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Equilibrio de palanca Guía

FísicaPrincipianteTiempo de lectura: 3 min

Resumen

La palanca es una de las máquinas simples más antiguas utilizadas por la humanidad. Este experimento simula una balanza de palanca de laboratorio, ayudándote a descubrir las leyes dinámicas que rigen una palanca en equilibrio mediante la práctica con pesas. Descubrirás que el equilibrio depende no solo de la magnitud de la fuerza, sino también de la distancia desde el punto de aplicación de la fuerza hasta el fulcro.

Antecedentes

El principio de la palanca fue una de las primeras leyes físicas descubiertas. Arquímedes (c. 287-212 a.C.), un científico griego de la antigüedad, estudió sistemáticamente las condiciones para el equilibrio de la palanca e hizo la famosa declaración: "¡Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo!" Esto resalta el poder de una palanca amplificadora de fuerza: con un brazo de palanca lo suficientemente largo, incluso una fuerza pequeña puede equilibrar un peso enorme. Arquímedes no solo aclaró el principio teóricamente, sino que también lo aplicó: según se dice, diseñó grúas gigantes y catapultas para defender Siracusa contra la flota romana. El principio de la palanca sigue siendo una base de la ingeniería mecánica y el diseño arquitectónico en la actualidad.

Conceptos clave

Fulcro (O)

OO

El punto fijo alrededor del cual gira la palanca.

Potencia (F1F_1) / Resistencia (F2F_2)

FF

La fuerza que causa que la palanca gire es la Potencia (o Fuerza Motriz); la fuerza que se opone a la rotación es la Resistencia (o Carga).

Brazo de Momento (L)

LL

La distancia perpendicular desde el fulcro hasta la línea de acción de la fuerza. Cuando la palanca está horizontal, esto es simplemente la distancia desde el fulcro hasta el punto de suspensión.

Fórmulas y derivación

Condición de Equilibrio de la Palanca

F1L1=F2L2F_1 L_1 = F_2 L_2
Potencia multiplicada por el Brazo de Potencia es igual a Resistencia multiplicada por el Brazo de Resistencia. A menudo llamado el "Principio de los Momentos".

Par (Momento de Fuerza)

M=F⋅LM = F \cdot L
El producto de fuerza y brazo de momento es el Par (Torque). La esencia del equilibrio de la palanca es que la suma de los pares en sentido horario y antihorario es cero.

Pasos del experimento

  1. 1

    Nivelar la Palanca

    Asegúrate de que la palanca esté equilibrada horizontalmente antes de colgar cualquier pesa. En esta simulación, la palanca comienza en un estado equilibrado.
  2. 2

    Experimento de Equilibrio Igual

    Cuelga 2 pesas a una distancia de 2 unidades del fulcro en el lado izquierdo. Intenta colgar 2 pesas a 2 unidades en el lado derecho. ¿Vuelve la palanca al equilibrio?
  3. 3

    Experimento de Equilibrio Desigual

    Mantén el lado izquierdo como está (2 pesas a 2 unidades). Intenta colgar 4 pesas a 1 unidad en el lado derecho, o 1 pesa a 4 unidades en el lado derecho. Calcula si "Fuerza × Distancia" es igual en ambos lados.
  4. 4

    Derivar la Regla

    Cambia el número y la posición de las pesas varias veces. Registra los valores cuando esté equilibrada para verificar si se cumple F1L1=F2L2F_1 L_1 = F_2 L_2.

Resultados del aprendizaje

  • Entender los cinco elementos de una palanca: Fulcro, Potencia, Resistencia, Brazo de Potencia, Brazo de Resistencia
  • Dominar la condición cuantitativa para el equilibrio: F1L1=F2L2F_1 L_1 = F_2 L_2
  • Reconocer que el "Brazo de Momento" es la distancia perpendicular, no solo la longitud a lo largo de la barra
  • Distinguir y calcular para palancas de Clase 1, 2 y 3 (Ahorro de fuerza, Ahorro de distancia, etc.)

Aplicaciones reales

  • Palancas de ahorro de fuerza: Abrebotellas, cortauñas, martillos de orejas (Brazo de Potencia > Brazo de Resistencia, ahorra fuerza pero cuesta distancia)
  • Palancas de ahorro de distancia: Pinzas, palillos, cañas de pescar, cortapelos (Brazo de Potencia < Brazo de Resistencia, cuesta fuerza pero ahorra distancia/movimiento)
  • Palancas de brazos iguales: Balanzas de brazo, balancines (subibajas), poleas fijas (Brazo de Potencia = Brazo de Resistencia)
  • Cuerpo Humano: Ponerse de puntillas involucra la bola del pie como fulcro (Clase 2, ahorro de fuerza); levantar un objeto con el antebrazo involucra el codo como fulcro (Clase 3, ahorro de distancia)

Errores comunes

Error
El brazo de momento es la longitud de la línea que conecta el fulcro con el punto de fuerza
Correcto
Incorrecto. Esto solo es cierto si la fuerza es perpendicular a la palanca. El brazo de momento es la distancia 'perpendicular' desde el fulcro hasta la línea de acción de la fuerza. Cambiar el ángulo de la fuerza cambia el brazo de momento.
Error
La palanca debe estar horizontal para estar en equilibrio
Correcto
Incorrecto. Una palanca está en equilibrio si está estacionaria (incluso si está inclinada) o girando a una velocidad constante. Usamos la posición horizontal en experimentos porque el brazo de momento coincide con las marcas de la regla, facilitando la medición.
Error
La Potencia y la Resistencia deben estar en lados opuestos del fulcro
Correcto
Incorrecto. Pueden estar en el mismo lado (por ejemplo, pinzas, cañas de pescar). Siempre que sus momentos se opongan entre sí (uno en sentido horario, otro en sentido antihorario), el equilibrio es posible.

Lectura adicional

¿Listo para empezar?

Ahora que entiendes lo básico, ¡comienza el experimento interactivo!

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