FÍSICA-EQUILIBRIO Y MAQUINAS SIMPLES

2. EQUILIBRIO DE LOS CUERPOS SUSPENDIDOS
 Un cuerpo suspendido se encuentra en equilibrio, cuando la vertical
correspondiente al punto de suspensión pasa por el centro de gravedad. En
este caso la fuerza peso es anulada por la fuerza de reacción del punto de
suspensión, de igual modulo y dirección pero de sentido opuesto.
 De acuerdo a la posición relativa del punto de suspensión respecto del
centro de gravedad, los cuerpos suspendidos pueden presentar 3 tipos de
equilibrios:
 Equilibrio Estable: si el punto de suspensión se encuentra por encima del
centro de gravedad. Cuando el cuerpo se separa de la posición de equilibrio,
vuelve a su estado inicial.
 Equilibrio Inestable: si el punto de suspensión se encuentra por debajo del
centro de gravedad. Al sacar al cuerpo de su posición no vuelve a ella.
 Equilibrio Indiferente: si el punto de suspensión coincide con el centro de
gravedad. El cuerpo siempre está en equilibrio.

3. EQUILIBRIO DE LOS CUERPOS APOYADOS
 Cuando la vertical que pasa por el centro de gravedad cae dentro
de la base de sustentación de dicho cuerpo.
 A medida que el cuerpo se inclina se forma una cupla (sistema de
fuerzas paralelas de distinto sentido) entre la fuerza peso y la
fuerza de reacción que actúan a través de la base de sustentación.
Esta cupla hace girar al cuerpo hasta que recupera su estabilidad.
De acuerdo a la posición relativa del centro de gravedad del
cuerpo, con respecto a la horizontal del plano donde está
apoyado, el equilibrio puede ser:
 Estable: si el centro de gravedad está más bajo que en cualquier
otra posición.
 Inestable: si el centro de gravedad está más alto que en cualquier
otra posición.
 Indiferente: si el centro de gravedad no puede tomar posiciones
más bajas

4. MAQUINARIA SIMPLE
 Una máquina simple es un artefacto mecánico que transforma
un movimiento en otro diferente, valiéndose de la fuerza recibida
para entregar otra de magnitud, dirección o longitud de
desplazamiento distintos a la de la acción aplicada.1
 En una máquina simple se cumple la ley de la conservación de la
energía: (la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma). La
fuerza aplicada, multiplicada por la distancia aplicada (trabajo
aplicado), será igual a la fuerza resultante multiplicada por la
distancia resultante (trabajo resultante). Una máquina simple, ni crea
ni destruye trabajo mecánico, sólo transforma algunas de sus
características.
 Máquinas simples son: la palanca, las poleas, el plano inclinado, la
cuña, etc.
 No se debe confundir una máquina simple con elementos de
máquinas, mecanismos o sistema de control o regulación de otra
fuente de energía.

5. TIPOS DE MAQUINARIA SIMPLE
PALANCA
La palanca es una máquina simple que tiene como función transmitir
una fuerza y un desplazamiento. Está compuesta por una barra rígida
que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo
llamado fulcro.
Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un
objeto, para incrementar su velocidad o la distancia recorrida, en
respuesta a la aplicación de una fuerza.

6. POLEA
Según definición de Hatón
de la Goupillière, «la polea
es el punto de apoyo de una
cuerda que moviéndose se
arrolla sobre ella sin dar una
vuelta completa» actuando
en uno de sus extremos la
resistencia y en otro la
potencia.
Una polea, es una máquina
simple, un dispositivo mecánico
de tracción, que sirve para
transmitir una fuerza. Se trata de
una rueda, roldana o disco,
generalmente maciza y rallada en
su borde, que con el concurso de
una cuerda o cable que se hace
pasar por el canal ("garganta"), se
usa como elemento de
transmisión para cambiar la
dirección del movimiento en
máquinas y mecanismos.
Además, formando conjuntos —
aparejos o polipastos— sirve para
reducir la magnitud de la fuerza
necesaria para mover un peso.

