maquinas simple

MAQUINAS SIMPLES

Colombia Viva I.E.D Daniela Paola Rodriguez Vargas

¡Vamos!

creditos

Daniela Paola Rodríguez Vargas estudiante en práctica, Licenciatura en Electrónica, Universidad Pedagógica Nacional. Said Pinzón, profesor de la I.E.D. Colegio Colombia Viva. Giovanni Gutierrez Vargas, profesor y asesor de práctica Licenciatura en Electrónica, Universidad Pedagógica Nacional. La presente obra se acoge a lo dispuesto en el Estatuto de Protección de la Propiedad Intelectual de la Universidad Pedagógica Nacional (Acuerdo 011 de 2017) para práctica educativa.

Recomendaciones

Para empezar es necesario que los estudiantes realicen una lectura de las siguientes recomendaciones:

Es importante dedicar tiempo a practicar con los ejercicios recomendados en la guía. La práctica constante es clave para familiarizarse con el entorno y características del software.

Se sugiere llevar a cabo una lectura exhaustiva de la guía para comprender las funcionalidades y objetivos. Este paso es esencial para dominar el software.

Mantenga la guía del software a mano como referencia rápida para consultar procedimientos y resolver dudas de manera eficiente. Esto le permitirá aprovechar al máximo las funcionalidades del software.

Es fundamental seguir las instrucciones de la guía de manera secuencial. Esto permitirá una mejor comprensión de las funcionalidades y garantizará un uso eficiente del software.

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Índice

Presentación

Módulos

Objetivos

Evaluación

Actividades

Encuesta

Presentación

Bienvenidos al curso de Máquinas Simples, una exploración esencial de los fundamentos de la mecánica y la física aplicada. Este curso está diseñado para proporcionar una comprensión profunda de las máquinas simples, que son los bloques constructivos de las herramientas y las maquinarias más complejas utilizadas en el mundo de hoy. A lo largo de este curso, examinaremos cómo las máquinas simples, como la palanca, la polea, el plano inclinado, la cuña, el tornillo y la rueda y eje, han revolucionado la manera en que realizamos trabajo y aplicamos fuerzas. Aprenderemos sobre los principios físicos detrás de cada máquina, sus ventajas mecánicas y sus aplicaciones prácticas en diversos campos, desde la ingeniería hasta la vida cotidiana.

justificacion y objetivos

Justificacion

Este curso permite a los estudiantes comprender y aplicar los principios de las máquinas simples, desarrollando habilidades para resolver problemas y crear soluciones innovadoras. Al aprender a identificar, describir y analizar diferentes máquinas simples, los estudiantes estarán mejor preparados para usar estos conceptos de manera efectiva en su vida diaria y profesional.

Objetivos

El objetivo principal del curso es proporcionar a los estudiantes una comprensión profunda de los principios que rigen las máquinas simples, así como la capacidad de aplicarlos para resolver problemas y desarrollar soluciones innovadoras en situaciones cotidianas y profesionales. Esto implica no solo conocer la teoría, sino también saber cómo usar estos conceptos para mejorar la eficiencia y eficacia en diversas tareas.

justificacion y objetivos

Identificación y Descripción de Máquinas Simples:

• Reconocer y categorizar las diferentes máquinas simples, como la palanca, la polea, el tornillo, la cuña, el plano inclinado y la rueda y eje.
• Describir cada tipo de máquina simple en términos de su estructura y función.
• Proporcionar ejemplos de cómo se utilizan estas máquinas en la vida diaria y en diferentes industrias.

Análisis del Funcionamiento y Principios Fundamentales:

• Explicar el funcionamiento básico de cada tipo de máquina simple, destacando los principios físicos que las gobiernan, como la fuerza, el movimiento y el equilibrio.
• Analizar cómo estos principios se aplican en diferentes contextos y cómo pueden ser utilizados para mejorar la realización de tareas específicas.
• Realizar cálculos y experimentos para demostrar la aplicación práctica de estos principios y validar su comprensión.

