Máquinas Simples

Capítulo 12. Máquinas simples

Máquinas simples, eficiencia y ventaja mecánica

12-1. Una máquina con 25% de eficiencia realiza un trabajo externo de 200 J. ¿Qué trabajo de entrada requiere?

12-2. ¿Cuál es el trabajo de entrada de un motor de gasolina con 30% de eficiencia si en cada uno

de sus ciclos realiza 400 J de trabajo útil?

12-3. Un motor de 60 W levanta una masa de 2 kg hasta una altura de 4 m en 3 s. Calcule la potencia de salida.

12.4. ¿Cuál es la eficiencia del motor del problema 12-3? ¿Cuál es el régimen en el cual se realiza

el trabajo contra la fricción?

12-5. Una máquina con 60% de eficiencia levanta una masa de 10 kg con una rapidez constante de 3 m/s. ¿Cuál es la potencia de entrada requerida?

12-6. Durante la operación de un motor de 300 hp, se pierde energía a causa de la fricción a razón de 200 hp. ¿Cuál es la potencia de salida útil y cuál es la eficiencia del motor?

12-7. Una máquina sin fricción levanta una carga de 200 lb hasta una distancia vertical de 10 ft.

La fuerza de entrada se mueve a través de una distancia de 300 ft. ¿Cuál es la ventaja mecánica ideal de la máquina? ¿Cuál es la magnitud de la fuerza de entrada?

i

Aplicaciones del principio de la palanca

12-8. Un extremo de una caja fuerte de 50 kg se levanta con una varilla de acero de 1.2 m. ¿Qué fuerza de entrada se requiere en el extremo de la varilla si se coloca un punto de apoyo (fulcro) a 12 cm de la caja? (Sugerencia: Para levantar un extremo se requiere una fuerza

igual a la mitad del peso de la caja fuerte.)

1.2 m

I r

I

12-9. En el caso del cascanueces de la figura 12-4a, la nuez se halla a 2 cm del punto de apoyo y

una fuerza de entrada de 20 N se aplica en los mangos, los cuales están a 10 cm de dicho

punto. ¿Qué fuerza se aplica para partir la nuez?

Fo Fi

Fulcro

12-10. En el caso de la carretilla de la figura 12-4b, el centro de gravedad de una carga neta de

40 kg se localiza a 50 cm de distancia de la rueda. ¿Qué empuje ascendente se tendrá que aplicar en un punto de los mangos que se encuentra a 1.4 m de la rueda?

o

Fi Fo

;

. .

12-11. ¿ Cuál es la ventaja mecánica ideal de la carretilla descrita en el problema 12-10?

12-12. Calcule la ventaja mecánica ideal del alzaprima (barreta) descrito en la figura 12-4c si lafuerza de entrada se aplica a 30 cm del clavo y el punto de apoyo se localiza a 2 cm de dicho

clavo.

Fo

Fi

Fulcro

170

170

170

r

I

i

M

12-13. La fuerza de entrada que ejerce un músculo del antebrazo (véase la figura 12-4d) es de

120 N y actúa a una distancia de 4 cm del codo. La longitud total del antebrazo es de 25 cm. Calcule cuánto es el peso que se ha levantado.

r

M = i

F

= o ;

F = i i

=

Fi Fo

I o

Fulcro

12-14. Una rueda de 20 cm de diámetro está unida a un eje cuyo diámetro es de 6 cm. Si se

Agrega al eje un peso de 400 N, ¿qué fuerza habrá que aplicar al borde de la rueda para levantar el peso con rapidez constante? No tome en cuenta la fricción. Fo

= o = ;

= o = R

Fi

W

12-15. Una masa de 20 kg va a ser levantada con una varilla de 2 m de largo. Si se puede ejercer una fuerza descendente de 40 N en un extremo de la varilla, ¿dónde se deberá colocar un bloque de madera que actúe como punto de apoyo?

o

i

= ;

ro ri

mg

40 N

12-16. Calcule la fuerza F que se requiere para levantar una carga W de 200 N por medio de

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