Aunque podría pensar en una máquina como un sistema complejo de engranajes, correas de transmisión y un motor, la definición que usan los físicos es mucho más simple. Una máquina es simplemente un dispositivo que funciona, y solo hay seis tipos diferentes de máquinas simples. Incluyen la palanca, la polea, la rueda y el eje, el tornillo, la cuña y el plano inclinado. La capacidad de la máquina para realizar un trabajo depende de dos características: su ventaja mecánica y su eficiencia. Hay dos tipos de ventajas mecánicas. La ventaja mecánica mecánica ideal supone una eficiencia perfecta que no tiene en cuenta la fricción, mientras que la ventaja mecánica real sí lo hace.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
El AMA de una máquina simple es la relación entre la salida y las fuerzas de entrada. El IMA es la relación entre la distancia de entrada y la distancia de salida.
Ventaja mecánica real
Cualquier tipo de máquina transmite energía mecánica, y una medida de su utilidad es la relación de la fuerza de salida (FO) a la fuerza de entrada (FI). Esta relación es la ventaja mecánica real:
AMA = \ frac {F_O} {F_I}
Si esta relación es uno, la máquina mecánica en realidad no facilita el trabajo, pero puede transmitir la energía en una dirección diferente. Un engranaje de tornillo sin fin es un ejemplo de una máquina de este tipo. La mayoría de las máquinas tienen un AMA mayor que uno.
Ventaja mecánica ideal
Debido a que se necesita una cierta cantidad de fuerza de entrada para superar la fricción, y esta cantidad se desconoce, puede ser difícil medir la ventaja mecánica real. La ventaja mecánica ideal, por otro lado, es simplemente la relación de la distancia de entradaDIa la distancia de salidaDO.
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Para facilitar el trabajo al usuario, la distancia de entrada debe ser mayor que la distancia de salida, por lo que esta relación suele ser mayor que uno. También es más grande que el AMA, porque no tiene en cuenta las fuerzas de fricción, que se oponen al movimiento.
IMA de los seis tipos de máquinas
Todas las máquinas reales son una combinación de las seis máquinas simples, y el método para calcular IMA varía para cada una.
Palanca: La ubicación del fulcro determina el IMA de una palanca. En una palanca de primera clase, el fulcro está debajo de la palanca y las distancias ubicadasDIyDOdesde los extremos de entrada y salida respectivamente. La ventaja mecánica mecánica ideal es, por tanto:
IMA = \ frac {D_I} {D_O}
Rueda y Axel: Con dos ruedas concéntricas, como se usan en conjunto, obtiene una ventaja mecánica al aplicar fuerza a la más grande y conectar una carga a la más pequeña. El IMA para esta disposición es la relación del radio de la rueda más grandeRa la del más pequeñor:
IMA = \ frac {R} {r}
Plano inclinado:La ventaja mecánica de un plano inclinado aumenta a medida que la pendiente disminuye, pero aunque se necesita una fuerza menor para empujarlo, la distancia necesaria para empujarlo aumenta. Empuja la carga una distanciaLa lo largo de la pendiente para elevarlo a una alturah, y la ventaja mecánica ideal es:
IMA = \ frac {L} {h}
Cuña: Al igual que un plano inclinado, la fuerza necesaria para empujarlo bajo una carga aumenta con la pendiente, pero la distancia que debe recorrer la cuñaLpara separar las superficies, la distanciataumenta:
IMA = \ frac {L} {t}
Tornillo: Un tornillo es simplemente un plano inclinado circular. Con cada vuelta del tornillo, lo gira una distancia igual a la circunferencia para moverlo una distanciaPAGen la superficie penetra. Si el diámetro del eje del tornillo esD,la ventaja mecánica es:
IMA = \ frac {2 \ pi d} {P}
Polea: La ventaja mecánica de un sistema de poleas depende únicamente del número de cuerdas que tenga. Si ese numero esnorte, luego
IMA = N
IMA = N