Page 265 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

246 Capítulo 12 Máquinas simples

con las que la fuerza aplicada se reduce en forma considerable. Las poleas simples sirven
para cambiar la dirección de una fuerza aplicada sin afectar su magnitud. El estudio sobre las
máquinas y su eficiencia es fundamental para la aplicación productiva de la energía. En este
capítulo estudiará las palancas, los engranes, los sistemas de poleas, los planos inclinados y
otras máquinas usadas rutinariamente en diversas aplicaciones industriales.

Máquinas simples y eficiencia

En una máquina simple, el trabajo de entrada se realiza mediante la aplicación de una sola
fuerza, y la máquina realiza el trabajo de salida a través de otra fuerza única. Durante una
operación de este tipo (véase la figura 12.1) ocurren tres procesos:
1. Se suministra trabajo a la máquina.
2. El trabajo se realiza contra la fricción.
3. La máquina realiza trabajo útil o de salida.
De acuerdo con el principio de la conservación de la energía, estos procesos se relacionan de
la forma siguiente:
Trabajo de entrada = trabajo contra la jricción + trabajo de salida
La cantidad de trabajo útil producido por una máquina nunca puede ser mayor que el
trabajo que se le ha suministrado. Siempre habrá alguna pérdida debido a la fricción o a la
acción de otras fuerzas disipadoras. Por ejemplo, cuando se introduce aire en un neumático
de bicicleta por medio de una pequeña bomba manual, se ejerce una fuerza descendente sobre
el émbolo, forzando el aire a ir hacia el neumático. Parte de este trabajo de entrada se pierde a
causa de la fricción, lo cual puede comprobarse fácilmente sintiendo cómo se calienta el cilin­
dro de la bomba manual. Cuanto más se reduzca la pérdida por fricción en una máquina, tanto
más provecho se obtendrá del esfuerzo realizado. Dicho de otro modo, la eficiencia de una
máquina puede medirse comparando su trabajo de salida con el trabajo que se le suministró.

La eficiencia e de una máquina se define como la relación del trabajo de salida
entre el trabajo de entrada.
trabajo de salida
e = — r - !---------------------------------------------------- t - (12-1)
trabajo de entrada

La eficiencia, tal como se define en la ecuación (12.1), siempre será un número entre 0 y 1.
Por costumbre se expresa este número decimal como un porcentaje que se obtiene multipli­
cando por 100 la cantidad obtenida. Por ejemplo, una máquina que realiza un trabajo de 40 J
cuando se le suministran 80 J, tiene una eficiencia de 50%.

Trabajo de entrada

debida a la fricción
Figura 12.1 Durante el funcionamiento de una máquina ocurren tres procesos: (1) la entrada de cierta can­
tidad de trabajo, (2) la pérdida de energía al realizar trabajo contra la fricción, y (3) la salida de trabajo útil.