Calculadora de ventaja mecánica

La ventaja mecánica (MA) es cuánto multiplica la fuerza una máquina. Para una palanca ideal, MA = longitud del brazo de esfuerzo ÷ longitud del brazo de carga: la relación de distancias desde el punto de apoyo.

MA mayor que 1 significa que se necesita menos fuerza para mover la carga, pero la carga se mueve una distancia más corta. Los sistemas reales pierden eficiencia debido a la fricción; este es el modelo de física ideal.

Ejemplo: un brazo de esfuerzo de 3 m y un brazo de carga de 0,5 m dan MA = 6: necesitas un sexto de la fuerza, pero debes mover el extremo de esfuerzo seis veces más.

Las palancas de clase uno (punto de apoyo entre esfuerzo y carga) y las palancas de clase dos (carga entre punto de apoyo y esfuerzo) siguen la misma relación de longitud del brazo cuando se ignora la fricción. Las carretillas y las palancas son ejemplos cotidianos.

Los sistemas de poleas agregan un MA ideal al contar los segmentos de la cuerda de soporte: un bloque y un aparejo con cuatro hilos de soporte dan un MA ideal ≈ 4, aunque la fricción de la cuerda reduce la ganancia en el mundo real.

Ejemplo resuelto con valores predeterminados: brazo de esfuerzo de 3 m, brazo de carga de 0,5 m → MA = 6. Levantar una carga de 600 N requiere aproximadamente 100 N de esfuerzo en el mango, pero el mango se desplaza seis veces más lejos de lo que se eleva la carga.

Una carretilla es una palanca de clase dos: la carga se sitúa entre la rueda (punto de apoyo) y las manos (esfuerzo). Los mangos más largos aumentan el esfuerzo del brazo sin cambiar mucho el brazo de carga; se aplica la misma fórmula MA aunque el punto de apoyo esté en el eje de la rueda. Los mangos de las carretillas alargan el brazo de esfuerzo mientras la rueda permanece cerca de la carga; la geometría de la palanca de clase dos aún sigue el esfuerzo ÷ longitudes del brazo de carga.

Las poleas compuestas multiplican el MA ideal por el número de segmentos de cuerda que soportan la carga, pero cada polea añade fricción. Un modelo de palanca 6:1 aquí supone brazos rígidos; Los sistemas reales de bloqueo y aparejo suelen ofrecer entre un 70% y un 85% de ventaja mecánica ideal. La fricción de bloqueo y aparejo a menudo deja entre el 70% y el 85% de la MA ideal: las palancas de seis a uno en las aulas ignoran las pérdidas de rodamiento que introducen las poleas reales.

Con un brazo de esfuerzo de 3 m y un brazo de carga de 0,5 m, MA = 6 significa que levantar 300 N requiere un esfuerzo de ~50 N. Si la fricción consume 20 N, en realidad empujas 70 N; aún más fácil que 300 N, pero no la reducción perfecta de seis veces que predice la física en el aula. Con MA = 6, una carga de 600 N necesita un esfuerzo ideal de ~100 N; una fricción de 20 N significa que siente ~120 N, todavía muy por debajo de levantar 600 N directamente.