Ventaja mecánica

La ventaja mecánica es una magnitud adimensional que indica cuánto se amplifica la fuerza aplicada usando un mecanismo (ya sea una máquina simple, una herramienta o un dispositivo mecánico más complejo) para contrarrestar una carga de resistencia.

La ventaja mecánica puede distinguirse en dos tipos:

De forma ideal un mono, un mecanismo transmitiría toda la energía aplicada para actuar contra la resistencia, sin añadir o sustraer energía. Esto significa que no habría una fuente adicional de energía (a diferencia de un servomecanismo), que el sistema no tendría fricción y que el mecanismo estaría formado por sólidos rígidos (o cables que no se pueden estirar) que no se desgastan. El rendimiento de un sistema real se expresa en términos de eficiencia respecto al sistema ideal, de manera que existe fricción, deformación y desgaste.

Por analogía, teniendo en cuenta que la potencia representa la energía por unidad de tiempo, la potencia de entrada sería igual que la potencia de salida en un sistema ideal. De igual manera, en un sistema real, la potencia obtenida a la salida del sistema sería igual a la potencia aplicada multiplicada por el rendimiento.

Un modelo para este principio puede ilustrarse con la ley de la palanca. Cuando la fuerza resistente es el peso de una carga, hay que calcular su valor a partir de la masa de la carga y de la aceleración de la gravedad, resultando

Sobre la barra rígida que constituye una palanca actúan tres fuerzas:

Los brazos de la palanca son:

La ventaja mecánica es:

Puede entenderse como un equilibrio de pares o momentos de fuerzas. El par ejercido por la potencia respecto al fulcro es opuesto al par ejercido por la resistencia. Nótese el producto vectorial de cada fuerza por su brazo de palanca. En caso de que la fuerza no fuera perpendicular a su brazo de palanca, se multiplicaría la proyección de la fuerza sobre la recta perpendicular al brazo de palanca.

Los pares de fuerzas son:

donde ${displaystyle heta _{p}}$ y ${displaystyle heta _{r}}$ son los ángulos que forman la potencia y la resistencia con sus respectivos brazos.