Mecanismos y máquinas simples

Explica qué es una palanca y nombra sus tres elementos (punto de apoyo, potencia y resistencia) usando el ejemplo de un balancín de parque.

Clasifica estos objetos como palanca de primer, segundo o tercer género, razonando dónde está el apoyo en cada uno: unas tijeras, un cascanueces, unas pinzas de depilar y un balancín.

Una palanca tiene el punto de apoyo a $0,5\ \text{m}$ de la carga y a $1,5\ \text{m}$ del punto donde hacemos fuerza. Si la carga es de $60\ \text{N}$, aplica la ley de la palanca, $F \cdot b_F = R \cdot b_R$, para calcular la fuerza necesaria y razona si la palanca nos da ventaja.

¿Para qué sirve una polea? Explica su utilidad y pon dos ejemplos de máquinas o instalaciones que la usen.

Hay que subir una caja de $40\ \text{kg}$ a un altillo de $2\ \text{m}$. Diseña un sistema con poleas o con una palanca para hacerlo con menos esfuerzo: describe el montaje y estima la fuerza necesaria, justificando los cálculos (toma $g = 10\ \text{N/kg}$).

Un polipasto con cuatro poleas divide el esfuerzo entre cuatro. Calcula la fuerza necesaria para subir una carga de $200\ \text{N}$ y razona qué «precio» se paga: cuántos metros de cuerda hay que recoger para que la carga suba $1\ \text{m}$.

Explica qué es un engranaje y para qué sirven sus dientes: ¿por qué no se usan simplemente dos ruedas lisas en contacto para transmitir el giro?

En un par de engranajes, la rueda motriz tiene 20 dientes y la rueda conducida, 40. Si la motriz gira a $60\ \text{rpm}$, calcula a qué velocidad gira la conducida y razona si el conjunto multiplica fuerza o velocidad.

La figura muestra dos engranajes en contacto: el motriz tiene 12 dientes y gira a $90\ \text{rpm}$ en el sentido indicado. Calcula a qué velocidad gira el conducido de 36 dientes y razona en qué sentido gira.

Explica con tus palabras qué es la «ventaja mecánica» de una máquina simple y pon un ejemplo con una palanca.

Explica qué es una reductora y por qué casi todos los motores eléctricos pequeños la llevan incorporada: qué relación hay entre velocidad de giro y fuerza (par) a la entrada y a la salida.

Un brazo de robot debe levantar una pieza pesada con un motor pequeño y poco potente. Razona qué mecanismos (palanca larga, reductora de engranajes, poleas) podrían ayudarle y qué se sacrifica a cambio en cada caso.

Con una barra de $2\ \text{m}$ quieres levantar una carga de $100\ \text{N}$ colocando el punto de apoyo a $0,5\ \text{m}$ de la carga. Calcula la fuerza necesaria aplicando la ley de la palanca, $F \cdot b_F = R \cdot b_R$, e indica qué brazo de fuerza te queda.

Un torno enrolla una cuerda para subir un cubo: el cilindro tiene un radio de $10\ \text{cm}$ y la manivela describe un radio de $40\ \text{cm}$. Calcula qué fuerza hay que aplicar en la manivela para subir una carga de $80\ \text{N}$, razonando el equilibrio de momentos como en una palanca.

Diseña la transmisión de un molino de juguete: el motor gira a $300\ \text{rpm}$ y las aspas deben girar a $30\ \text{rpm}$. Propón una cadena de engranajes con el número de dientes de cada rueda y verifica con cálculos que la relación total es la pedida.

Un tornillo sinfín engrana con una rueda de 40 dientes: cada vuelta del tornillo hace avanzar un diente. Si el tornillo gira a $120\ \text{rpm}$, calcula la velocidad de giro de la rueda. Razona además si la rueda podría mover al tornillo y qué ventaja práctica tiene eso.