La Palanca
La palanca es una máquina simple con la función de transmitir fuerza y desplazamiento.
Está compuesta por una barra rígida que puede girar libremente sobre un punto de apoyo
llamado fulcro.
Se utiliza para amplificar la fuerza mecánica aplicada a un objeto, para incrementar su
velocidad o la distancia recorrida, como respuesta a la aplicación de una fuerza.
Historia
La invención de la palanca proviene de la época prehistórica.
Su empleo cotidiano en forma de cigüeñales ha quedado documentado desde el tercer
milenio antes de Cristo en varios sellos cilíndricos descubiertos en Mesopotamia.
El manuscrito más antiguo que se conserva en el que se menciona a la palanca forma parte
de la colección matemática de Pappus de Alejandría.
Esta obra en ocho volúmenes, fue escrita, según las estimaciones, alrededor del año 340.
En ella aparece la famosa cita de Arquímedes:
” Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo“.
Si bien Arquímedes no inventó la palanca, sí escribió la primera explicación rigurosa
conocida del principio que entra en juego al accionarla.
La única anotación histórica que se conoce sobre su uso se la debemos a Plutarco.
Plutarco relata en su obra, vidas paralelas escrita en el año 100 a.C., que Arquímedes
afirmó en una carta dirigida al rey Hierón de Siracusa,( con el que tenía una gran amistad ),
que con una fuerza dada podía mover cualquier peso, jactándose así de que incluso si
existiera otra tierra también la movería.
El rey Hierón, asombrado por tales palabras, solicitó a Arquímedes que realizara una
demostración.
Para ello acordaron que el objeto a mover fuera un barco de la Armada del Rey.
Hierón creía que este barco no podría sacarse de la dársena y llevarlo a puerto seco sin el
empleo de un grandioso esfuerzo.
Según el relato de Plutarco, y tras haber cargado el barco con muchos pasajeros y con las
bodegas repletas, Arquímedes sentado a cierta distancia y tirando de una cuerda, alzó sin
gran esfuerzo el barco sacándolo del agua derecho y de forma estable.
Arquímedes diseñó el sistema de polipasto, permitiendo a los marineros usar el principio de
la palanca para levantar objetos que, de otro modo, hubieran sido demasiado pesados
como para moverlos.
Avances en la teoría de la palanca
Para los siguientes avances en la teoría de la palanca hubo que esperar a Leonardo da
Vinci, que estudió las diferentes geometrías de esta.
Da Vinci introdujo la palanca oblicua, la balanza indicadora y los notables trabajos que
todavía hoy siguen vigentes en el principio de la palanca con aplicaciones para
balanzas,con palanca de plataforma y con palanca múltiple articulada.
Siglos más tarde, sería el inglés John Wyatt quien introdujo el concepto de concatenación
de palancas, concepto que se aprovechó para construir algunas máquinas con palancas
compuestas que permitían incrementar la ventaja mecánica o disponer de mecanismos más
complejos basados en la palanca.
La máquina de Wyatt se basaba en un conjunto de palancas que sostenían a una
plataforma en uno de los extremos, obteniendo un instrumento de medida que aprovechaba
la composición de las palancas para obtener las medidas más correctas y siendo un
sistema más eficiente.
Ley de la palanca
En física, la ley que relaciona las fuerzas de una palanca en equilibrio se expresa mediante
la ecuación:
P.Bp=P.Br
Una palanca estará en equilibrio cuando el producto de la potencia actuante P, por su
distancia al punto de apoyo Bp, es igual al producto de la fuerza resistencia R, por su
distancia Br al punto de apoyo.
Siendo P la potencia, R la resistencia, y Bp y Br las distancias medidas desde el fulcro
hasta los puntos de aplicación de P y R respectivamente, llamados brazo de potencia y
brazo de resistencia.
Brazo de potencia; Bp: la distancia entre el punto de aplicación de la fuerza de potencia y el
punto de apoyo.
Brazo de resistencia; Br: la distancia entre la fuerza de resistencia y el punto de apoyo.
Fuerzas actuantes
Sobre la barra que constituye una palanca actúan tres fuerzas:
- El esfuerzo P, es la fuerza que aplicamos voluntariamente con el fin de obtener un
resultado; ya sea manualmente o por medio de motores u otros mecanismos. - La resistencia R, es la fuerza que vencemos ejercida sobre la palanca por el cuerpo
a mover.
Su valor será equivalente, por el principio de acción y reacción, a la fuerza
transmitida por la palanca a dicho cuerpo. - La fuerza de apoyo, es la ejercida por el fulcro (o punto de apoyo de la barra) sobre
la palanca.
Si no se considera el peso de la barra, será siempre igual y opuesta a la suma de
las anteriores, de tal forma que la palanca se mantiene sin desplazarse del punto de
apoyo, sobre el que rota libremente.
Tipos de palancas
Las palancas se dividen en tres géneros o grados dependiendo de la posición relativa de los
puntos de aplicación de la potencia y de la resistencia con respecto al fulcro.
El principio de la palanca es válido indistintamente del tipo que se trate, pero el efecto y la
forma de uso de cada uno cambian considerablemente.
Palanca de primer género o grado:
En la palanca de primer género o grado, 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.
Algunos ejemplos de este tipo de palanca son el balancín, las tijeras, las tenazas, los
alicates, o la catapulta.
Palanca de segundo género o grado:
En la palanca de segundo género o grado, 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.
Algunos ejemplos serían la carretilla o el cascanueces manual de tenaza.
En estas palancas el punto de apoyo está situado en un extremo y cerca de él está la
resistencia.
En este caso la resistencia se mueve en la misma dirección que la fuerza.
Palanca de tercer género o grado:
En la palanca de tercer género o grado, 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.
Algunos ejemplos de este tipo de palancas son la caña de pescar, la pinza para las cejas o
el sacagrapas.
Usos de la palanca
Las palancas se utilizan en múltiples aplicaciones de la vida cotidiana y también en el
diseño de las máquinas más sofisticadas.
Debido a su condición para aumentar la fuerza según la construcción del mecanismo la
palanca se usa a menudo para elevar cargas en cualquier tipo de obra.
También se aplica la balanza en los instrumentos de medida, que se debe al equilibrio de
cargas que da la palanca para una configuración del fulcro determinada.
Las más conocidas son la balanza y la romana.
La balanza se trata de una palanca de primer tipo que tiene igual longitud en los dos brazos
y que sirve para pesar con cargas iguales o similares.
La romana es una palanca de primer tipo a la que se puede variar el punto de aplicación de
la fuerza de potencia.
La palanca también se usa como instrumento para el cambio de configuración de
mecanismos, ya que se encuentra con frecuencia en diferentes vehículos.
Estas palancas suelen cambiar la geometría de otro mecanismo que variará en su
funcionalidad después del cambio.
En automoción se utilizan como cambio de marchas para escoger el grupo reductor de par
con el que engranar el eje motor.
En aeronáutica la palanca del timón de dirección es un dispositivo que permite conseguir
una ventaja mecánica con la geometría de la palanca.
Esta transmite el par de torsión al timón de dirección de la aeronave mediante cables
accionados con los pies.
En el ferrocarril se han utilizado las palancas de cambio de vía durante muchos años, que
sirven para variar la geometría de las vías del ferrocarril de forma manual.
Como podéis ver la palanca está presente en muchas de la máquinas que utilizamos hoy en
día, y se ha convertido junto con la polea en un instrumento imprescindible para el
desarrollo y la prosperidad del ser humano.