Módulos

Polea

Rueda y eje

Palanca

Funcionamiento y clasificación de las poleas, con aplicaciones en diversos contextos. Distinción entre polea fija y móvil.

Explicación sobre cómo este mecanismo facilita el movimiento

Descripción de los distintos tipos de palancas y sus puntos de apoyo, Explicación de la ley de la palanca.

Módulos

Cuña

Tornillo

Plano inclinado

Definición y ejemplos de cuñas, y cómo distribuyen la fuerza en diferentes direcciones de manera eficiente.

Análisis del tornillo como un dispositivo que convierte la fuerza rotativa en fuerza lineal, con usos en numerosos ámbitos.

Ventajas y aplicaciones del plano inclinado, destacando su capacidad para reducir la fuerza requerida en el movimiento de objetos

Palanca

Definición

Una palanca es una máquina simple que consiste en una barra rígida que gira alrededor de un punto fijo llamado fulcro o punto de apoyo. Las palancas se utilizan para amplificar la fuerza aplicada en un extremo para levantar o mover una carga en el otro extremo. El funcionamiento de una palanca se basa en el principio de momentos, donde la relación entre la fuerza aplicada y la carga depende de las distancias al fulcro.

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Palanca

Segunda clase

Tipos

En una palanca de segunda clase, la carga se encuentra entre el fulcro y la fuerza aplicada. Este tipo de palanca siempre aumenta la fuerza aplicada, pero no la distancia.

Primera clase

En una palanca de primera clase, el fulcro (punto de apoyo) se encuentra entre la fuerza aplicada y la carga. Este tipo de palanca puede aumentar tanto la fuerza como la distancia dependiendo de la posición del fulcro.

Tercera clase

En una palanca de tercera clase, la fuerza aplicada se encuentra entre el fulcro y la carga. Este tipo de palanca aumenta la distancia a costa de la fuerza aplicada

Palanca

Ley

La palanca se encuentra en equilibrio cuando el producto de la fuerza (F), por su distancia al punto de apoyo (Bf) es igual al producto de la resistencia (R) por su distancia la distacia al fulcro( punto de apoyo (Br)). Esta es la denominada ley de la palanca, que matemáticamente se expresa como:

donde F: Fuerza aplicada Bf: Distancia de la fuerza al punto de apoyo (fulcro) R: Resistencia (carga) Br: Distancia de la resistencia al punto de apoyo (fulcro)

Palanca

Aplicaciones Prácticas

Ventajas Mecánicas

Jardinería: Tijeras de podar. Construcción: Palanca de demolición. Deportes: Palanca en levantamiento de pesas. Medicina: Palanca en los huesos y músculos del cuerpo humano.

La ventaja mecánica de una palanca se define como la relación entre la distancia al fulcro desde la fuerza aplicada y la distancia al fulcro desde la carga. Esta ventaja permite mover cargas pesadas aplicando una fuerza menor.

Rueda y eje

Definición

Consiste en una rueda circular que gira alrededor de una barra central llamada eje. Este sistema se utiliza para reducir la fricción y facilitar el movimiento de cargas pesadas aplicando una fuerza menor. En términos simples, cuando aplicas una fuerza a la rueda, esta fuerza se transfiere al eje, facilitando el movimiento del objeto adjunto. El radio de la rueda en comparación con el radio del eje determina la cantidad de fuerza requerida para mover el objeto.

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Módulo 2

Manivela y eje

Rueda libre

Rueda fija

Una palanca (manivela) se utiliza para hacer girar el eje. La fuerza aplicada a la manivela se convierte en movimiento rotativo del eje.

La rueda y el eje no están fijados entre sí. Esto permite que la rueda gire independientemente del eje.

En este tipo, la rueda está firmemente unida al eje. Esto significa que cuando la rueda gira, el eje también gira.

Módulo 2

Ley

Esta ley establece que la ventaja mecánica de un sistema de rueda y eje es la relación entre el radio de la rueda y el radio del eje. Cuanto mayor sea el radio de la rueda en comparación con el radio del eje, mayor será la ventaja mecánica. Esto significa que puedes mover una carga pesada con menos esfuerzo. Donde: R: es el radio de la rueda. r:es el radio del eje.

