¿Para qué lado se desajusta una tuerca?

Una tuerca se ajusta para el lado en sentido de las manecillas del reloj, se debe hacer fuerza para girar al lado derecho.

Cómo funciona una polea

Una polea es una máquina simple que utiliza un sistema mecánico de tracción, el cual transmite o multiplica la fuerza que se ejerce hacia un objeto pesado. Su funcionamiento consiste en una rueda con un canal en su periferia por donde pasa una cuerda que gira sobre un eje central y se va deslizando. De esta manera se consigue elevar un objeto pesado hasta la altura de la rueda simplemente tirando de la cuerda sin demasiado esfuerzo.

Al hacer funcionar una polea, se multiplica la fuerza mecánica ejercida. Cuanto más pese el objeto que se pretende elevar, más fuerza se tendrá que hacer, tirando del extremo de la cuerda mientas al otro extremo está atado aquello que se necesita subir.

Para calcular la fuerza se utiliza la fórmula en que  Fuerza = Resistencia. Resistencia es el peso que queremos subir con la polea y fuerza es el esfuerzo que tenemos que hacer para subir el peso. Por ejemplo, para levantar 10Kg necesitamos hacer una fuerza de 10Kg.

La utilidad de un sistema de poleas radica en ayudar  al hombre a levantar objetos pesados sobre el suelo.  Según la física, reduce la magnitud de la fuerza necesaria para mover un mayor peso, lo que permite que podamos elevar un objeto sin importar que su peso sea mayor.

Estas son algunas otras máquinas que utilizan el funcionamiento de polea como maquina simple:

Partes de la polea

Las partes que caracterizan a un sistema de polea simple son:

  • Llanta
  • Cuerpo
  • La acanaladura o garganta
  • Cubo

Tipos de poleas

Existen diferentes tipos de poleas en las que su funcionamiento es el mismo pero varían su punto de eje. Estos son los tipos de poleas que existen:

  • Poleas fijas. Usan un sistema donde la polea se encuentra fija a una viga.
  • Poleas móviles. Su sistema está unido a la carga y no a la viga.

¿Quién inventó la polea?

El origen de la polea es muy incierto. Los historiadores estiman que la polea se inventó hacia el año 100 a.c.  Debido a la nota histórica de Plutarco quien en su obra "Vidas paralelas" relata que Arquímedes, en la carta al rey Hiperón de Siracusa, afirmó que con una fuerza dada podía mover cualquier peso apoyada de un eje.

Cómo funciona la rueda

La rueda es un dispositivo mecánico circular que funciona como máquina simple al girar alrededor de un eje.​  La rueda es uno de los inventos más importantes de la historia debido a su gran utilidad, principalmente, cómo componente para maquinas complejas que sirven como medio de transporte.

El funcionamiento de la rueda consiste en reducir la fricción. Cuando la rueda se instala alrededor de un eje, le permite girar y no deslizarse, lo que significa que la fricción se reduce para impulsar a un objeto en suspensión. Esta reducción ocurre en el punto donde la rueda y el eje se encuentran.

Las ruedas también tienen la función de proporcionar apalancamiento, es decir, multiplican la fuerza. Una maquina con ruedas es más fácil de empujar, independiente de su tamaño, porque la rueda funciona como palanca dependiendo de su diámetro. Así la fuerza de tracción se multiplica y facilita el giro de las ruedas alrededor de sus ejes.

Según historiadores los primeros usos de la rueda eran para mover cosas que pesaban mucho, ya que se inventó después  de que los hombres utilizaran troncos cilíndricos en hileras para deslizar cosas en tramos largos.

De esta forma La rueda sirve para mover objetos sobre el suelo. Los automóviles, los trenes, las bicicletas, los patines, los carritos de la compra, los cochecitos de los bebés y tantas otras cosas no podrían moverse sin la ayuda de las ruedas.

Estas son algunos otros aparatos que utilizan el funcionamiento de rueda como maquina simple:

¿Quién y Cuándo se inventó la rueda?

El origen de la rueda es muy incierto. Los historiadores estiman que la rueda se inventó en el quinto milenio A. C. en Mesopotamia, durante el período de El Obeid (hacia el 3500 a. C.), en la antigua región conocida como Creciente Fértil, inicialmente, con la función de rueda de alfarero.

