Máquinas - Experimento Ventaja Mecánica

En la última sesión trabajamos aspectos relativos a las máquinas, partiendo de la idea de que son aparatos que transmiten y cambian fuerzas y que tienen la finalidad de minimizar el esfuerzo o trabajo necesario para realizar determinadas tareas.

Partiendo de esta idea, nos hemos centrado en las máquinas simples, más concretamente el plano inclinado, que nos permite elevar objetos reduciendo la fuerza empleada para ello. Al emplear un plano inclinado para elevar un objeto, a pesar de que se debe realizar un esfuerzo (fuerza), éste es menor al que sería necesario si tuviésemos que elevar la misma carga en vertical, a pesar de que el esfuerzo en distancia sea mayor que en la distancia vertical.

A partir del plano inclinado, hemos realizado una práctica para trabajar la ventaja mecánica, siendo ésta una magnitud adimensional que indica cuánto se amplifica la fuerza aplicada usando un mecanismo (ya sea una máquina simple, una herramienta o un dispositivo mecánico más complejo) para contrarrestar una carga de resistencia. Es decir, la razón entre la fuerza de carga y la fuerza de esfuerzo, por lo que su fórmula es la siguiente:

Ventaja mecánica = fuerza de carga / fuerza de esfuerzo

Partiendo de esta fórmula y para poner en práctica lo anteriormente dicho, hemos realizado un experimento para el cual hemos empleado planos inclinados a distintas alturas, un móvil con un peso determinado y un dinamómetro, de manera que hemos calculado la ventaja mecánica de este móvil para cada una de las alturas del plano. Para ello, hemos seguido los siguientes pasos:

1.- En primer lugar, hemos colocado un taco de libros en la mesa y hemos colocado el extremo de una tabla sobre él, creando así nuestro plano inclinado.

2.- En segundo lugar, hemos unido el dinamómetro a nuestro móvil para calcular la Fuerza de la Masa (FM).

3.- En tercer lugar, hemos medido la Fuerza de Esfuerzo necesaria para elevar la altura del ladrillo, así como la Distancia de Esfuerzo realizada.

4.- En cuarto lugar, sumando más libros, es decir, aumentando el desnivel del plano inclinado, hemos medido estas mismas variables (FE y DE), tomando la referencia de tres alturas diferentes.

5.- Finalmente, hemos elaborado la siguiente tabla con los datos recogidos:

Así, podemos concluir que la ventaja mecánica en el primer caso es de 8 N, en el segundo caso, de 3,63 N y en el tercer caso, de 1,73 N.

  

Para obtener estos resultados y realizar los cálculos, hemos considerado que el móvil tiene un peso de 4,0 N (dato que hemos calculado a partir de un dinamómetro, teniendo en cuenta que la gravedad ejerce una fuerza de 9,8 N).

Por tanto, a partir del experimento realizado, podemos deducir que en un plano inclinado, la ventaja mecánica será mayor cuanto menor sea la inclinación y el desnivel del mismo, ya que de este modo, la fuerza de esfuerzo disminuirá, siendo ésta menor cuanto menor sea la altura del plano, partiendo de la base de que el peso del objeto que ejerce la resistencia y la longitud del plano inclinado no varían.