Palanca

Aplicaciones Prácticas

Ventajas Mecánicas

Transporte: Vehículos como automóviles, bicicletas y aviones utilizan ruedas y ejes para movimiento y dirección. Herramientas: Manivelas, tornos de alfarero, ruedas de molienda. Equipos de Elevación: Poleas y cabrestantes que utilizan el principio de rueda y eje para levantar cargas pesadas.

Una rueda y eje se refiere a cuánto más fácil es mover una carga utilizando este sistema. Básicamente, es una medida de cuántas veces se multiplica la fuerza que aplicas.

Polea

Definición

Una polea es una máquina simple compuesta por una rueda giratoria con un surco en su circunferencia, destinada a modificar la dirección de una fuerza aplicada mediante una cuerda, cadena o cable, facilitando así el levantamiento o desplazamiento de cargas. Su principio de funcionamiento se basa en el equilibrio de momentos de fuerza, permitiendo realizar un trabajo mecánico con menor esfuerzo.

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Polea

Tipos

Movil

Fija

Compueta

Polea

Ley

La ley de la polea establece que, en un sistema de poleas, la fuerza necesaria para levantar una carga se reduce según el número de segmentos de cuerda que soportan la carga. En términos simples, más poleas o más segmentos de cuerda implican menos esfuerzo necesario. Es fundamental en física para entender cómo se puede multiplicar la fuerza aplicada para mover o levantar objetos pesados.

F:es la fuerza que aplicas. R:es la carga que estás levantando. n:es el número de segmentos de cuerda que soportan la carga(poleas moviles).

Polea

Aplicaciones Prácticas

Ventajas Mecánicas

Grúas y elevadores: Usadas para levantar y mover cargas pesadas en construcción y en industrias. Ascensores: Poleas y sistemas de cableado permiten el movimiento entre pisos de manera suave y segura. Gimnasios: Equipos de ejercicios usan poleas para ofrecer resistencia y facilitar el movimiento. Teatros: Manejan decorados y cortinas pesadas con precisión. Barcos: En navegación, ayudan a izar velas y manejar cargas.

Las poleas permiten reducir el esfuerzo necesario para levantar objetos pesados, cambiar la dirección de la fuerza aplicada y multiplicar la fuerza, logrando una mayor eficiencia y efectividad en el movimiento y levantamiento de cargas.

Plano inclinado

Definición

Un plano inclinado es una máquina simple que consiste en una superficie plana dispuesta en ángulo respecto a la horizontal. Este mecanismo permite reducir la fuerza necesaria para elevar un objeto, distribuyendo el esfuerzo sobre una distancia mayor. Al mover un objeto a lo largo del plano inclinado en lugar de levantarlo verticalmente, se facilita el trabajo mecánico al disminuir la cantidad de fuerza requerida. Este principio se fundamenta en la mecánica clásica y se utiliza en diversas aplicaciones prácticas, como rampas, carreteras en pendiente y sistemas de transporte.

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Plano inclinado

Tipos

Hay un solo tipo de plano inclinado porque, en esencia, todos cumplen la misma función de facilitar el movimiento de objetos a diferentes alturas. La variación en el ángulo de inclinación permite analizar cómo se modifican las fuerzas involucradas, como la gravedad y la fricción, pero todos se basan en el mismo principio fundamental de la inclinación.

Plano inclinado

Ley

Fuerza gravitacional: F g ​ =m⋅g (donde 𝑚 m es la masa del objeto y 𝑔 g es la aceleración debida a la gravedad). Componente paralela a la inclinación: F paralela ​ =m⋅g⋅sin(θ). Componente perpendicular a la inclinación: F normal ​ =m⋅g⋅cos(θ). Fuerza de fricción (si aplica): F fricción ​ =μ⋅F normal ​ =μ⋅(m⋅g⋅cos(θ)) donde μ es el coeficiente de fricción.

