Cuña (herramienta)

Una cuña es una herramienta de forma triangular, y es un plano inclinado portátil, y una de las seis máquinas simples. Se puede usar para separar dos objetos o partes de un objeto, levantar un objeto o mantener un objeto en su lugar. Funciona convirtiendo una fuerza aplicada a su extremo romo en fuerzas perpendiculares (normales) a sus superficies inclinadas. La ventaja mecánica de una cuña viene dada por la relación entre la longitud de su pendiente y su ancho. Aunque una cuña corta con un ángulo amplio puede hacer un trabajo más rápido, requiere más fuerza que una cuña larga con un ángulo estrecho.

La fuerza se aplica sobre una superficie plana y ancha. Esta energía se transporta al extremo puntiagudo y afilado de la cuña, por lo que se transporta la fuerza.

La cuña simplemente transporta energía en forma de fricción y la acumula hasta el extremo puntiagudo, rompiendo así el objeto.

Historia

Las cuñas existen desde hace miles de años. Primero fueron hechos de piedra simple. Quizás el primer ejemplo de una cuña sea el hacha de mano (ver también bifaz y Olorgesailie), que se hace tallando piedra, generalmente pedernal, para formar un borde bifacial o cuña. Una cuña es una máquina simple que transforma la fuerza lateral y el movimiento de la herramienta en una fuerza de división transversal y el movimiento de la pieza de trabajo. La potencia disponible está limitada por el esfuerzo de la persona que usa la herramienta, pero debido a que la potencia es el producto de la fuerza y ​​el movimiento, la cuña amplifica la fuerza al reducir el movimiento. Esta amplificación o ventaja mecánica es la relación entre la velocidad de entrada y la velocidad de salida. Para una cuña esto viene dado por 1/tanα, donde α es el ángulo de la punta. Las caras de una cuña se modelan como líneas rectas para formar una junta deslizante o prismática.

El origen de la cuña no se conoce. En las canteras del antiguo Egipto, se usaban cuñas de bronce para romper los bloques de piedra utilizados en la construcción. También se utilizaron cuñas de madera que se hinchaban después de ser saturadas con agua. Algunos pueblos indígenas de las Américas utilizaron cuñas de asta para partir y trabajar la madera para hacer canoas, viviendas y otros objetos.

Usos de una cuña

Las cuñas se utilizan para levantar objetos pesados, separándolos de la superficie sobre la que descansan.

Considere un bloque que se va a levantar con una cuña. A medida que la cuña se desliza por debajo del bloque, el bloque se desliza hacia arriba por el lado inclinado de una cuña. Esto levanta el peso F _B del bloque. La fuerza horizontal F _A necesaria para levantar el bloque se obtiene considerando la velocidad de la cuña v _A y la velocidad del bloque v _B. Si asumimos que la cuña no disipa ni almacena energía, entonces la potencia que entra en la cuña es igual a la potencia que sale.

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La velocidad del bloque está relacionada con la velocidad de la cuña por la pendiente del lado de la cuña. Si el ángulo de la cuña es α entonces

lo que significa que la ventaja mecánica

Por lo tanto, cuanto menor sea el ángulo α, mayor será la relación entre la fuerza de elevación y la fuerza aplicada sobre la cuña. Esta es la ventaja mecánica de la cuña. Esta fórmula para la ventaja mecánica se aplica a los filos y las operaciones de división, así como al levantamiento.

También se pueden utilizar para separar objetos, como bloques de piedra tallada. Los mazos para partir y las cuñas para partir se utilizan para partir la madera a lo largo de la fibra. Una cuña estrecha con un cono relativamente largo que se usa para ajustar con precisión la distancia entre los objetos se llama cuña y se usa comúnmente en carpintería.

Las puntas de las horquillas y los clavos también son cuñas, ya que parten y separan el material en el que se empujan o clavan; entonces los ejes pueden sujetarse rápidamente debido a la fricción.

Cuchillas y cuñas

La hoja es un plano inclinado compuesto, que consta de dos planos inclinados colocados de manera que los planos se encuentran en un borde. Cuando el borde donde se encuentran los dos planos se empuja hacia una sustancia sólida o fluida, vence la resistencia de los materiales a separarse al transferir la fuerza ejercida contra el material en dos fuerzas opuestas normales a las caras de la cuchilla.

El primer uso conocido de la hoja por parte de los humanos fue el borde afilado de una piedra de pedernal que se usaba para cortar o dividir tejido animal, por ejemplo, cortar carne. El uso de hierro u otros metales condujo al desarrollo de cuchillos para ese tipo de tareas. La hoja del cuchillo permitía a los humanos cortar carne, fibras y otros materiales vegetales y animales con mucha menos fuerza de la que se necesitaría para desgarrarlos simplemente tirando con las manos. Otros ejemplos son los arados, que separan las partículas del suelo, las tijeras que separan la tela, las hachas que separan las fibras de madera y los cinceles y cepillos que separan la madera.

Las cuñas, sierras y cinceles pueden separar materiales gruesos y duros, como madera, piedra sólida y metales duros, y lo hacen con mucha menos fuerza, desperdicio de material y con más precisión que la trituración, que es la aplicación de la misma fuerza. sobre un área más amplia del material a separar.

Otros ejemplos de cuñas se encuentran en las brocas, que producen agujeros circulares en los sólidos. Los dos bordes de una broca se afilan, en ángulos opuestos, en una punta y ese borde se enrolla alrededor del eje de la broca. Cuando la broca gira sobre su eje de rotación, las cuñas se introducen a la fuerza en el material que se va a separar. El corte resultante en el material es en la dirección de rotación de la broca, mientras que la forma helicoidal de una broca permite retirar el material cortado.

Ejemplos para sostener objetos más rápido

Las cuñas también se pueden usar para sujetar objetos en su lugar, como piezas de motores (válvulas de asiento), piezas de bicicletas (vástagos y soportes inferiores excéntricos) y puertas. Un tope de puerta tipo cuña (cuña de puerta) funciona en gran parte debido a la fricción generada entre la parte inferior de la puerta y la cuña, y la cuña y el piso (u otra superficie).

Ventaja mecanica

La ventaja mecánica o MA de una cuña se puede calcular dividiendo la altura de la cuña por el ancho de la cuña:

Cuanto más agudo o estrecho sea el ángulo de una cuña, mayor será la relación entre la longitud de su pendiente y su anchura y, por lo tanto, mayor ventaja mecánica producirá.

Una cuña se unirá cuando el ángulo incluido en la cuña sea menor que el arco tangente del coeficiente de fricción entre la cuña y el material. Por lo tanto, en un material elástico como la madera, la fricción puede unir una cuña estrecha más fácilmente que una ancha. Esta es la razón por la que la cabeza de un mazo hendido tiene un ángulo mucho más amplio que el de un hacha.