Las primeras ruedas que se conocieron como maquinas simples, fueron discos de madera con un agujero central que permitía poder incrustarlas  en un eje. Posteriormente, la siguiente evolución fue la rueda con radios, la  cual permitió la construcción de vehículos más rápidos y ligeros; esto se dio en el norte de Asia Central entre los años 2000-1200 a. C.

Luego ocurre la inclusión de una cinta de hierro alrededor de las ruedas de los carros para usar un tipo rodamiento rudimentario, estos se colocaban en el eje sobre discos de madera. Posteriormente los romanos utilizaron anillos de bronce como rodamiento.

Partes de la rueda

La rueda de una máquina de transporte, como un vehículo, se compone, cuatro partes:

  • La llanta
  • El neumático
  • La válvula
  • La contrapesa

Tipos de rueda

Existen diferentes tipos de rueda en las que su funcionamiento es el mismo pero varían según su material y al tipo de eje al que se conecta. Estos son los tipos de rueda que existen:

  • Madera
  • Acero Forjado
  • Hierro fundido
  • Hierro Dúctil
  • Poliuretano
  • Hule Moldeado
  • NyTec-MD
  • Resina Fenólica
  • Ranura-V
  • Con Pestaña
  • Neumáticas

¿De qué están hechas los neumáticos?

El material con que se fabrican los neumáticos es el caucho natural y sintético. La materia prima es el petróleo combinado con el negro de humo (negro de carbono), acero, textil, el óxido de zinc, azufre y otros aditivos. Más de 100 compuestos químicos diferentes entran a formar parte de un neumático.

Cómo funciona la cuña como máquina simple

La cuña es un sistema de doble plano inclinado con forma triangular que ejerce su fuerza para introducirse entre dos superficies o incluso atravesarlas. La cuña puede ser una pieza de madera, acero o de metal con una estructura de prisma triangular.

El funcionamiento de una cuña, como maquina simple o herramienta, responde al mismo principio del plano inclinado; su desplazamiento y fuerza se da al moverse en la dirección de su extremo afilado, generando fuerzas en sentido perpendicular a la dirección del movimiento.

La forma de la cuña es técnicamente como un doble plano inclinado y sirve como herramienta para agrietar o dividir cuerpos sólidos. La mayor cantidad de máquinas cortantes como hachas, picos, cuchillos y otros objetos punzantes se basan en esta función. Por ejemplo, la forma afilada de un alfiler, una  aguja o incluso la uña, le permite penetrar un objeto que sea de material con menor densidad.

La hoja de un hacha de leñador puede considerarse un ejemplo de cuña,  ya que al golpear un tronco bajo el impulso del brazo que empuña el mango del hacha, dicha hoja de metal se va introduciendo en la madera. Cuanto más se introduce, más se van apartando las dos partes hasta llegar a separarse completamente. Es por eso que la cuña que constituye la hoja del hacha, consigue lo que no se lograría con los golpes “planos” de un martillo, por más potentes que estos fueran.

Una cuña también se puede usar para ajustar o apretar dos objetos entre sí. Estas son algunas otras máquinas que utilizan el funcionamiento de cuña como maquina simple:

Partes de una cuña

La cuña es la pieza acabada en un ángulo que sirve tanto para separar como para rellenar, las partes que la componen son:

  • Punta
  • Filo
  • Hoja
  • Masa

Tipos de cuña

Existen diferentes tipos de cuña en las que su función es la misma pero varía según su ángulo. Estos son las clases de cuñas que existen:

  • Cuñas encastradas
  • Cuñas cóncavas
  • Cuñas planas
  • Cuñas tangenciales
  • Casquillos cónicos.
  • Pasadores cónicos
  • Cuñas transversales
  • Cuña de ajuste

Cómo funciona una máquina muelle

Un muelle, también llamado resorte, es una maquina simple que funciona como elemento elástico capaz de absorber golpes y vibraciones ocasionados por la tensión de otros artefactos.