Plano inclinado

Aplicaciones Prácticas

Ventajas Mecánicas

Transporte: Rampas y pendientes utilizadas en carreteras y caminos para facilitar el movimiento de vehículos. Construcción: Tablas inclinadas y rampas para mover materiales pesados sin necesidad de levantarlos verticalmente. Accesibilidad: Rampas en edificios para permitir el acceso a personas con movilidad reducida. Recreación: Toboganes y pistas de patinaje que usan planos inclinados para diversión. Agricultura: Canalones inclinados para transportar granos y otros materiales agrícolas.

El plano inclinado ofrece varias ventajas mecánicas. Permite reducir la fuerza necesaria para mover un objeto elevando su recorrido en una distancia mayor. Esto hace que el trabajo sea más fácil y eficiente. Además, ayuda a distribuir la carga y minimizar el esfuerzo físico, haciendo posible el transporte de objetos pesados con menor esfuerzo. Estos principios son fundamentales en muchas aplicaciones prácticas, desde la construcción hasta el diseño de herramientas y maquinaria.

Tornillo

Definición

Un tornillo es un elemento de sujeción que se utiliza para unir o ensamblar objetos. Se compone de un cuerpo cilíndrico con una rosca helicoidal que permite su inserción en un material, y generalmente tiene una cabeza en uno de sus extremos para facilitar su manipulación con herramientas como destornilladores o llaves. Los tornillos pueden estar hechos de diversos materiales, como acero, plástico o bronce, y se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, desde la construcción hasta la fabricación de maquinaria y muebles.

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Tornillo

Tipos

Uso

Material

Cabeza

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Madera tienen roscas profundas para un agarre firme en carpintería. máquina tienen roscas finas para unir piezas metálicas con precisión. Autorroscantes perforan su propio agujero, ideales para materiales blandos como madera y ciertos metales.

Acero inoxidable es resistente a la corrosión, ideal para exteriores. latón es no corrosivo y decorativo, perfecto para aplicaciones eléctricas. Plástico es resistente al desgaste, común en electrónica y muebles ligeros.

Hexagonal permite aplicar el mayor torque para construcciones. Redonda ofrece buena resistencia donde debe quedar visible. Plana proporciona una sujeción sólida y lisa. Avellanada oculta la cabeza y ofrece buen agarre, ideal para carpintería fina.

Tornillo

Ley

La Ley del Tornillo se refiere a cómo una fuerza aplicada a un tornillo genera torque, convirtiendo el movimiento rotatorio en movimiento lineal. Esto permite que al girar un tornillo, la fuerza aplicada en la rotación se transforme en una fuerza lineal que puede unir o levantar objetos.r:Dirección desde el eje hasta el punto de fuerza aplicada F:Fuerza (lineal) aplicada τ:Torque (fuerza de torsión) p:Momento lineal L:Momento angular (rotacional)

Tornillo

Aplicaciones Prácticas

Ventajas Mecánicas

Electrónica: En dispositivos electrónicos, los tornillos pequeños y específicos se usan para ensamblar componentes internos, como placas de circuitos y carcasas. Aeronáutica: En la fabricación y mantenimiento de aviones, los tornillos aseguran piezas críticas que deben soportar condiciones extremas. Dispositivos Médicos: Instrumentos quirúrgicos, implantes y equipos médicos utilizan tornillos de precisión para garantizar la seguridad y funcionalidad.

Un tornillo se refiere a cómo amplifica la fuerza aplicada. Se calcula dividiendo el desplazamiento del tornillo (avance por vuelta) entre la distancia alrededor de su rosca (paso del tornillo). Cuanto menor sea el paso, mayor será la ventaja mecánica, lo que permite aplicar menos fuerza para lograr el mismo efecto de sujeción o elevación. En resumen, el diseño del tornillo convierte una pequeña fuerza aplicada en una fuerza lineal mayor, facilitando el trabajo. Es un ejemplo clásico de eficiencia mecánica.

cuña

Definición

Una cuña es una máquina simple compuesta por dos planos inclinados unidos en un ángulo agudo, formando un borde afilado. Este borde se inserta en un material para dividirlo, levantarlo o asegurar dos objetos juntos. Al aplicar una fuerza sobre la cuña, esta transforma esa fuerza en dos componentes perpendiculares que separan o sostienen los objetos. Las cuñas son esenciales en herramientas como hachas, cuchillos y clavos, y se utilizan en operaciones que requieren cortar, dividir o estabilizar.

