Máquina simple

Una máquina simple es un dispositivo mecánico que cambia la dirección o la magnitud de una fuerza.[2]​[3]​[4]​[5]​

Desde los albores de la Revolución Industrial hasta la actualidad, la concepción teórica de las máquinas ha evolucionado de forma considerable. Sin embargo, el concepto clásico de máquina simple sigue manteniendo su vigencia, tanto por su significación histórica, como por ser un valioso elemento didáctico utilizado ampliamente en la enseñanza de algunas nociones básicas de la física.[6]​ Por otro lado, numerosos mecanismos sencillos basados en las máquinas simples siguen siendo generalmente utilizados para la producción artesanal.[7]​

Pese al carácter tradicional de la lista anterior, no es infrecuente encontrar otras listas que incluyan algún elemento mecánico distinto. Por ejemplo, algunos autores consideran a la cuña y al tornillo como aplicaciones del plano inclinado; otros incluyen a la rueda como una máquina simple; otros consideran los engranajes; o también se considera el eje con ruedas una máquina simple, aunque sea el resultado de juntar otras dos máquinas simples.[9]​

Una máquina simple utiliza una única fuerza aplicada transformándola en una fuerza resultante, que realiza un trabajo desplazando una sola carga (o venciendo una fuerza resistente). Si se omiten las pérdidas por rozamiento, el trabajo realizado por la fuerza aplicada es igual al trabajo realizado por la fuerza resultante sobre la carga. La máquina puede aumentar la magnitud de la fuerza aplicada a lo largo de una determinada distancia (al transformarla en la fuerza resultante), pero a costa de una disminución proporcional en la distancia recorrida por la carga. La relación entre la fuerza aplicada y la fuerza resultante se denomina ventaja mecánica.

Las máquinas simples pueden ser consideradas como los "bloques de construcción" elementales a partir de los que se diseñan máquinas más complejas (denominadas en ocasiones "máquinas compuestas"[10]​[11]​[4]​[12]​ como por ejemplo, el mecanismo de una bicicleta, donde se utilizan ruedas, palancas y poleas).[13]​[14]​ La ventaja mecánica de una máquina compuesta es el producto de las ventajas mecánicas de las máquinas simples de las que está compuesta.

Tabla de máquinas simples (Cyclopædia Chambers, 1728).[1]​Las máquinas simples proporcionan un vocabulario para la comprensión de las máquinas más complejas.
En la palanca se cumple que D1 x F1 = D2 x F2
Imagen con la descripción de una noria combinada con un torno para izar cargas en una mina
Ejemplo de máquina simple. Esquema del funcionamiento de una palanca utilizada para sacar agua de un pozo
Palanca utilizada para sacar agua de un pozo (el brazo opuesto posee un contrapeso para minimizar el esfuerzo que requiere izar el cubo lleno de agua)
La capacidad autoblocante del tornillo es la razón de su amplio uso para sujetar entre sí todo tipo de piezas, como los pernos utilizados en mecánica o los tirafondos en carpintería.
Ilustración de un mecanismo de cuatro barras de la obra Kinematics of Machinery (1876)
Animación del movimiento del mecanismo de Klann