Torno (física)

Este artículo se refiere al torno como máquina simple. Para otros tipos de tornos y para otras acepciones de esta palabra, véase Torno (desambiguación)

El torno es un tipo de máquina simple habitualmente utilizada para mover verticalmente grandes pesos, fue creada aproximadamente en el 3000 A.C .Su configuración más sencilla tradicionalmente consta de un cilindro (generalmente de madera) al que se fija una cuerda, atravesado longitudinalmente por un eje de acero sujeto en sus extremos mediante dos argollas que permiten su giro en posición horizontal. Al hacer rotar el cilindro sobre el eje mediante una manivela, se enrolla la cuerda a la que se ha atado el peso, haciéndolo subir.

File:Debno zamek studnia.jpg

Torno simple montado sobre el brocal de un pozo

El torno y el cabrestante son la misma máquina desde el punto de vista físico. En origen, el término genérico para designar a esta clase de máquinas es torno, siendo el cabrestante un tipo de torno especial, con su eje dispuesto verticalmente. Sin embargo, en la actualidad el término torno suele reservarse exclusivamente para los clásicos dispositivos con el cilindro dispuesto horizontalmente utilizados para elevar verticalmente cargas pesadas (por lo general, manualmente); mientras que el término cabrestante suele aplicarse a cualquier dispositivo motorizado capaz de recoger un cable, que se utiliza para arrastrar cargas tanto en vertical como en horizontal o sobre un plano inclinado.

Reseña histórica

Tensado de una ballesta mediante un torno acoplado al arma

Grabado mostrando un torno montado sobre un trípode y combinado con un polipasto, utilizado para izar manualmente grandes pesos (1612)

• Marco Vitruvio, un ingeniero militar romano que escribió alrededor del 28 a.C., definió esta máquina como "un montaje de madera, especialmente eficaz para levantar pesos grandes". Cerca de un siglo más tarde, Herón de Alejandría recopiló el conocimiento de su época ideando la relación de las cinco "máquinas simples" capaces de "mover un peso dado mediante el empleo de una fuerza dada": la palanca, el torno, el tornillo, la cuña, y la polea. Hasta casi el final del siglo XIX estas "cinco máquinas" fueron los cinco elementos básicos con los que se construyeron las más complejas edificaciones.^[1]​
• También han sido tradicionalmente muy utilizados para sacar agua de los pozos. La descripción más antigua de un pozo con torno, un cilindro de madera instalado a través del brocal del pozo, se debe a Isidoro de Sevilla (hacia 560–636) Orígenes (XX, 15, 1-3).^[2]​
• La representación más antigua de un torno para izar agua se puede encontrar en el Libro de la Agricultura publicado en 1313 por el funcionario chino de la Dinastía Yuan llamado Wang Zhen (hacia 1290–1333).^[3]​
• Durante la Edad Media el torno se utilizó profusamente para izar materiales en la construcción de edificios, como por ejemplo en la curiosa aguja en espiral de la iglesia de Chesterfield.^[4]​
• Al final de la Baja Edad Media, las ballestas más pesadas montaban tornos para tensarse en toda Europa, procedimiento utilizado en Inglaterra ya desde 1215.^[5]​
• Los tornos son a veces utilizados en los barcos para izar el ancla como alternativa al cabrestante (véase ancla).
• En la minería del oro también se utilizó el torno para extraer el mineral aurífero desde los pozos hasta la superficie,^[6]​ alcanzándose con este sistema hasta unos 40 metros en el subsuelo, usándose otros procedimientos de izado más potentes para mayores profundidades.^[7]​

Principio de funcionamiento

El torno se basa en el mismo principio que la palanca, transformando el balance de dos fuerzas en el balance de sus correspondientes momentos de giro. Para ello se vale de que el radio de giro ${\displaystyle R}$  de la manivela (al que se aplica la fuerza de trabajo ${\displaystyle P}$ ), es mucho mayor que el radio de giro ${\displaystyle r}$ , coincidente con el radio del cilindro del torno (al que se aplica mediante la cuerda la fuerza del peso ${\displaystyle Q}$  que se desea izar). En consecuencia, para izar el peso, basta con aplicar una fuerza tal que:

${\displaystyle P\cdot 2\pi R=Q\cdot 2\pi r\quad \longrightarrow \quad P\cdot R=Q\cdot r}$ 

y por lo tanto

${\displaystyle P=Q\cdot {\cfrac {r}{R}}}$ 

de lo que se deduce que cuanto mayor sea el radio de la manivela ${\displaystyle R}$  y menor el del cilindro del torno ${\displaystyle r}$ , menor será la fuerza ${\displaystyle P}$  necesaria para izar el peso ${\displaystyle Q}$ .

