Palanca. Una palanca es una máquina simple, es decir, un dispositivo capaz de modificar o generar una fuerza y transmitir desplazamiento. Está compuesta por una barra rígida de algún material medianamente resistente, que gira libremente sobre un punto de apoyo denominado fulcro.
Una palanca puede usarse para maximizar la fuerza mecánica aplicada sobre un objeto, incrementar su velocidad o la distancia que recorre, a través de la aplicación de una cantidad proporcionalmente menor de fuerza.
Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza.
En la siguiente imagen puedes ver los parámetros característicos presentes en cualquier palanca:Parámetros característicos de las palancas.
Parámetros característicos de las palancas. De Manuel Torres Búa. Licencia CC-BY-SA
R: Fuerza resistente. F: Fuerza actuante. dR: Distancia de R al punto de apoyo. dF: Distancia de F al punto de apoyo.
(A la fuerza actuante también se la denomina Potencia y, a veces, se representa con la letra P.)
Dependiendo de la proximidad o lejanía del fulcro respecto del cuerpo a mover, se requerirá de más o menos fuerza aplicada y se logrará un efecto mayor o menor.
Sobre una palanca actúan simultáneamente tres fuerzas:
- Potencia (P). Es la fuerza aplicada voluntariamente en el extremo de la palanca, con el fin de generar una reacción. Puede ejecutarse manualmente o mediante un peso, o incluso motores eléctricos o de vapor.
- Resistencia (R). Es la fuerza a vencer por la potencia, esto es, el peso que ejerce sobre la palanca el cuerpo que deseamos mover y que será equivalente, por la Ley de acción y reacción, a la que ejerza sobre él la palanca.
- Fuerza de apoyo. Es la fuerza que ejerce el fulcro sobre la palanca, igual y opuesta a las dos anteriores, ya que la barra se sostiene sin desplazarse sobre el punto de apoyo.
A su vez, existen otras dos variables a considerar en el caso:
- Brazo de potencia (Bp). Es la distancia entre el fulcro y el punto de aplicación de la potencia.
- Brazo de resistencia (Br). Es la distancia entre el fulcro y la carga o el cuerpo a movilizar.
Todo lo anterior se relaciona a través de la siguiente fórmula:
P x Bp = R x Br, la potencia por su brazo es igual a la resistencia por el suyo.
Ley de la palanca
Una palanca estará en equilibrio cuando el producto de la fuerza actuante F, por su distancia al punto de apoyo dF, es igual al producto de la fuerza resistencia R, por su distancia dR al punto de apoyo. Expresado en forma matemática:
F.dF = R.dR
De esta forma, como norma general, cuanto mayor sea la distancia al punto de apoyo con la que aplicamos la fuerza actuante F, mayor ventaja tendremos respecto a la fuerza resistente R. Este principio se cumplirá siempre y para ello, debemos suponer que la barra que hace de palanca es rígida y resistente.
Las palancas están presentes, no solo formando parte de las máquinas, sino en multitud de objetos de la vida cotidiana. Podemos clasificarlas en función de la posición de la fuerza actuante F y de la resistente R en tres clases, grados o géneros.
Palancas de primer grado (género o clase).
Son aquellas en las que el punto de apoyo está entre la fuerza aplicada y la fuerza resistente.
El efecto de la fuerza aplicada puede verse aumentado o disminuído en función de las distancias al punto de apoyo.
Palancas de segundo grado (género o clase).
La fuerza resistente se aplica entre el punto de apoyo y la fuerza aplicada.
Palancas de tercer grado ( género o clase).
La fuerza aplicada está entre el punto de apoyo y la fuerza resistente.
La palanca se inventó en la prehistoria, y existen registros ya en la antigüedad mesopotámica de su utilización para cigoñales de riego. La primera mención por escrito de una palanca proviene de Pappus de Alejandría en su Colección matemática (340), donde aparece la tan célebre cita del griego Arquímedes: “Dadme una palanca y moveré al mundo”.
Tipos de palanca
En las palancas de primer grado, el fulcro está entre la potencia y la resistencia.
Existen tres tipos de palanca, dependiendo de la posición relativa del punto de resistencia, el de potencia y el fulcro. Cada una tiene características diferentes y tendrá un efecto relativamente distinto.
- Palanca de primer grado. El fulcro está entre la potencia y la resistencia, logrando que la potencia aplicada pueda ser mucho menor que la resistencia a vencer, es decir, maximiza la potencia. Sin embargo, se sacrifica la velocidad transmitida y la distancia recorrida por el cuerpo.
- Palanca de segundo grado. La resistencia está entre la potencia y el fulcro, por lo que la potencia será siempre menor que la resistencia, aunque no logre mayor desplazamiento ni distancia recorrida (pero el ahorro de energía es sumamente útil).
- Palanca de tercer grado. La potencia ejercida estám entre el punto de apoyo, en un extremo, y la resistencia, en el otro. La fuerza aplicada es mayor que la resultante, pero se logra ampliar la velocidad transmitida o la distancia recorrida por el cuerpo.
Ejemplos de palanca
Algunos ejemplos cotidianos de palanca pueden ser:
- De primer grado. El balancín, las tijeras, las tenazas, los alicates, las catapultas.
- De segundo grado. La carretilla, el cascanueces, una embarcación a remos, una camilla de enfermería, una máquina de hacer ejercicios por levantamiento.
De tercer grado. Una caña de pescar, un quita grapas, una pinza de cejas o la articulación témpora-mandibular del cuerpo humano.
