POTENCIA MECANICA

8. POTENCIA MECÁNICA. MOMENTO DE GIRO.

Para facilitar la comprensión de estos dos conceptos se tomará como referencia un torno como el de la figura, accionado por una manivela, mediante el cual se pretende elevar una carga de un determinado peso.

Se define momento de giro (par) del torno (M) al producto del radio del torno (r) por la fuerza ejercida debido al peso de la carga (F); es decir M = F * r ; donde la Fuerza viene expresada en Newton y el radio en metros.

Para que el sistema esté en equilibrio y se pueda elevar la carga, será necesario que el momento de giro producido por dicha carga sea igual al momento de giro originado por la manivela:

M = F * r = Q * d

Por su parte, se define potencia mecánica (P) del torno al producto del par (M) por la velocidad angular (w):

P = M * w = F * r * w

donde la potencia mecánica (P) viene expresada en Vatios (W), cuando el par está expresado en Newton por metro (N*m) y la velocidad en radianes por segundo (rad / seg).

En este caso, el torno será el elemento encargado de transformar el movimiento circular (w) en lineal (v) de la carga siendo:

w = v / r ; v = w * r

P = F * v

Se puede decir que la potencia mecánica también es igual al producto de la Fuerza ejercida, debido al peso de la carga, por la velocidad lineal de subida de ésta expresada en metros por segundo.

La velocidad lineal con la que sube o baja la carga será: v = l / t.

TORQUE

Torque de una Fuerza

(c) César Arroyo Cabrera, Alex Fernández Castillo

Publicado el 16-05-2004 . Palabras clave:

Cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo rígido, el cuerpo tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a algún eje. La propiedad de la fuerza para hacer girar al cuerpo se mide con una magnitud física que llamamos torque o momento de la fuerza. Se prefiere usar la palabra torque y no momento, porque esta última se emplea para referirnos al momento lineal, momento angular o momento de inercia, que son todas magnitudes físicas diferentes para las cuales se usa una misma palabra.

Analizaremos cualitativamente el efecto de rotación que una fuerza puede producir sobre un cuerpo rígido. Consideremos como cuerpo rígido a una regla fija en un punto O ubicado en un extremo de la regla, sobre el cual pueda tener una rotación, y describamos el efecto que alguna fuerza de la misma magnitud actuando en distintos puntos, produce sobre la regla fija en O, como se muestra en la figura (a).Una fuerza F₁ aplicada en el punto a produce una rotación en sentido antihorario, F₂ en b produce una rotación horaria y con mayor rapidez de rotación que en a, F₃ en b pero en dirección de la línea de acción que pasa por O no produce rotación, F₄ inclinada en b produce rotación horaria con menor rapidez de rotación que F₂; F₅ y F₆ aplicadas perpendicularmente a la regla no producen rotación. Por lo tanto existe una cantidad que produce la rotación del cuerpo rígido relacionada con la fuerza, que definimos como el torque de la fuerza.

Se define el torque T de una fuerza F que actúa sobre algún punto del cuerpo rígido, en una posición r respecto de cualquier origen O, por el que puede pasar un eje sobre el cual se produce la rotación del cuerpo rígido, al producto vectorial entre la posición r y la fuerza aplicada F.

T = r x F

El torque es una magnitud vectorial, si θ es el ángulo entre r y F, su valor numérico por definición del producto vectorial, es:

Su dirección es siempre perpendicular al plano de los vectores r y F, cuyo diagrama vectorial se muestra en la figura que sigue; su sentido está dado por la regla del producto vectorial o la regla de la mano derecha. En la regla de la mano derecha los cuatro dedos de la mano derecha apuntan a lo largo de r y luego se giran hacia F a través del ángulo q , la dirección del pulgar derecho estirado es la dirección del torque y en general de cualquier producto vectorial.

Por convención se considera el torque positivo o negativo si la rotación que produce la fuerza es en sentido antihorario u horario respectivamente.

El torque de una fuerza depende de la magnitud y dirección de F y de su punto de aplicación respecto de un origen O. Si la fuerza F pasa por O, r = 0 y el torque es cero. Si θ = 0 o 180º, es decir, F está sobre la línea de acción de r, F senθ = 0 y el torque es cero. F senθ es la componente de F perpendicular a r, sólo esta componente realiza torque, y se le puede llamar . En la siguiente figura se ve que = r senθ es la distancia perpendicular desde el eje de rotación a la línea de acción de la fuerza, a r- se le llama brazo de palanca de F. Entonces, la magnitud del torque se puede escribir como:

T = r (F senθ ) = F (r senθ ) = r = F