7. Palanca de primera clase
• En la palanca de primera clase,
el fulcro se encuentra situado
entre la potencia y la resistencia.
Se caracteriza en que la potencia
puede ser menor que la
resistencia, aunque a costa de
disminuir la velocidad transmitida y
la distancia recorrida por la
resistencia. Para que esto suceda,
el brazo de potencia Bp ha de ser
mayor que el brazo de
resistencia Br.
• Cuando lo que se requiere es
ampliar la velocidad transmitida a
un objeto, o la distancia recorrida
por éste, se ha de situar el fulcro
más próximo a la potencia, de
manera que Bp sea menor que Br.
• Ejemplos de este tipo de palanca
son el balancín, las tijeras,
las tenazas, los alicates o
la catapulta (para ampliar la
velocidad). En el cuerpo humano
se encuentran varios ejemplos de
palancas de primer género, como
el conjunto tríceps braquial - codo -
antebrazo.
Palanca de segunda clase
• En la palanca de
segunda clase,
la resistencia se
encuentra entre
la potencia y
el fulcro. Se
caracteriza en que la
potencia es siempre
menor que la
resistencia, aunque a
costa de disminuir la
velocidad transmitida
y la distancia
recorrida por la
resistencia. Ejemplos
de este tipo de
palanca son
la carretilla,
los remos y
el cascanueces.
Palanca de tercera clase
• En la palanca de tercera
clase, la potencia se
encuentra entre
la resistencia y el fulcro.
Se caracteriza en que la
fuerza aplicada es mayor
que la resultante; y se
utiliza cuando lo que se
requiere es ampliar la
velocidad transmitida a
un objeto o la distancia
recorrida por él.
• Ejemplos de este tipo de
palanca son
el quitagrapas y la pinza
de cejas; y en el cuerpo
humano, el
conjunto codo - bíceps
braquial - antebrazo, y
la articulación
temporomandibular.
TIPOS DE PALANCAS

8. PARTES DE LA POLEA
1.La llanta: Es la zona
exterior de la polea y su
constitución es esencial, ya
que se adaptará a la forma
de la correa que alberga.
2.El cuerpo: Las poleas estarán
formadas por una pieza maciza
cuando sean de pequeño
tamaño. Cuando sus
dimensiones aumentan, irán
provista de nervios o brazos que
generen la polea, uniendo el
cubo con la llanta.
3. El cubo: Es el agujero cónico y
cilíndrico que sirve para acoplar al
eje. En la actualidad se emplean
mucho los acoplamientos cónicos en
las poleas, ya que resulta muy
cómodo su montaje y los resultados
de funcionamiento son excelentes.

9. Polipasto
Un aparejo, polipasto o polispasto es una máquina compuesta
por dos o más poleas y una cuerda, cable o cadena que
alternativamente va pasando por las diversas garruchas de cada
una de aquellas. Se utiliza para levantar o mover una carga con
una gran ventaja mecánica, porque se necesita aplicar una fuerza
mucho menor que el peso que hay que mover.1 Esta máquina,
mecánicamente llamada «funicular» es una de las de mayor
potencia que se conocen.

10. USO
Se utilizan en talleres o industrias para elevar y colocar elementos y materiales muy pesados en las diferentes máquinas-
herramientas o cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan. Suelen estar sujetos a un brazo giratorio acoplado
a una máquina, o pueden ser móviles guiados porrieles colocados en los techos de las naves industriales.
Los polipastos tienen distintas capacidades de elevación dependiendo de la carga que pueden llegar a levantar. Es posible
aumentar la capacidad de elevación aumentando el número de ramales de un polipasto. Por ejemplo, un polipasto de 500 Kg
con un ramal puede tener una capacidad de sólo 500 Kg, pero si se configura con dos ramales y se utilizan los accesorios
adecuados el mismo polipasto puede levantar 1000 Kg. Para poder alcanzar capacidades muy altas de elevación a veces es
necesario el uso de un conjunto de varios polipastos con varios ramales junto a una pasteca especial.
TIPOS
 Según su número de ramales:
 Cuando una de las poleas no tiene más que una garrucha o es un montón, el polipasto se llama «aparejo
sencillo».
 En los demás casos, es «aparejo doble». Según el número de vueltas que da la cuerda en las poleas se llaman de
cuatro, de seis, etc. cordones o «guarnes», tomando también con relación al objeto y a la forma en que se aplica
un sobrenombre o denominación particular como las de «aparejo de gancho», «aparejo de rabiza», «aparejo de
burel y estrobo», etc.
 Según la forma en que multiplican la fuerza, los aparejos más comunes son:
 Aparejo factorial, la fuerza desarrollada es proporcional a la cantidad de poleas móviles.
 Aparejo potencial, corresponde a 2 elevado al número de poleas.
 Aparejo diferencial, depende de la diferencia de radios entre las dos poleas que lo forman.
 Según el material de los ramales, los polipastos pueden ser
 de cuerda,
 de cable o
 de cadena.
 Y según lo que aplique la potencia a la máquina pueden ser:
 manuales,
 de palanca o
 eléctricos.