Torno diferencial

 

Torno diferencial

En un torno diferencial hay un torno: W, hay dos tambores coaxiales de radios diferentes: ${\displaystyle r}$  y ${\displaystyle r'}$ .^[8]​^[9]​^[10]​ La cuerda se enrolla en un tambor mientras que se desenrolla del otro, con una polea móvil:R, colgada del tramo de cuerda combado que pende entre los dos tambores. Por cada vuelta completa de la manivela: K de radio: ${\displaystyle \rho }$ , el peso: Q, únicamente se eleva:

${\displaystyle {\cfrac {2\pi r-2\pi r'}{2}}={\cfrac {2\pi (r-r')}{2}}=\pi (r-r')}$ 

(dado que la variación de la longitud del tramo de cable en suspensión -proporcional a la diferencia del perímetro entre los dos tambores- tiene un tramo ascendente y otro descendente, la elevación resultante es precisamente esta diferencia dividida por dos)

Utilizando la terminología del apartado anterior, se tiene que por cada vuelta completa de la manivela, para que se equilibre el trabajo producido por la fuerza aplicada ${\displaystyle P}$  y por el peso ${\displaystyle Q}$ , tienen que cumplir que

${\displaystyle P\cdot 2\pi \rho =Q\cdot \pi (r-r')}$ 

y por lo tanto

${\displaystyle P=Q\cdot {\cfrac {r-r'}{2\rho }}}$ 

pudiéndose obtener una desmultiplicación todavía más alta que en el caso anterior del torno simple.

Otro ejemplo

 

Comparación de un polipasto (izquierda) con un torno diferencial (derecha). Para una mayor claridad, la cuerda del torno se representa como una espiral arrollada, aunque en realidad es una hélice con su eje perpendicular a la imagen.

En la figura de la derecha se representa otra variante de torno diferencial.

Ejemplos

Torno del siglo XIX impulsado por un caballo (Francia)	Reconstrucción de un torno medieval de tracción humana (Caén, Francia)	Puente basculante de carretera con tornos (Gran Bretaña)
Torno en una mina de cobre de Irlanda (1906)	Preparación de un torno utilizado en albañilería, sobre el que se está enrollando una cuerda de cáñamo (Alemania)	Torno de un helicóptero accionado eléctricamente

Véase también

• Máquina simple
• Montacargas

Referencias

1. «Kinematic Synthesis of linkages». 
2. Oleson, John Peter (1984), Greek and Roman Mechanical Water-lifting Devices. The History of a Technology, Dordrecht: D. Reidel, pp. 56f., ISBN 90-277-1693-5 .
3. Needham, Joseph (1986), Science and Civilization in China: Volume 4, Physics and Physical Technology, Part 2, Mechanical Engineering.
4. «Medieval Builders' Windlass». http://www.bbc.co.uk. Consultado el 11 de septiembre de 2012. 
5. «Engineering the Medieval Achievement-The Crossbow». http://web.mit.edu. Consultado el 11 de septiembre de 2012. 
6. . http://outbacknsw.com.au. Archivado desde el original el 21 de marzo de 2012. Consultado el 11 de septiembre de 2012. 
7. . http://www.kidcyber.com.au. Archivado desde el original el 17 de agosto de 2012. Consultado el 11 de septiembre de 2012. 
8. "Chinese".
9. Morris, Christopher, ed. (1992), Academic Press Dictionary of Science and Technology, Gulf Professional Publishing, p. 416, ISBN 978-0-12-200400-1 .
10. Knight, Edward H. (1884), The Practical Dictionary of Mechanics, Cassell, Petter, Galpin & Co . "Chinese-windlass, a differential windlass in which the cord winds off one part of the barrel and on to the other."

Enlaces externos

• Spanish Windlass

•   Datos: Q592289
•   Multimedia: Windlass / Q592289