Palanca desigual: Ventaja mecánica
1 · Predecir
El pivote de esta palanca está centrado, igual que en la palanca clásica — pero la fuerza de la derecha se aplica solo a 1 m del pivote, mientras que la de la izquierda está a 2 m. Si un empuje de 50 N a 2 m se equilibra con un empuje a 1 m, ¿esa fuerza es mayor, igual o menor que 50 N?
- Es mayor que 50 N
- Es igual — 50 N
- Es menor que 50 N
2 · Configurar
- Abra el preset Palanca desigual. Un tablón rígido está fijado exactamente en su centro, como la palanca clásica — pero las dos fuerzas hacia abajo se aplican a distancias diferentes: 2 m a la izquierda, 1 m a la derecha. Una fuerza descendente de 50 N empuja en la marca de 2 m.
- Haga clic en la flecha de fuerza izquierda del tablón y anote su intensidad en el panel de Propiedades; luego haga clic en la flecha derecha y haga lo mismo. Observe que los dos brazos tienen longitudes diferentes.
- Para cada fila siguiente, ajusta las intensidades de las fuerzas izquierda y derecha en el Inspector, ejecuta la simulación, selecciona el tablón y lee el valor del par τ = r × F en el panel de Matemáticas.
3 · Recopilar Datos
| Fuerza izquierda (N) | Fuerza derecha (N) | Par neto (desde sim) (N·m) | τ = r × F (calculado) (N·m) |
|---|---|---|---|
| 50.00 | 100.00 | ||
| 50.00 | 50.00 | ||
| 20.00 | 100.00 |
Grafica la diferencia de fuerza (Fuerza derecha − Fuerza izquierda) en el eje x frente al par neto medido en el eje y — recuerda que los brazos son desiguales, así que el par es 1 m × Fuerza derecha − 2 m × Fuerza izquierda. ¿Qué representa la pendiente y dónde cruza la línea el cero?
4 · Analizar
- Para cada fila, calcula a mano 1 m × Fuerza derecha − 2 m × Fuerza izquierda. Compáralo con el par neto que lees en el panel de Matemáticas de la simulación. ¿Coinciden?
- En la fila 1, el empuje de 50 N sobre el brazo de 2 m equilibra el empuje de 100 N sobre el brazo de 1 m — fuerzas distintas, pares iguales. ¿Qué debe cumplirse entre una fuerza y su distancia al pivote para que una palanca se equilibre?
5 · Ampliar
- Una carretilla también es una palanca: sus brazos levantan las manijas a unos 2 m de la rueda (el pivote) mientras la carga queda cerca de la rueda. Si la carga pesa 200 N y está a 0.5 m de la rueda, ¿qué fuerza hacia arriba debe aplicar en las manijas para equilibrarla? ¿Qué necesitaría si la carga estuviera en el extremo mismo de la bandeja?
- Un martillo de uña sacando un clavo, un pie de cabra y un cascanueces son palancas con brazos desiguales. Elige una e identifica su pivote, la fuerza aplicada y la carga que mueve; luego explica por qué el brazo corto es el del lado de la carga.
La física detrás de este experimento
Par
El par es el efecto de giro de una fuerza sobre un pivote: τ = r × F, donde r es la distancia del pivote al punto donde actúa la fuerza. Con brazos desiguales, pares iguales requieren fuerzas desiguales: una fuerza de 50 N a 2 m del pivote equilibra una de 100 N a 1 m, porque ambas producen 100 N·m.