Palanca
La palanca es una máquina simple que, girando sobre un fulcro, permite vencer una fuerza grande aplicando otra menor.
La palanca es una máquina simple formada por una barra rígida que puede girar alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro. Al aplicar una fuerza en un punto de la barra, se vence otra fuerza en otro punto, de modo que con un esfuerzo pequeño se puede mover una carga grande.
¿Qué es una palanca?
Es una de las máquinas más antiguas, y se atribuye a Arquímedes de Siracusa (siglo III a. C.) la primera explicación matemática de su funcionamiento, resumida en la frase «dadme un punto de apoyo y moveré el mundo». En una palanca intervienen cuatro elementos:
- Fulcro o punto de apoyo: el punto fijo sobre el que gira la barra.
- Potencia (Fp): la fuerza que aplicamos.
- Resistencia (Fr): la fuerza que queremos vencer, normalmente el peso de la carga.
- Brazos (bp y br): las distancias del fulcro a los puntos donde actúan la potencia y la resistencia.
Una palanca no ahorra trabajo, tan solo permite cambiar la magnitud o la dirección de la fuerza. Lo que se gana en fuerza se paga en desplazamiento, ya que, por conservación de la energía, el trabajo mecánico realizado es el mismo (si se desprecian rozamientos).
Ley de la palanca
En equilibrio, los momentos de las dos fuerzas respecto al fulcro son iguales:
La ventaja mecánica compara las dos fuerzas:
Si el brazo de la potencia es mayor que el de la resistencia, VM > 1 y se necesita menos fuerza que el peso de la carga. Las fuerzas se miden en newtons (N), los brazos en metros (m) y los momentos en newton por metro (N·m). Estas ideas se entienden mejor tras repasar el concepto de fuerza y las leyes de Newton.
Tipos de palanca
| Género | Disposición | Ejemplos |
|---|---|---|
| Primer género | El fulcro está entre la potencia y la resistencia | Balancín, tijeras, alicates, balanza de brazos |
| Segundo género | La resistencia está entre el fulcro y la potencia | Carretilla, cascanueces, abrebotellas |
| Tercer género | La potencia está entre el fulcro y la resistencia | Pinzas, caña de pescar, antebrazo humano |
En las de primer género la ventaja mecánica puede ser mayor o menor que 1 según dónde se sitúe el fulcro. Las de segundo género siempre multiplican la fuerza (VM > 1). Las de tercer género siempre la reducen (VM < 1), pero a cambio amplifican el desplazamiento y la velocidad del extremo libre.
Aplicaciones
Las palancas están por todas partes: desde un simple cortaúñas o un pie de cabra hasta las grúas, las catapultas y las excavadoras. En el cuerpo humano, huesos y músculos forman palancas: el cuello es de primer género, la planta del pie al ponerse de puntillas es de segundo y el codo al levantar un objeto es de tercero. La palanca es también una base de otras máquinas simples como la polea. Se estudia dentro de la mecánica.
Ejercicios resueltos
1. Con una barra, se quiere levantar una roca de 600 N. El brazo de la resistencia mide 0,5 m y el de la potencia 1,5 m. ¿Qué fuerza hay que aplicar?
Fp = Fr·br/bp = 600 · 0,5 / 1,5 = 200 N. La ventaja mecánica es 600/200 = 3.
2. En una carretilla, la carga pesa 800 N y está a 0,4 m del eje de la rueda. Las manos se sujetan a 1,2 m. ¿Qué fuerza se hace?
Fp = 800 · 0,4 / 1,2 = 267 N (266,7 N). Es una palanca de segundo género.
3. En un balancín, un niño de 300 N se sienta a 2 m del centro. ¿A qué distancia debe sentarse una niña de 400 N para equilibrarlo?
300 · 2 = 400 · x, luego x = 600/400 = 1,5 m.
4. Unas pinzas se presionan con 20 N a 4 cm del fulcro. Atrapan un objeto a 12 cm del fulcro. ¿Qué fuerza se ejerce sobre el objeto?
Fr = Fp·bp/br = 20 · 4 / 12 = 6,7 N. Es de tercer género: la fuerza se reduce.
Preguntas frecuentes
¿Para qué sirve una palanca?
Para multiplicar una fuerza, cambiar su dirección o aumentar el desplazamiento de un punto. Permite mover cargas pesadas con un esfuerzo menor.
¿Una palanca ahorra energía?
No. Reduce la fuerza necesaria, pero obliga a recorrer una distancia mayor. El trabajo realizado es el mismo, salvo las pérdidas por rozamiento.
¿Cuál es la fórmula de la palanca?
Fp · bp = Fr · br: la potencia por su brazo es igual a la resistencia por el suyo.
¿Cómo se identifica el género de una palanca?
Mirando qué elemento queda en el medio: si es el fulcro, es de primer género; si es la resistencia, de segundo; si es la potencia, de tercero.
¿Quién descubrió la ley de la palanca?
Arquímedes la formuló matemáticamente en su tratado Sobre el equilibrio de los planos, aunque el uso de palancas es muy anterior.
Referencias
- Halliday, D., Resnick, R. y Walker, J. Fundamentos de Física. Wiley.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Palanca». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/palanca/
