Para entender estos fenómenos se toma como punto de partida la observación del mundo cotidiano; por ejemplo, si se desea cambiar la posición de un cuerpo en reposo, es necesario empujarlo o levantarlo, es decir, ejercer una acción sobre él.
Sin embargo, cuando necesitamos conocer la potencia ejercida o necesaria a ejercer sobre ese objeto para que se mueva debemos hace uso de un instrumento de medición denominado dinamómetro, el cual no es otra cosa que una herramienta ideada para comprobar las variaciones que se producen en un objeto al recibir la acción de una fuerza externa.
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¿Qué es un Dinamómetro?
El dinamómetro es una herramienta que permite calcular el peso de un cuerpo o realizar la medición de una fuerza, a partir de los cambios en la elasticidad de un muelle con una determinada calibración; en otras palabras, mide el peso de un cuerpo, lo cual significa que marca la fuerza con la cual el objeto es atraído por el campo de gravedad.
Se distingue de la balanza, instrumento utilizado para la medición únicamente de masas o la cantidad de materia que contiene dicho cuerpo. Existen más de diez mil dinamómetros diseñados para diversas aplicaciones, una de ellas es la de medir el peso de algo y por equivalencia determinar su masa.
Cabe resaltar que también resulta útil para medir las fuerzas motrices y para probar la resistencia de las máquinas o motores, aplicación mayormente utilizada actualmente.
¿Quién inventó el Dinamómetro?
El dinamómetro tradicional fue inventado por Sir Isaac Newton, reconocido físico, filósofo, teólogo, inventor, alquimista y matemático inglés; quien basó el funcionamiento de este instrumento en el estiramiento de un resorte que sigue la Ley de elasticidad de Hooke en el rango de medición, y que, además, se encuentra relacionada con la tercera ley de física.
Dicha ley expresa que a toda acción le corresponde una reacción, y por tanto siempre que dos cuerpos interactúen existirá un cuerpo que experimente una fuerza, ya sea por contacto, magnética o de interacción gravitatoria; mientras el otro cuerpo experimentará una fuerza de similar a la del primero, pero en sentido contrario.
¿Cuándo se inventó el Dinamómetro?
El Dinamómetro aparece en Londres, entre 1643 y 1727, a partir de la configuración de la ley de elasticidad de Hooke, la cual establece que el alargamiento de un muelle es directamente proporcional al módulo de la fuerza que se le aplique, tomando los límites de medición a través de la capacidad de un resorte para estirarse.
Historia del Dinamómetro
Este instrumento de medición, como se ha mencionado anteriormente, fue ideado por Sir Isaac Newton, quien vivió desde 1643 hasta 1727. Para su creación Newton se basó en la ley de Hooke, así como en la tercera Ley de la Física, tomando como límites de medición a través del resorte para estirarse.
Para mayor comprensión se considera necesario exponer que la tercera ley de Newton dictamina que siempre que un objeto aplica una fuerza sobre un segundo objeto, este ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección pero en sentido opuesto sobre el primero.
Con frecuencia se enuncia aludiendo que a cada acción siempre se opone una reacción igual pero de sentido contrario, de hecho, en cualquier interacción hay un par de fuerzas de acción y reacción situadas en la misma dirección con igual magnitud y sentidos opuestos.
La formulación original de Newton es la siguiente:
Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.
Primariamente los dinamómetros tenían una forma de medición analógica, no obstante, a medida que la tecnología ha ido avanzando, la necesidad por parte de la industria moderna para reducir costos y aumentar la productividad ha llevado a poner en práctica nuevos métodos de producción, y otros aliados a un control más estricto de los parámetros de los procesos de mecanizado; de esta forma, estos instrumentos fueron pasando de analógicos a digitales haciendo que las mediciones sean más precisas.
Entre los parámetros más representativos del estudio de un proceso de mecanizado del dinamómetro encontramos el control de la fuerza de corte es uno de los más importantes.
No se puede dejar de mencionar, el hecho de que una de las aplicaciones más conocida de este instrumento son las balanzas utilizadas anteriormente por las verdulerías o fruterías.
Partes del Dinamómetro
El dinamómetro se encuentra conformado de la siguiente forma:
- Por un muelle o pequeño gancho que está situado en cada uno de los extremos del instrumento.
- Un resorte, interno, cuyo desplazamiento es proporcional a la fuerza ejercida; tercero, por un cilindro o tubo, dentro del cual se sitúa una goma que tira del gancho. Este cilindro se encuentra rodeado por una escala, lo que conlleva a nuestro cuarto elemento presente en el dinamómetro, la escala, la cual, indicará de qué magnitud es la fuerza que estamos midiendo.
- Esta escala puede estar representada por una aguja, si hablamos de un dinamómetro de tipo analógico, o por un apantalla LCD, si es el caso de uno de tipo digital.
- Al enganchar dos pesos o realizar una fuerza sobre el gancho exterior del dinamómetro, la aguja de ese lado se mueve hacia la escala exterior y señala el valor de la fuerza que se ha ejercido. En caso de ser un dinamómetro digital indicará el valor en su pantalla LCD.
Otro aspecto fundamental es que en función del material con el que esté fabricado ese muelle el resorte, éste se estirará más o menos y será útil para medir unos tipos de fuerzas u otras. De igual forma, sucede algo parecido con la escala, la cual estará graduada en función, al igual que el muelle, de las fuerzas que se quiera medir.
Es menester acotar que este muelle se puede encontrar de distintas resistencias y que la escala en la que se realiza dicha medición se encuentra señalada en Unidades de fuerza denominadas Newton
Un newton es la fuerza que se necesita para provocar una aceleración de un (1) metro por segundo al cuadrado a un objeto que tenga un (1) kilogramo de masa.
