La palanca compuesta es una máquina simple que funciona según la premisa de que la resistencia de una palanca en un sistema de palancas actúa como esfuerzo para la siguiente y, por lo tanto, la fuerza aplicada se transfiere de una palanca a la siguiente. Casi todas las básculas utilizan algún tipo de palanca compuesta para funcionar. Otros ejemplos incluyen cortaúñas y teclas de piano .
Un brazo de palanca utiliza el punto de apoyo para levantar la carga utilizando e intensificando una fuerza aplicada . En la práctica, las condiciones pueden impedir el uso de una sola palanca para lograr el resultado deseado, [1] por ejemplo, un espacio restringido, la ubicación inconveniente del punto de entrega de la fuerza resultante o la longitud prohibitiva del brazo de palanca necesario. En estas condiciones, se utilizan combinaciones de palancas simples, llamadas palancas compuestas. Las palancas compuestas se pueden construir a partir de palancas de primer, segundo y/o tercer orden. En todos los tipos de palanca compuesta, la regla es que la fuerza multiplicada por el brazo de fuerza es igual al peso multiplicado por el brazo de peso. La salida de una palanca se convierte en la entrada de la siguiente palanca en el sistema, y así se magnifica la ventaja.
La figura de la izquierda ilustra una palanca compuesta formada a partir de dos palancas de primera clase, junto con una breve explicación de cómo calcular la ventaja mecánica. Con las dimensiones mostradas, la ventaja mecánica, W/F, se puede calcular como 10/3×9/4 = 7,5, lo que significa que una fuerza aplicada de 1 libra (o 1 kg) podría levantar un peso de 7,5 lb (o 7,5 kg).
Alternativamente, si la posición del punto de apoyo en la palanca AA' se moviera de modo que A1 = 4 unidades y A2 = 9 unidades, entonces la ventaja mecánica W/F se calcula como4/9×9/4 = 1, lo que significa que una fuerza aplicada levantará un peso equivalente y no hay ventaja mecánica. Este no suele ser el objetivo de un sistema de palanca compuesto, aunque en situaciones excepcionales la geometría puede ser adecuada para un propósito específico.
Las distancias utilizadas en el cálculo de la ventaja mecánica se miden perpendicularmente a la fuerza. En el ejemplo de un cortaúñas a la derecha (una palanca compuesta por una palanca de clase 2 y otra de clase 3), debido a que el esfuerzo se aplica verticalmente (es decir, no perpendicular a la palanca), las distancias a los respectivos puntos de apoyo se miden horizontalmente, en lugar de a lo largo de la palanca. En este ejemplo, W/F es 7 + 1/1×6/6 + 2 = 6. Nótese que (7 + 1) cm = 8 cm es la distancia desde el punto de aplicación del esfuerzo hasta el fulcro de la primera palanca, perpendicular al esfuerzo aplicado.
Algunos ejemplos de la palanca compuesta son la báscula, los frenos de tren y un tipo común de cortaúñas . Otro ejemplo es la prensa de codo, que se utiliza para imprimir, moldear o cargar a mano balas, acuñar monedas y medallas y perforar agujeros. Las balanzas compuestas se utilizan para pesar objetos pesados. Todas ellas utilizan múltiples palancas para aumentar la fuerza y lograr un propósito específico. El freno del tren traduce la fuerza de empujar la palanca hacia atrás a las palancas y estas se frotan contra las ruedas, utilizando la fricción para reducir la velocidad y, finalmente, detener el tren. Estas son aplicaciones cotidianas de este mecanismo.
La tecla de un piano es una palanca compuesta de primera clase, ya que el punto de apoyo se encuentra entre el peso que se debe mover y la fuerza. El propósito de esta palanca es traducir un pequeño movimiento (presión de la tecla) en un movimiento más grande y rápido del martillo sobre las cuerdas. La calidad del sonido resultante depende de si la velocidad final se logra mediante un movimiento gradual o repentino de la tecla. [2]
El martillo , el yunque y el estribo son pequeños huesos (huesecillos) en el oído medio , conectados como palancas compuestas, que transfieren ondas sonoras desde el tímpano a la ventana oval de la cóclea .
Los primeros escritos que se conservan sobre las palancas datan del siglo III a. C. y fueron obra de Arquímedes . « Dadme un punto de apoyo y moveré la tierra con una palanca » es una observación atribuida a Arquímedes, quien enunció formalmente el principio matemático correcto de las palancas (citado por Pappus de Alejandría). [3]
Uno de los primeros ejemplos de una palanca compuesta proviene de los mecanismos de disparo de ballestas de la dinastía Han (202 a. C. - 220 d. C.), que contaban con una palanca compuesta triple. Este mecanismo se colocaba dentro de la propia culata de la ballesta. [4] La idea de la palanca compuesta se atribuye al inventor de Birmingham John Wyatt en 1743, [5] cuando diseñó una báscula que utilizaba cuatro palancas compuestas para transferir una carga desde una plataforma de pesaje a una palanca central desde la que se podía medir el peso. [6]
Luego, en 1743, John Wyatt (1700–1766) introdujo la idea de la palanca compuesta, en la que dos o más palancas trabajan juntas para reducir aún más el esfuerzo.