Su definición a nivel de la física se puede entender como pieza elástica, el cual utiliza un mecanismo con base de una fuerza elástica para almacenar energía y desprenderse de ella sin sufrir deformación permanente; por eso es conocido también como muelle elástico.

El funcionamiento consiste en almacenar energía de forma mecánica. Al empujarlos hacia abajo, almacenan la energía que hemos usado para ello y al volver a su estado normal, sueltan esa energía. Un ejemplo de muelles puede encontrarse en los relojes.

Los muelles sirven también para medir la fuerza. Al apretar un muelle, el volumen que lo mueve está en proporción directa con la fuerza aplicada. Es por eso que los muelles forman parte primordial de las básculas de peso.

El mecanismo del muelle sirve en diferentes máquinas para conservar las cosas en su posición inicial. Si un objeto es empujado hacia abajo, el muelle ayudará a que recupere su posición original. Un ejemplo de muelle básico son los colchones de resortes; cuando un objeto cae sobre el colchón, los muelles se aplastan y vuelven a levantarse con el pasar de las horas.

Estas son algunas otras máquinas que utilizan el funcionamiento de muelle:

Partes de un Muelle

A nivel técnico, esta máquina simple debe estar compuesta por los siguientes elementos en su forma para poder ejercer una correcta función de elasticidad. Las partes que componen a un muelle o resorte son:

  • Diámetro del muelleo o diámetro exterior
  • Diámetro medio
  • Diámetro de alambre
  • Angulo de la espira o hélice
  • Longitud del muelle
  • Paso

Tipos de Muelles

Existen 5 tipos de muelles en las que su funcionamiento es el mismo pero varía según las fuerzas o tensiones que puedan soportar. Estos son los tipos de resortes que existen:

  • Resortes de tracción
  • Resorte cónico de compresión
  • Resortes de compresión
  • Resortes de torsión
  • Resortes espirales

¿Por qué rebotan los resortes?

Un muelle resorte rebota porque tiene elasticidad debido a su forma helicoidal o espiral. Eso quiere decir que puedes estirarlos, doblarlos o aplastarlos y ellos recobrarán su posición original en cuanto los sueltes.

¿De qué están hechas los resortes?

Los resortes o muelles elásticos están sometidos a una continua tensión y almacenamiento de energía constante lo que ocasiona desgaste, es por eso que el material con el que se fabrican debe ser resistente. Existe una gran diversidad de materiales de fabricación para los muelles, varía según la fuerza que necesita para resistir la tensión, entre tantos está:

  • Alambre
  • Acero al carbono
  • Acero inoxidable
  • Acero al cromo-silicio
  • Cromo-vanadio
  • Bronces
  • Plástico
  • Metal

Cómo funciona el mecanismo de una manivela

Una manivela es un mecanismo que transmite un movimiento rotatorio. Está compuesta por una pieza metálica con forma de barra, que se encuentra sujeta por un mango y adherida a un punto de eje. Su funcionamiento consiste en girar la barra alrededor del punto de eje utilizando la empuñadura; al girarla hace dar vueltas a una rueda para que la máquina se ponga en marcha y rote para hacer girar otras herramientas o simplemente acumular energía.

El mecanismo de manivela sirve en diferentes máquinas para trasmitir movimiento de rotación, generar desplazamiento, acumular energía o multiplicar una fuerza ejercida ya que el esfuerzo que transmite por una manivela cumple la ecuación de equilibrio de las palancas.

Un ejemplo claro de manivela son los pedales de la bicicleta. Cuando se pedalea, las ruedas se mueven y la bicicleta se pone en movimiento. Otro ejemplo de manivela es la manilla de la puerta de un coche, ya que hace subir y bajar los cristales de las ventanillas del vehículo.

Estas son algunas otras máquinas que utilizan el funcionamiento de manivela:

Mecanismo biela manivela

El mecanismo de biela-manivela es una derivación del funcionamiento de una manivela. Este tipo de maquina transforma el movimiento circular de una manivela común en un movimiento de traslación o desplazamiento. Un ejemplo entendible del sistema biela manivela es el motor de combustión interna de un automóvil, su pistón se mueve de forma lineal  por la explosión de gasolina, éste se trasmite a la biela y se convierte en movimiento en el cigüeñal.