11. FORMULA MATEMÁTICA
 Aparejo factorial
 En su fórmula interviene la «fuerza» que debe realizar el objeto o persona para
levantar la «resistencia» y el número de poleas móviles que intervienen en el
levantamiento de la resistencia:
 Su fórmula es:
 Ejemplo:
 Para levantar un peso de 980 N se ha realizado una fuerza de 245 N.

12. Torno
Se denomina torno (del latín tornus, y este
del griego τόρνος, giro, vuelta)1 a un conjunto
de máquinas y herramientas que permiten
mecanizar piezas de forma geométrica
de revolución. Estas máquinas-herramienta
operan haciendo girar la pieza a mecanizar
(sujeta en el cabezal o fijada entre los puntos de
centraje) mientras una o varias herramientas de
corte son empujadas en un movimiento regulado
de avance contra la superficie de la pieza,
cortando la viruta de acuerdo con las condiciones
tecnológicas de mecanizado adecuadas. Desde
el inicio de la Revolución industrial, el torno se ha
convertido en una máquina básica en el proceso
industrial de mecanizado.

13.  Torno paralelo
El torno paralelo o mecánico es el tipo de torno que evolucionó partiendo de los tornos antiguos cuando se le
fueron incorporando nuevos equipamientos que lograron convertirlo en una de las máquinas herramientas más
importante que han existido. Sin embargo, en la actualidad este tipo de torno está quedando relegado a realizar
tareas poco importantes, a utilizarse en los talleres de aprendices y en los talleres de mantenimiento para realizar
trabajos puntuales o especiales.
 Torno copiador
Se llama torno copiador a un tipo de torno que operando con un dispositivo hidráulico y electrónico permite el
torneado de piezas de acuerdo a las características de la misma siguiendo el perfil de una plantilla que reproduce
una replica igual a la guía.
Este tipo de tornos se utiliza para el torneado de aquellas piezas que tienen diferentes escalones de diámetros, que
han sido previamente forjadas o fundidas y que tienen poco material excedente. También son muy utilizados estos
tornos en el trabajo de la madera y del mármol artístico para dar forma a las columnas embellecedoras. La
preparación para el mecanizado en un torno copiador es muy sencilla y rápida y por eso estas máquinas son muy
útiles para mecanizar lotes o series de piezas que no sean muy grandes.
 Torno revólver
El torno revólver es una variedad de torno diseñado para mecanizar piezas sobre las que sea posible el trabajo
simultáneo de varias herramientas con el fin de disminuir el tiempo total de mecanizado. Las piezas que presentan
esa condición son aquellas que, partiendo de barras, tienen una forma final decasquillo o similar. Una vez que la
barra queda bien sujeta mediante pinzas o con un plato de garras, se va taladrando, mandrinando, roscando o
escariando la parte interior mecanizada y a la vez se puede ir cilindrando, refrentando, ranurando, roscando y
cortando con herramientas de torneado exterior.
 Torno vertical
El torno vertical es una variedad de torno, de eje vertical, diseñado para mecanizar piezas de gran tamaño, que van
sujetas al plato de garras u otros operadores y que por sus dimensiones o peso harían difícil su fijación en un torno
horizontal.
Los tornos verticales no tienen contrapunto sino que el único punto de sujeción de las piezas es el plato horizontal
sobre el cual van apoyadas. La manipulación de las piezas para fijarlas en el plato se hace mediante grúas de
puente o polipastos.
TIPOS

