fisica 1

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?

E=

Trabajo de salida
Trabajo de salida 200 J
; Trabajo de entrada =
=
Trabajo de entrada
E
0.25
Trabajo de entrada = 800 J

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?

E=

Trabajo de salida
Trabajo de entrada 400 J
; Trabajo de entrada =
=
Trabajo de entrada
E
0.30
Trabajo de entrada = 1333 J

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.

P=

Trabajo Fs
=
;
t
t

P=

(2 kg)(9.8 m/s 2 )(4 m)
3s
P= 26.1 W

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?
Pent = 60 W; E =

Potencia de salida
26.1 W
=
Potencia de entrada
60 W

E = 43.5%
Ppérdida = 60 W – 26.1 W
Ppérdida = 33.9 W

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de 3 m/s. ¿Cuál es la potencia de entrada requerida?
Psalida = Fv = mgv = (10 kg)(9.8 m/s2)(3 m/s)
Psalida = 294 W
Pent =

Psal 294 W
=
E
0.60

Pentrada = 490 W
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 desalida útil y cuál es la eficiencia del motor?
Psalida = 300 hp – 200 hp = 100 hp

E=

Psal 100 hp
;
=
Pent 300 hp

E = 33.3%

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 deentrada?

MI =
Fi =

si 300 ft
= 30
=
so 10 ft

Fo 200 lb
=
= 6.67 lb
30
30

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 unafuerza
igual a la mitad del peso de la caja fuerte.)
W = mg = (50 kg)(9.8 m/s2) = 490 N; F = W/2 = 245 N

MI =

ri 1.08 m
=
= 9;
ro 0.12 m

Fi =

1.2 m

Fo 490 N
=
MI
9
Fi = 54.4 N

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

MI =

ri 10 cm
=
= 5;
ro 2 cm

Fo = M I Fi = 5(20 N)

Fulcro

Fi

Fo

Fo = 100 N
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 larueda. ¿Qué empuje ascendente se tendrá que
aplicar en un punto de los mangos que se encuentra a 1.4 m de la rueda?

MI =

Fi =

ri 1.4 m
=
= 2.8;
ro 0.5 m

(40 kg)(9.8 m/s 2 )
;
2.8

Fi =

Fo
MI

Fi

Fo
Fulcro

Fi = 140 N

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

MI =

ri 1.4 m
=
= 2.8
ro 0.5 m
Mi = 2.812-12. Calcule la ventaja mecánica ideal del alzaprima (barreta) descrito en la figura 12-4c si la
fuerza de entrada se aplica a 30 cm del clavo y el punto de apoyo se localiza a 2 cm de dicho
clavo.

Fo

MI =

Fi

ri 30 cm - 2 cm
=
= 14
ro
2 cm
Mi = 14.0

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