Otra de las aplicaciones del mecanismo de biela manivela se da en la ruedas de las locomotoras o trenes, cuando se desplazan dentro de los rieles.

Partes de una Manivela

A nivel técnico, esta máquina simple está compuesto por tres elementos, que se derivan de la palanca y la rueda. Las partes que componen una manivela son:

  • Eje. Este es el que determina el centro de giro de la manivela.
  • Empuñadura o mango. Esta parte con la que se puede agarrar a la máquina para ejercer la fuerza de movimiento, puede ser con la mano, con los pies como es el caso de los pedales de una bicicleta o con un motor.
  • Brazo o barra. Es el que determina la distancia entre eje y empuñadura. Es similar al brazo de una palanca por eso se le llama también barra.

¿De qué están hechas las Manivelas?

Las manivelas tienen un uso diario en el hogar y están sometidas a un continuo desgaste, es por eso que el material con el que se fabrican debe ser resistente a periodos largos. Existen una gran variedad de materiales de fabricación de las manivelas como lo son:

  • Hierro
  • Acero inoxidable.
  • Latón
  • Aluminio
  • Zmak

Tipos de Manivela

Existen diferentes tipos de manivela en las que su funcionamiento es el mismo pero varían según su estructura y por la forma de rodamiento en los puntos de apoyo. Estos son los tipos de manivelas que existen:

  • Manivela de estructura rígida
  • Manivela de estructura articulada
  • Manivela de estructura doblemente articulada
  • Manivela de rodamiento Planos (Bujes),
  • Manivela de rodamiento Esféricos o Bolas
  • Manivela de rodamientos cilíndricos o rolletes

Funcionamiento del engranaje como máquina simple

Un engranaje es una máquina simple con forma de rueda dentada que se une a dos o más ruedas dentadas para transmitir potencia mecánica de un componente a otro.

Un sistema de engranaje está compuesto por mínimo dos ruedas dentadas, donde una es más grande que la otra. La primera se llama corona y a la segunda piñón.  Un engranaje sirve para transmitir un movimiento circular mediante el contacto de sus ruedas dentadas.

Los dientes de los engranajes pueden ser curvos o rectos. Los engranajes no pueden hacer nada por sí solos pero trabajan estupendamente cuando lo hacen unos con otros. Los dientes se ensamblan con los de otros engranajes de distintas medidas y formas, igual que si se tratara de un “puzzle” y así pueden llevar a cabo tareas prodigiosas.

El funcionamiento de un engranaje consiste en que una de las ruedas dentadas se acopla a la otra y transmite fuerza o movimiento cuando la rueda más grande gira. Para que las ruedas dentadas formen el mecanismo de engranaje ambas deben tener la misma clase de dientes para que puedan encajar, pero lo que si puede variar es  la cantidad de dientes en cada una.

La rueda que lleva el movimiento es llamada rueda motriz (que generalmente es la más grande) y la otra rueda se llama rueda conducida.

Los engranajes sirven para para transmitir potencia de una parte de una máquina a otra con el objetivo de aumentar la velocidad, aumentar la fuerza o hacer un cambio de dirección. Un ejemplo de máquinas que usen engranajes son las bicicletas, donde los engranajes transmiten la potencia de los pedales a la rueda trasera.

También podemos ver un sistema de engranaje en el motor de los vehículos, cuando gira al eje de transmisión ejerciendo fuerza sobre las ruedas para desplazarse. Estas son algunos otros artefactos que utilizan el principio de engranaje como maquina:

Partes del engranaje

En cuanto a las partes que componen a un sistema de engranajes, algunas son físicas y otras se pueden definir como características:

  • Diente de un engranaje
  • Módulo
  • Circunferencia primitiva
  • Paso circular
  • Espesor del diente
  • Número de dientes
  • Diámetro exterior
  • Diámetro interior
  • Pie del diente
  • Cabeza del diente
  • Flanco
  • Altura del diente
  • Ángulo de presión
  • Largo del diente
  • Distancia entre centro de dos engranajes
  • Relación de transmisión

Tipos de engranajes

Existen diferentes tipos de engranajes en las su funcionamiento es el mismo pero varían su forma en cuanto a los ejes.