14. ESTRUCTURA DEL TORNO
 El torno tiene cinco componentes principales:
 Bancada: sirve de soporte para las otras unidades del torno. En su parte superior lleva unas guías
por las que se desplaza el cabezal móvil o contrapunto y el carro principal.
 Cabezal fijo: contiene los engranajes o poleas que impulsan la pieza de trabajo y las unidades de
avance. Incluye el motor, el husillo, el selector de velocidad, el selector de unidad de avance y el
selector de sentido de avance. Además sirve para soporte y rotación de la pieza de trabajo que se
apoya en el husillo.
 Contrapunto: el contrapunto es el elemento que se utiliza para servir de apoyo y poder colocar las
piezas que son torneadas entre puntos, así como otros elementos tales como portabrocas o brocas
para hacer taladros en el centro de los ejes. Este contrapunto puede moverse y fijarse en diversas
posiciones a lo largo de la bancada.
 Carro portátil: consta del carro principal, que produce los movimientos de la herramienta en
dirección axial; y del carro transversal, que se desliza transversalmente sobre el carro principal en
dirección radial. En los tornos paralelos hay además un carro superior orientable, formado a su vez
por tres piezas: la base, el charriot y la torreta portaherramientas. Su base está apoyada sobre una
plataforma giratoria para orientarlo en cualquier dirección.
 Cabezal giratorio o chuck: su función consiste en sujetar la pieza a mecanizar. Hay varios tipos,
como el chuck independiente de cuatro mordazas o el universal, mayoritariamente empleado en el
taller mecánico, al igual que hay chucks magnéticos y de seis mordazas.

15. PRENSA HIDRÁULICA
 Una prensa hidráulica es un mecanismo conformado por vasos
comunicantes impulsados por pistones de diferente área que,
mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores. Los
pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidráulicos.
Estos hacen funcionar conjuntamente a las prensas hidráulicas por
medio de motores.
 En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise
Pascal comenzó una investigación referente al principio mediante el
cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se
transmite con la misma intensidad en todas
direcciones.[cita requerida] Gracias a este principio se pueden obtener
fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno
de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente
mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en
el principio de Pascal.
 El rendimiento de la prensa hidráulica guarda similitudes con el de
la palanca, pues se obtienen fuerzas mayores que las ejercidas
pero se aminora la velocidad y la longitud de desplazamiento, en
similar proporción

16. PLANO INCLINADO
 El plano inclinado es una máquina simple que consiste en una superficie plana que forma un ángulo
agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura.
 Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo
verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento.
 Las leyes que rigen el comportamiento de los cuerpos en un plano inclinado fueron enunciadas por
primera vez por el matemático Simon Stevin, en la segunda mitad del siglo XVI.
 Para analizar las fuerzas existentes sobre un cuerpo situado sobre un plano inclinado, hay que tener
en cuenta la existencia de varios orígenes en las mismas.
 En primer lugar se debe considerar la existencia de una fuerza de gravedad, también conocida
como peso, que es consecuencia de la masa(M) que posee el cuerpo apoyado en el plano inclinado y
tiene una magnitud de M.g con una dirección vertical y representada en la figura por la letra G.
 Existe además una fuerza normal (N), también conocida como la fuerza de reacción ejercida sobre el
cuerpo por el plano como consecuencia de la tercera ley de Newton, se encuentra en una dirección
perpendicular al plano y tiene una magnitud igual a la fuerza ejercida por el plano sobre el cuerpo. En
la figura aparece representada por N y tiene la misma magnitud que F2= M.g.cosα y sentido opuesto a
la misma.
 Existe finalmente una fuerza de rozamiento, también conocida como fuerza de fricción (FR), que
siempre se opone al sentido del movimiento del cuerpo respecto a la superficie, su magnitud depende
tanto del peso como de las características superficiales del plano inclinado y la superficie en contacto
del cuerpo que proporcionan un coeficiente de rozamiento. Esta fuerza debe tener un valor igual
a F1=M.g.senα para que el cuerpo se mantenga en equilibrio. En el caso en que F1 fuese mayor que la
fuerza de rozamiento el cuerpo se deslizaría hacia abajo por el plano inclinado. Por tanto para subir el
cuerpo se debe realizar una fuerza con una magnitud que iguale o supere la suma de F1 + FR.