¿Qué es y como funciona la ley de la palanca?
La ley de la palanca, es uno de los conceptos fundamentales, dentro de lo que se conoce como mecánica clásica. Esta ley permite comprender y predecir, cual es el comportamiento de las palancas. Estas en sí, no son más que barras rígidas que giran alrededor de un punto fijo llamado fulcro.
Las palancas forman parte de numerosas máquinas simples. Estas aprovechan este principio, para transmitir o aumentar una fuerza. Por ello, entender cómo funciona la ley de la palanca, resulta indispensable para explicar el funcionamiento de tenazas, alicates, remos y muchas otras herramientas de uso cotidiano.
Además de estas aplicaciones prácticas evidentes, la ley de la palanca constituye una excelente introducción a ideas básicas. Como momento de fuerza, equilibrio rotacional o ventaja mecánica. En definitiva, se trata de un concepto central para cualquier estudiante de física o ingeniería mecánica.
Definición de la ley de la palanca
La ley de la palanca establece que una palanca se encuentra en equilibrio, cuando el momento de las fuerzas aplicadas a un lado del fulcro, es igual al momento de las fuerzas situadas al otro lado. El momento de una fuerza depende de su intensidad así como de su brazo de palanca.
Así pues, esta ley permite predecir si una palanca girará y en qué sentido lo hará en función de las fuerzas aplicadas sobre ella y sus puntos de aplicación respecto al fulcro. Para entender correctamente su funcionamiento es necesario definir detalladamente algunos conceptos.
Elementos de una palanca
Los elementos principales de una palanca son el fulcro, las fuerzas aplicadas y los brazos de palanca. El fulcro es el punto fijo de apoyo, en torno al cual gira la palanca. Normalmente, consiste en una articulación. Aunque también puede ser simplemente una arista.
Las fuerzas aplicadas se denominan potencia, cuando tienden a producir el movimiento de la palanca y resistencia cuando se oponen a dicho movimiento. Finalmente, los brazos de palanca son las distancias perpendiculares entre cada fuerza y el fulcro.
Momento de fuerza
El momento de fuerza, determina la capacidad de una fuerza para generar un giro. Se calcula multiplicando la intensidad de la fuerza, por su brazo de palanca. Así, fuerzas débiles situadas lejos del fulcro, pueden equilibrar o vencer a fuerzas intensas próximas al punto de apoyo.
Esta idea, es la esencia de la ley de la palanca. Nos permite diseñar máquinas capaces de equilibrar o mover cargas pesadas, aplicando poca fuerza. Da la posibilidad de intercambiar fuerza por desplazamiento de manera muy ventajosa.
Tipos de palanca
Existen tres tipos de palanca clasificadas de acuerdo a la posición relativa entre el fulcro, la resistencia y la potencia:
- Palanca de primer grado: la resistencia se encuentra entre el fulcro y la potencia. Un ejemplo típico son las tijeras.
- Palanca de segundo grado: la potencia se halla entre la resistencia y el fulcro. Un caso común son los alicates.
- Palanca de tercer grado: la potencia separa al fulcro de la resistencia. Los brazos humanos representan un ejemplo de este tipo.
La ley de la palanca se cumple siempre. Independientemente, del tipo de que se trate. Sin embargo, en cada caso se intercambian de forma distinta fuerza y desplazamiento entre potencia y resistencia.
Equilibrio de fuerzas
Según la ley de la palanca, para que se encuentre en equilibrio el momento de todas las fuerzas situadas a un lado del fulcro debe ser igual al momento total del otro lado: Fp x bp = Fr x br.
Donde Fp y Fr son los módulos de la fuerza potencia y resistencia respectivamente, mientras que bp y br representan sus brazos de palanca.
Cuando esta igualdad no se cumple, la palanca girará en el sentido de las fuerzas cuyo momento sea mayor, levantando el lado menos pesado. Esta rotación continuará, hasta que el momento flector en ambos sentidos se iguale.
De esta forma es posible calcular fácilmente la intensidad de fuerza necesaria para sostener o mover una carga dada. Así como predecir la dirección del movimiento, cuando una palanca se desequilibra.
Conclusión
En conclusión, la ley de la palanca es indispensable para entender el funcionamiento de numerosas máquinas simples presentes en la vida cotidiana. Establece una relación inversamente proporcional, entre la fuerza aplicada y el desplazamiento generado.