Ejes paralelos:

  • Engranaje de Cilíndricos de dientes rectos
  • Engranaje de Cilíndricos de dientes helicoidales
  • Engranaje de Doble helicoidales

Ejes perpendiculares:

  • Engranaje de Helicoidales cruzados
  • Engranaje de Cónicos de dientes rectos
  • Engranaje de Cónicos de dientes helicoidales
  • Engranaje de Cónicos hipoides
  • Engranaje de rueda y tornillo sin fin

Otros tipos de ejes:

  • Engranaje de Transmisión simple
  • Engranaje de Transmisión con engranaje
  • Engranaje de Transmisión compuesta.
  • Engranaje de Mecanismo piñón cadena
  • Engranaje de Polea dentada

Historia de las máquinas

Las máquinas surgen cuando el hombre percibe que podía usar sus manos para construir objetos que mejoraran su calidad de vida, fue entonces cuando se decide crear máquinas para facilitar los diferentes trabajos ya experimentados de forma manual.

Uno de los primeros instintos al que las máquinas beneficio fue el de sobrevivencia. El hombre construye artefactos para mejorar procesos como la caza, la pesca y la recolección de frutas. Luego llega la necesidad de transportar o mover objetos pesados por grandes distancias dando origen a la rueda y a la palanca.

Estos descubrimientos dieron paso a satisfacer otro tipo de necesidades como la vivienda, la seguridad y la salud, creando máquinas que funcionaban como extensión de sus manos como martillos, cuchillos, palas o arpones entre otras. De esta forma el trabajo físico era mucho menor y se obtenían resultados a gran escala. Al principio todas estas herramientas se elaboraban con huesos o madera, luego se descubrió que el hierro y el acero podían fundirse para reemplazar a la madera y lograr así estructuras más resistentes.

Todo este emprendimiento no solo afecto la calidad de vida de la sociedad, también contribuyo a un desarrollo socio económico de la humanidad. Ya que posteriormente las máquinas permitieron crear negocios o empresas que satisficieran las diferentes necesidades de grandes comunidades.

Las primeras máquinas

Una de las primeras máquinas fue el arco, éste sirvió  como herramienta para la caza y la pesca. Se descubrió que para cazar a un animal, se podía formar un arco amarrando una rama doblada y sujetada de sus extremos por una cuerda estirada para así lanzar un objeto corto pulsante a una gran distancia.

Otra de las primeras máquinas fue el telar, que surge  de la necesidad de vestir para protegerse del frío y del sol. Una máquina que permitía tejer el hilo producido del algodón.

¿Todas las máquinas tienen motor?

No. Hay muchas máquinas que no lo tienen. La fuerza que las hace funcionar proviene de los músculos de las personas o de los animales.

La escoba, por ejemplo, es un tipo de máquina de necesita de nuestro esfuerzo. Cuando barres, estás empujando la escoba con los músculos de tus brazos. Lo mismo puede decirse de otros artilugios cotidianos de una pieza.

Las tijeras, la pala, la sierra, el destornillador, el abrelatas e incluso el matamoscas, son máquinas que carecen de motor.

¿Cómo funcionaban las máquinas de las fábricas antes de inventarse los motores?

Una de las primeras máquinas compuestas es la rueda hidráulica, que surge de la necesidad de tener fuentes de energía para los molinos.

Para ello las fábricas tenían que estar situadas a orillas de un río de aguas rápidas. La rueda hidráulica estaba hecha de madera y tenía una serie de palas o cubos alrededor del canto. Una parte de la rueda siempre estaba dentro del agua con lo cual, al discurrir la corriente del río, el agua empujaba las palas para que la rueda girara.

La rueda estaba montada sobre un eje llamado árbol, que a veces era tan grande que requería un tronco de árbol entero. Este eje iba desde la rueda hidráulica hasta el interior de la fábrica. Al girar la rueda, el árbol hacía funcionar las máquinas. En muchas factorías, el árbol se empleaba para poner en movimiento otros árboles secundarios, que llegaban a todos los rincones de la fábrica. De ese modo se podían poner en funcionamiento varias máquinas compuestas a la vez.

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