Hoja de trabajo de energía y máquinas simples
Las máquinas simples facilitan el trabajo, pero no disminuyen la cantidad de trabajo que hay que hacer. ¿Por qué las máquinas simples no pueden cambiar la cantidad de trabajo que se realiza? Recuerda que en los sistemas cerrados la cantidad total de energía se conserva. Una máquina no puede aumentar la cantidad de energía que se pone en ella. Entonces, ¿por qué es útil una máquina simple? Aunque no puede cambiar la cantidad de trabajo que realizas, una máquina simple puede cambiar la cantidad de fuerza que debes aplicar a un objeto y la distancia sobre la que aplicas la fuerza. En la mayoría de los casos, una máquina simple se utiliza para reducir la cantidad de fuerza que hay que ejercer para realizar un trabajo. La desventaja es que debes ejercer la fuerza a una distancia mayor, porque el producto de la fuerza por la distancia, fd, (que es igual al trabajo) no cambia.
Examinemos cómo funciona esto en la práctica. En la figura 9.8(a), el trabajador utiliza una especie de palanca para ejercer una pequeña fuerza sobre una gran distancia, mientras que la palanca tira del clavo con una gran fuerza sobre una pequeña distancia. La figura 9.8(b) muestra el funcionamiento matemático de una palanca. La fuerza de esfuerzo, aplicada en Fe, levanta la carga (la fuerza de resistencia) que empuja hacia abajo en Fr. El pivote triangular se llama fulcro; la parte de la palanca entre el fulcro y Fe es el brazo de esfuerzo, Le; y la parte de la izquierda es el brazo de resistencia, Lr. La ventaja mecánica es un número que nos indica cuántas veces multiplica una máquina simple la fuerza de esfuerzo. La ventaja mecánica ideal, IMA, es la ventaja mecánica de una máquina perfecta sin pérdida de trabajo útil causada por la fricción entre las partes móviles. La ecuación del IMA se muestra en la figura 9.8(b).
Trabajo, energía y máquinas respuestas
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 Simple Machines. 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[1]. En general, pueden definirse como los mecanismos más simples que utilizan la ventaja mecánica (también llamada palanca) para multiplicar la fuerza[2]. Normalmente el término se refiere a las seis máquinas simples clásicas que fueron definidas por los científicos del Renacimiento:[3][4][5].
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”[6][7])[2][8] Por ejemplo, en el mecanismo de una bicicleta se utilizan ruedas, palancas y poleas[9][10] 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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En 1687, Isaac Newton publicó por primera vez sus tres leyes del movimiento en su libro Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Estos principios matemáticos han resistido la prueba del tiempo y se han convertido en la base de muchas investigaciones científicas posteriores. Consulta TeacherTech para ver una explicación divertida y fácil de entender de las leyes.
La primera ley de Newton suele llamarse ley de la inercia. Afirma que “un cuerpo sigue manteniendo su estado de reposo o de movimiento uniforme a menos que actúe sobre él una fuerza externa desequilibrada”. En otras palabras, un objeto no se pondrá en marcha ni dejará de moverse a menos que otra cosa lo provoque. O, como habrás oído en el instituto: Los objetos en reposo permanecen en reposo, y los que están en movimiento permanecen en movimiento, a menos que actúe sobre ellos una fuerza exterior.
La segunda ley establece que cuando F es la fuerza aplicada a un objeto, m es la masa del objeto y a es su aceleración, entonces F = ma. Cuanto mayor sea la fuerza aplicada a un objeto y menor sea su masa, más rápido se acelerará. En otras palabras, se necesita menos fuerza para mover un objeto con una masa menor que un objeto con una masa mayor.
Transformación de energía en máquinas simples grado 6
[BL][OL] Pregunte a los alumnos qué saben sobre las máquinas y el trabajo. Despeje cualquier idea errónea de que las máquinas reducen la cantidad de trabajo. Asegúrese de que los alumnos no equiparan las máquinas con los motores pidiendo (y, si es necesario, proporcionando) ejemplos de máquinas que no estén motorizadas. Explique que las máquinas simples suelen ser manuales y que reducen la fuerza, no el trabajo.
[AL] Pida que recuerden la fórmula W = fd. Explique que el producto de la fuerza y la distancia es fundamental para entender las máquinas simples. Dado que la cantidad de trabajo no cambia, el término fd no cambia, pero la fuerza puede disminuir si la distancia aumenta. Este es el principio subyacente de todas las máquinas simples.
Las máquinas simples facilitan el trabajo, pero no disminuyen la cantidad de trabajo que hay que hacer. ¿Por qué las máquinas simples no pueden cambiar la cantidad de trabajo que se realiza? Recordemos que en los sistemas cerrados la cantidad total de energía se conserva. Una máquina no puede aumentar la cantidad de energía que se pone en ella. Entonces, ¿por qué es útil una máquina simple? Aunque no puede cambiar la cantidad de trabajo que realizas, una máquina simple puede cambiar la cantidad de fuerza que debes aplicar a un objeto y la distancia sobre la que aplicas la fuerza. En la mayoría de los casos, una máquina simple se utiliza para reducir la cantidad de fuerza que hay que ejercer para realizar un trabajo. La desventaja es que hay que ejercer la fuerza a una distancia mayor, porque el producto de la fuerza por la distancia, fd, (que es igual al trabajo) no cambia.