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cuña

Tipos

Simple

Paralela

Dentada

Doble

cuña

Ley

Es la razón entre la fuerza resistente y la fuerza aplicada, relacionada con la longitud de la pendiente e inversamente proporcional a su ancho. Si este valor supera uno, se necesita menos esfuerzo para realizar un trabajo específico. Así como en un plano inclinado, un ángulo menor en la cuña (más afilada) proporciona una mayor ventaja mecánica, requiriendo menos fuerza para vencer la resistencia.

cuña

Aplicaciones Prácticas

Ventajas Mecánicas

Carpintería: Para dividir troncos en leña. Construcción: Nivelar y asegurar estructuras, como puertas y ventanas. Herramientas de corte: Cuchillos y hachas para cortar y dividir materiales. Medicina: Procedimientos quirúrgicos para separar tejidos. Hogar: Nivelar muebles inestables colocando cuñas debajo.

Una cuña más afilada (con un ángulo menor) proporciona una mayor ventaja mecánica, permitiendo superar la resistencia con menos fuerza.

Presentan dientes o serraciones para mayor agarre, como las usadas en herramientas de carpintería para evitar deslizamientos.

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Historia

data de la antigua Mesopotamia, alrededor del 3500 a.C. para vehículos de transporte y potter's wheel.

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Historia

La polea es una máquina simple usada desde el Antiguo Egipto para levantar cargas. Fue perfeccionada por los griegos, como Arquímedes, y su uso se extendió durante la Revolución Industrial. Hoy es esencial en la tecnología moderna.

Historia

El tornillo fue inventado por el famoso matemático y físico griego Arquímedes en el siglo III a.C. Arquímedes desarrolló el Tornillo de Arquímedes, una máquina elevadora que utilizaba un sistema de espiral incorporado a un cilindro. Este invento permitía elevar grandes cargas con menos esfuerzo, y se utilizó en sistemas de riego y otras aplicaciones

Historia

Arquímedes, el matemático griego, fue uno de los primeros en formalizar el principio de la palanca. Su famosa cita, "Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo", destaca la importancia de este principio.

Historia

Se cree que las primeras cuñas fueron hechas de piedra y utilizadas por los homínidos para cortar madera o dividir rocas. Con el tiempo, la técnica se perfeccionó y se empezaron a usar materiales como el metal.

Herramientas básicas como cuchillos, hachas y cinceles que convierten la fuerza aplicada en un movimiento de separación o corte.

Combinación de poleas fijas y móviles que aumenta la eficiencia.

Compuestas por dos cuñas simples unidas por sus bases, utilizadas en algunas cerraduras para asegurar mayor resistencia y precisión.

Se utilizan para ajustar y nivelar maquinaria, proporcionando una superficie plana y estable.

La rueda se mueve con la carga, reduciendo la fuerza necesaria para levantarla.

La rueda está fija en un lugar y solo cambia la dirección de la fuerza aplicada.

Historia

Galileo, en el Renacimiento, estudió su mecánica utilizó el plano inclinado para refutar la teoría aristotélica de la caída de los cuerpos.En lugar de dejar caer objetos desde una altura, Galileo dejó rodar bolas por planos inclinados de diferentes ángulos, Esto le permitió observar cómo la velocidad de las bolas aumentaba de manera uniforme, demostrando que todos los cuerpos caen con la misma aceleración independientemente de su masa.Sus experimentos sentaron las bases para la mecánica clásica y prepararon el camino para las leyes de Newton