Se puede utilizar (en su función de bascula) escalas en kilos, libras u otras unidades de medición. Por otra parte, los dinamómetros actuales tienen una escala que indica el máximo de fuerza que pueden sostener.
¿Cómo funciona el Dinamómetro?
El dinamómetro es un instrumento que posee un funcionamiento bastante sencillo, si bien es un aparato que nos permite medir la potencia o fuerza de algo, por ejemplo, la eficiencia de una máquina o motor antes o después de alguna alteración realizada sobre ella.
- De acuerdo con su composición, al colgar un peso o aplicar una fuerza sobre el gancho el cursor de ese extremo se mueve gracias al resorte que tiene en su interior, cuyo desplazamiento es proporcional a la fuerza ejercida, y por lo tanto el cursor se va a mover indicando en la escala la fuerza medida.
- Es decir, al percibir la fuerza del objeto colgado, el resorte o muelle causa que la aguja de ese lado se mueva y señala el valor de la fuerza que se ejerce, en este caso la fuerza de gravedad, la cual señala gracias a la escala de medidas marcada en el dinamómetro, y da el peso del objeto medido. Si por el contrario hacemos uso de un dinamómetro digital, en este caso el valor se representará en la pantalla LCD.
- Es necesario realzar el hecho de que el uso constante del dinamómetro genera una necesidad de calibración del equipo, mucho más si se hace un cambio de locación, especialmente en medidas en las que se necesita tener una alta precisión, debido a la variación de la relación entre la masa y el peso, que es la aceleración de la gravedad y depende del emplazamiento.
- La fórmula a partir de la cual trabaja el dinamómetro es P = m.g, donde P representa el peso, cuya unidad básica en el Sistema Internacional es el newton; m corresponde a la masa, cuya unidad básica es el kilogramo; y g se refiere a la aceleración de la gravedad, cuya unidad básica es el m/s².
¿Cómo usar el Dinamómetro?
El dinamómetro tiene un gancho de doble agarre, uno en cada extremo, el gancho del extremo superior sujeta se sujeta para colgarlo en algún lugar, mientras por el otro se coloca el objeto que se desea pesar y/o medir, que al colgar en el gancho ejercerá una fuerza elástica, indicando en la escala una medida.
Antes de colocar el objeto e el gancho se debe tomar nota de la medida que indica el tubo y para saber el resultado tienes que restar la longitud anterior a la posterior. La diferencia entre el último resultado con respecto al primero será la fuerza ejercida.
¿Para qué sirve el Dinamómetro?
Las aplicaciones del dinamómetro van dirigidas a la medición de fuerzas y tensiones, y se utiliza bastante en todo lo referente a las leyes del movimiento de la mecánica clásica. Se utilizan para someter algunos materiales a esfuerzos de estiramiento para determinar, su resistencia, y la deformación del material.
En otras palabras, funciona como báscula para medir el peso de algo y por equivalencia determinar su masa, debido a lo cual resulta necesario calibrar el instrumento cada vez que se cambia de ubicación, especialmente en medidas de precisión, debido a la variación de la relación entre la masa y el peso, que es la aceleración de la gravedad y depende del emplazamiento.
Por otra parte, también se utiliza en la industria, para determinar las propiedades físicas de algunos materiales, como cuando se utilizan para someter algunos materiales, a esfuerzos de estiramiento para determinar, su resistencia, y deformación del material, y así determinar el grado de elasticidad de materiales que se utilizan en la fabricación de diversos objetos.
Por ejemplo, es muy útil para las prácticas de física. Otra de sus funciones corresponde a la medición de probetas o la deformación de la misma en un ensayo de tracción o la penetración de un ensayo de dureza. De igual forma, es útil para medir las fuerzas aplicadas durante un tratamiento especializado, como es el caso de la ortodoncia por ejemplo.
Tipos de Dinamómetro
Dinamómetro mecánico
Corresponden a los instrumentos de medición de fuerza o peso, a través de la elongación de un muelle, son los adecuados para resolver cuestiones prácticas sin requerir para ello de corriente eléctrica, además cuentan con una buena precisión, debido a que presentan únicamente una desviación máxima de más o menos 0,3 % de la carga.
Dinamómetro electrónico
Son instrumentos de medición de fuerza o peso, pero que poseen ganchos pesadores autónomos para trabajos duros o de gran volumen. Su diseño es, por lo general, robusto y fiable combinado con su display de alta luminosidad que ofrece también una alta precisión en cualquier proceso de pesaje en procesos industriales difíciles e intensivos.
Importancia del Dinamómetro
Los dinamómetros son una herramienta que ayuda a aislar y a cuantificar un parámetro en particular, como por ejemplo la potencia de salida del motor, para verificar el rendimiento general de un vehículo, de hecho son la única herramienta diseñada específicamente para medir la potencia del motor.
Se utilizan en la industria, para determinar las propiedades físicas relacionadas a fuera, esfuerzos, resistencias y deformaciones de muchos materiales.
Por otra parte, el dinamómetro es un instrumento de medición fundamental para determinar la resistencia de distintos materiales, y se sueñe utilizar con mucha frecuencia en muchas industrias, en la determinación de la resistencia de distintos materiales utilizados en la fabricación de diversos objetos.
También se utilizan en la odontología, específicamente en los tratamientos de ortodoncia para determinar las fuerzas que son capaces de soportar los materiales de las que se hacen las piezas dentales artificiales.