Los momentos de fuerza, también conocidos como torques, son un concepto fundamental en física que se refiere a la capacidad de una fuerza para producir rotación alrededor de un punto o eje fijo.
Es decir, los momentos de fuerza explican cómo una fuerza puede hacer que un objeto gire en lugar de simplemente moverse en línea recta.
Ahora vamos a profundizar un poco más en el tema con algunos ejemplos cotidianos que todos hemos experimentado en algún momento.
1. Abrir una puerta
Piensa en la última vez que abriste una puerta empujándola. Si empujas cerca de las bisagras, donde la puerta se conecta con el marco, necesitas aplicar mucha más fuerza para moverla.
En cambio, si empujas o jalas desde el extremo opuesto, donde normalmente está la manija, se siente mucho más fácil.
¿Por qué?
Aquí entra en juego el concepto de momento de fuerza. El momento es el producto de la fuerza que aplicas y la distancia desde el punto de giro (en este caso, las bisagras de la puerta). Al aplicar la fuerza lejos de las bisagras, aumentamos esta distancia y, como resultado, el momento también aumenta.
Esto significa que con la misma cantidad de fuerza, conseguimos un mayor efecto al abrir la puerta. Es por eso que las manijas se colocan lejos de las bisagras, para hacer que la acción de abrir y cerrar sea más sencilla.
2. Apretar tornillos con una llave
Al usar una llave para apretar un tornillo, aplicamos un momento de fuerza.
Cuando giramos la llave, estamos generando una fuerza de rotación alrededor del eje del tornillo. La longitud de la llave es esencial aquí.
Cuanto más larga sea, menos fuerza necesitamos aplicar para girar el tornillo.
Imagina que intentas apretar un tornillo muy duro. Si tienes una llave pequeña, necesitarás aplicar mucha fuerza. Sin embargo, si usas una llave más larga, el momento aumenta porque la distancia entre la fuerza que aplicas y el eje del tornillo también aumenta. Como resultado, apretar el tornillo se vuelve más fácil.
En otras palabras, al hacer más larga la palanca (la llave), podemos hacer que la tarea requiera menos esfuerzo físico.
3. El volante de un automóvil
Cuando manejamos un automóvil y giramos el volante, estamos aplicando un momento sobre el eje de dirección.
¿Has notado que el volante tiene un diámetro considerable? Esto no es casualidad. Cuanto más alejada esté nuestra mano del eje de dirección, más fácil será aplicar un momento y girar el volante.
Imagina intentar girar el volante desde el mismo centro: se necesitaría mucha fuerza. Al tener el aro del volante a cierta distancia del eje, usamos el principio de momento para lograr una dirección sin esfuerzo excesivo.
4. El columpio
Todos hemos disfrutado de un columpio en algún momento, y cuando lo hacemos, estamos generando un momento alrededor de los ganchos que sujetan el columpio a la estructura.
Cuando te empujas hacia adelante y hacia atrás, estás cambiando el ángulo y la amplitud del momento que aplicas, lo que permite controlar la velocidad y altura del balanceo.
De hecho, incluso los niños se dan cuenta intuitivamente de que si se inclinan hacia adelante o hacia atrás en el momento justo, pueden aumentar la amplitud de su balanceo.
Esta acción genera un momento que mantiene el movimiento pendular y permite que el columpio suba y baje cada vez con mayor impulso.
5. Pedalear en bicicleta
Cuando pedaleas en una bicicleta, también estás aplicando momentos de fuerza. Al empujar los pedales hacia abajo, generas un momento respecto al eje de rotación de la bicicleta, que está en el centro del plato.
La fuerza que aplicas en el pedal se multiplica por la distancia desde el centro del plato, generando un momento que ayuda a impulsar la bicicleta hacia adelante.
Además, el tamaño del plato, que es la distancia del centro del eje a donde los dientes de la cadena se enganchan, influye en el momento que transmites. Cuanto mayor sea el plato, más fuerza puede transmitirse a la cadena y a las ruedas, lo que hace que pedalear en ciertos terrenos sea más eficiente.
6. La palanca
La palanca es uno de los ejemplos más claros del uso del momento de fuerza.
Piensa en una situación en la que necesites levantar una piedra pesada del suelo. Si intentas levantarla directamente, podría ser imposible. Pero si usas una barra larga como palanca y colocas una piedra más pequeña como punto de apoyo (o fulcro) cerca de la piedra que deseas levantar, podrías moverla con relativa facilidad.
Esto ocurre porque la palanca nos permite aplicar una fuerza en un extremo, que se convierte en un momento respecto al fulcro, haciendo posible levantar el objeto en el otro extremo. Cuanto más larga sea la barra que uses, menos fuerza necesitarás, ya que el momento será mayor.
Este mismo principio es lo que hace que una carretilla, con su mango largo y punto de apoyo cerca de la carga, sea tan efectiva para mover objetos pesados.
7. La polea
Otra máquina simple que usa momentos de fuerza es la polea.
Una polea es una rueda con una cuerda o cable que la atraviesa. Al tirar de un extremo de la cuerda, aplicas una fuerza de entrada, generando un momento alrededor del eje de la polea. Este momento facilita el levantamiento de cargas en el otro extremo.
Las poleas pueden usarse en combinación, como en un sistema de poleas compuesto, para reducir aún más la cantidad de fuerza necesaria. Al aumentar el número de poleas, incrementamos la distancia efectiva en la que se aplica la fuerza y, por ende, el momento.
Esto permite que con una fuerza mínima podamos levantar objetos pesados, como ocurre en los sistemas de poleas de las grúas o de ascensores como seria el caso de la polea de la imagen.
8. Las turbinas de vapor
Las turbinas de vapor son un ejemplo industrial de la aplicación de momentos de fuerza.
En una central nuclear, el vapor generado por la energía térmica se dirige hacia las aspas de una turbina, aplicando una fuerza tangencial a la rueda.
Esta fuerza es perpendicular al eje de la turbina, generando un momento que hace girar las aspas y, en consecuencia, el eje de la turbina.
Este movimiento rotacional se transmite a un generador, que convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Aquí, el momento de fuerza generado por el vapor es fundamental para producir el movimiento circular que da lugar a la electricidad.
Este ejemplo también se puede trasladar a cualquier otra turbina, como seria el caso de los aerogeneradores en un parque eólico.