¿Qué tienen en común un cuchillo, un alfiler y un cincel? Si cree que todos son afilados y pueden cortar o atravesar cosas, en parte tiene razón, pero ahora agregue un tope a la lista. No es particularmente afilado y no puede cortar nada, pero todavía pertenece, porque todos los elementos son ejemplos de cuñas.
La cuña de es uno de los seis dispositivos conocidos por la ciencia como máquinas simples. Además de la cuña, las máquinas simples incluyen el plano inclinado, tornillo, rueda y eje, polea y palanca. Algunos científicos incluyen el engranaje como una séptima entrada, pero otros consideran el engranaje como una máquina compleja que incorpora tanto la rueda como el eje más la palanca.
¿Qué es una máquina simple?
Una máquina simple es un dispositivo rudimentario que multiplica la fuerza que le aplicas. No es un dispositivo con componentes internos que requieran una fuente de energía, como un motor de automóvil, pero no es menos importante para trabajar en el mundo real. Las máquinas simples han existido desde que existe la civilización, e incluso se podría argumentar que el El descubrimiento de máquinas simples, como la rueda y la cuña, hizo posible la civilización en el primer lugar.
La compensación por el aumento de la fuerza ejercida por una máquina simple es que debe aplicar la fuerza en una distancia más larga. La ventaja mecánica de la máquina se reduce a la relación de distancia a la que aplica una fuerza a la distancia la máquina aplica la fuerza, y esta última debe ser menor para que la ventaja mecánica sea mayor que 1. Usar una máquina con una ventaja mecánica menor a 1 sería tan útil como mirar por el lado equivocado de un telescopio.
La ventaja mecánica de una cuña
Una cuña es similar a un plano inclinado de dos lados, pero se considera una máquina por sus propios méritos porque siempre se usa para un propósito particular, que es dividir las cosas. Cuanto más afilada sea la punta de la cuña y más suave sea la inclinación de sus lados, más fuerza entregará la cuña. Es por eso que los cuchillos afilados con hojas delgadas son mejores para cortar que los desafilados con hojas gruesas.
En términos matemáticos, la ventaja mecánica ideal (IMA) de una cuña es la relación entre la distancia que la cuña penetra en el material que está dividiendo (D) al ancho de la división (W):
IMA = D / W
Este es el cálculo de la fuerza de la cuña, pero no puede usarlo para calcular directamente la fuerza ejercida por la cuña en un material en particular porque no tiene en cuenta la fricción. Encuentra más fricción cortando queso que cortando mantequilla, y la fricción actúa para compensar la fuerza impulsora de la cuña.
Cómo calcular la fuerza motriz
Puede utilizar la ventaja mecánica ideal de una cuña para calcular la fuerza en la punta de una cuña (FT) si conoce la fuerza aplicada a la cuña (FA). La relación es:
FT = (IMA) × FA = D / W × FA
Sin embargo, esta relación está incompleta porque no incluye la fuerza de fricción opuesta a la cuña. Esta fuerza depende del coeficiente de fricción tanto de la cuña como del material que se está partiendo, por lo que es muy variable. Si el coeficiente de fricción cinética entre la cuña y el material es µ, la fuerza de fricción total (FF) oponerse a la moción es:
FF = µFnorte
Dónde Fnorte es la fuerza normal ejercida en el límite de la cuña y el material. Fnorte depende del ángulo de la cuña.
Una vez que hayas calculado FF, puede determinar la fuerza ejercida por la punta de la cuña. Es:
FT - FF
