¿Qué es un mecanismo simple y compuesto?

¿Por qué utilizamos máquinas simples y compuestas?

Este artículo trata del concepto en física. Para el sello discográfico independiente, véase Simple Machines. Para el software del foro de Internet, véase Foro de Máquinas Simples. Para una cobertura más amplia de este tema, véase Mecanismo (ingeniería).

Una máquina simple es un dispositivo mecánico que cambia la dirección o la magnitud de una fuerza[2]. En general, pueden definirse como los mecanismos más simples que utilizan la ventaja mecánica (también llamada palanca) para multiplicar la fuerza[3]. Normalmente el término se refiere a las seis máquinas simples clásicas que fueron definidas por los científicos del Renacimiento:[4][5][6].

Una máquina simple utiliza una única fuerza aplicada para realizar un trabajo contra una única fuerza de carga. Ignorando las pérdidas por fricción, el trabajo realizado sobre la carga es igual al trabajo realizado por la fuerza aplicada. La máquina puede aumentar la cantidad de fuerza de salida, a costa de una disminución proporcional de la distancia recorrida por la carga. La relación entre la fuerza de salida y la aplicada se denomina ventaja mecánica.

Las máquinas simples pueden considerarse los «bloques de construcción» elementales de los que se componen todas las máquinas más complicadas (a veces denominadas «máquinas compuestas»[7][8])[3][9] Por ejemplo, en el mecanismo de una bicicleta se utilizan ruedas, palancas y poleas[10][11] La ventaja mecánica de una máquina compuesta no es más que el producto de las ventajas mecánicas de las máquinas simples que la componen.

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Diferencia entre máquinas simples y complejas

Una máquina simple es un dispositivo mecánico básico que ayuda a realizar un trabajo. Lo más probable es que los seis tipos de máquinas simples se encuentren en tu casa. Explora los ejemplos de máquinas simples para ver qué tipos de máquinas utilizas a diario.

Aunque los ejemplos de poleas caseras son difíciles de encontrar, probablemente tengas al menos una de ellas en casa. Una polea es «una pequeña rueda fija o un grupo de tales ruedas con una cuerda o cadena en una llanta acanalada que se utiliza para levantar algo».

Te sorprenderá saber cuántos ejemplos de ruedas y ejes cotidianos puedes encontrar en tu casa. Como su nombre indica, una rueda y un eje son «una rueda o polea más grande que se fija a un eje, a una rueda o polea más pequeña, o a un tambor, para aumentar la ventaja mecánica o la velocidad».

Las cuñas son uno de los tipos de máquinas simples más comunes que puedes encontrar en tu casa. Una cuña es «una herramienta utilizada para dividir algo en pedazos o la forma de cualquier cosa que tenga dos bordes que se unen en un punto».

Una palanca es «un dispositivo que consiste en una barra que gira alrededor de un punto fijo, el fulcro, utilizando la potencia o la fuerza aplicada en un segundo punto para levantar o sostener un peso en un tercer punto». Explora algunos ejemplos de palancas que probablemente veas a diario.

Ejemplos de máquinas simples y compuestas

Las máquinas se limitan a transmitir el trabajo mecánico de una parte del aparato a otra. Una máquina produce fuerza y controla la dirección y el movimiento de la fuerza, pero no puede crear energía. La capacidad de una máquina para realizar trabajo se mide por dos factores. Estos son (1) la ventaja mecánica y (2) la eficiencia. Ventaja mecánica. En las máquinas que sólo transmiten energía mecánica, la relación entre la fuerza ejercida por la máquina y la fuerza aplicada a la máquina se conoce como ventaja mecánica. Con la ventaja mecánica, la distancia que se moverá la carga será sólo una fracción de la distancia por la que se aplica el esfuerzo. Aunque las máquinas pueden proporcionar una ventaja mecánica superior a 1,0 (e incluso inferior a 1,0 si se desea), ninguna máquina puede realizar nunca más trabajo mecánico que el que se le aplica. Eficiencia. La eficiencia de una máquina es la relación entre el trabajo que proporciona y el trabajo que se realiza en ella. Aunque el rozamiento puede reducirse engrasando las piezas deslizantes o giratorias, todas las máquinas producen algo de rozamiento. Una palanca tiene un alto rendimiento debido a que tiene poca resistencia interna. El trabajo que realiza es casi igual al que recibe, ya que la energía consumida por el rozamiento es muy pequeña. En cambio, una polea puede ser relativamente ineficiente debido a que la fricción interna es mucho mayor. Las máquinas simples siempre tienen eficiencias inferiores a 1,0 debido a la fricción interna.

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Ejemplos de máquinas compuestas

Las máquinas complejas (o compuestas) combinan una o varias máquinas simples. El resultado combina las propiedades y funciones de las máquinas simples que las componen y, por lo general, proporciona una funcionalidad adicional a la que pueden ofrecer las máquinas simples que las componen.

Rube Goldberg fue famoso por combinar docenas de máquinas simples en máquinas muy complejas que realizaban tareas muy simples. Hoy en día, cualquier máquina más complicada de lo necesario suele describirse como una «máquina de Rube Goldberg» en honor a este diseñador e ingeniero.