Torno (física) para niños
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 una máquina simple que se usa para levantar objetos pesados de forma vertical. Fue inventado hace mucho tiempo, alrededor del año 3000 antes de Cristo.
Su forma más común tiene un cilindro, usualmente de madera, al que se ata una cuerda. Este cilindro está atravesado por un eje de metal que se sujeta por los extremos. Al girar el cilindro con una manivela, la cuerda se enrolla y el peso sube.
El torno y el cabrestante son máquinas muy parecidas. Originalmente, "torno" era el nombre general, y "cabrestante" era un tipo especial de torno con el eje vertical. Hoy en día, "torno" se usa para los aparatos con el cilindro horizontal que levantan cargas a mano. "Cabrestante" se refiere a cualquier máquina motorizada que enrolla un cable para mover cargas en cualquier dirección.
Contenido
Historia del Torno: ¿Cuándo y Dónde Surgió?
Se cree que la cultura Halaf, entre el 6500 y el 5100 a.C., tiene la representación más antigua de un vehículo con ruedas. Sin embargo, no hay pruebas claras de que usaran vehículos con ruedas o tornos de alfarero.
Primeros Usos del Torno: El Torno de Alfarero
Una de las primeras veces que se usó el torno fue para hacer cerámica. Las culturas antiguas lo usaban para crear vasijas de barro. Los tornos más antiguos, llamados "tournettes" o "ruedas lentas", aparecieron en el Oriente Medio en el quinto milenio a.C.
Un ejemplo muy antiguo se encontró en Tepe Pardis, Irán, y data de entre el 5200 y el 4700 a.C. Eran de piedra o arcilla y se fijaban al suelo. Los tornos de alfarero que giraban libremente, con un mecanismo de rueda y eje, se desarrollaron en Mesopotamia (Irak) entre el 4200 y el 4000 a.C. El torno más antiguo que se conserva, hallado en Ur (actual Irak), es de aproximadamente el 3100 a.C.
La Rueda y el Eje: Un Gran Avance
Los primeros vehículos con ruedas surgieron a finales del cuarto milenio a.C. Se han encontrado dibujos de carros con ruedas en tabletas de arcilla en Uruk, en la civilización de Sumeria (Mesopotamia), que datan de entre el 3700 y el 3500 a.C.
Más tarde, en la segunda mitad del cuarto milenio a.C., aparecieron pruebas de vehículos con ruedas casi al mismo tiempo en el Cáucaso septentrional y Europa del Este. Un dibujo de un vehículo con ruedas se encontró en una olla de barro en Polonia, de entre el 3500 y el 3350 a.C.
La prueba más antigua de una combinación de rueda y eje, de Eslovenia (rueda de las marismas de Liubliana), tiene entre 3340 y 3030 a.C. En China, las ruedas con radios más antiguas se encontraron en Qinghai, de entre el 2000 y el 1500 a.C.
El Torno en la Antigüedad y la Edad Media
Marco Vitruvio, un ingeniero romano que vivió alrededor del 28 a.C., describió el torno como una máquina muy útil para levantar grandes pesos. Un siglo después, en el Egipto romano, Herón de Alejandría incluyó el torno entre las cinco "máquinas simples" básicas. Estas máquinas eran: la palanca, el torno, el tornillo, la cuña y la polea. Se cree que el torno de esa época era como un molinete, con una manivela conectada a un cilindro para enrollar una cuerda y subir cargas, como un cubo de un pozo.
Hasta finales del siglo XIX, estas cinco máquinas fueron los elementos principales para construir grandes edificios. Los tornos también se usaron mucho para sacar agua de los pozos. La descripción más antigua de un pozo con torno la hizo Isidoro de Sevilla (hacia 560–636).
En la Edad Media, el torno se usó mucho para subir materiales en la construcción de edificios. También se usó para tensar las ballestas más grandes en toda Europa, un método que se usaba en Inglaterra desde 1215. Los científicos del Renacimiento identificaron el torno como una de las seis máquinas simples, basándose en textos griegos.
Hoy en día, los tornos se usan a veces en barcos para levantar el ancla, como alternativa al cabrestante. En la minería del oro, también se usaban para sacar el mineral de los pozos hasta la superficie, llegando a profundidades de unos 40 metros.
¿Cómo Funciona el Torno?
El torno es una máquina simple que tiene una rueda y un eje. Es un conjunto de dos discos o cilindros de diferentes tamaños que giran juntos alrededor del mismo eje. El cilindro más delgado que gira se llama eje, y el objeto más ancho unido al eje, donde aplicamos la fuerza, se llama rueda.
Al aplicar una fuerza en el borde de la rueda grande, se puede ejercer una fuerza mayor sobre una carga unida al eje. Esto nos da una ventaja mecánica. Cuando se usa en un vehículo, el cilindro más pequeño es el eje de la rueda. Pero en un molinete o cabrestante, el cilindro pequeño puede estar separado del eje.
Si la rueda y el eje no pierden energía por fricción o elasticidad, la potencia que aplicamos a la rueda debe ser igual a la potencia que obtenemos en el eje. Como los puntos en el borde de la rueda se mueven más rápido que los puntos en el borde del eje, la fuerza que aplicamos a la rueda es menor que la fuerza que obtenemos en el eje.
El torno funciona con el mismo principio que la palanca. Transforma el equilibrio de dos fuerzas en el equilibrio de sus momentos de giro. Esto se logra porque el radio de la manivela (donde aplicamos la fuerza) es mucho mayor que el radio del cilindro del torno (donde se aplica la fuerza del peso a levantar).
Así, para levantar un peso, solo necesitamos aplicar una fuerza que cumpla con la siguiente relación:
- Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): P \cdot R = Q \cdot r
Donde P es la fuerza que aplicamos, R es el radio de la manivela, Q es el peso a levantar y r es el radio del cilindro del torno.
Esto significa que cuanto más grande sea el radio de la manivela y más pequeño el del cilindro, menor será la fuerza que necesitamos para levantar el peso.
Ventaja Mecánica del Torno
El uso del torno nos da una ventaja mecánica (VM). Si a y b son las distancias desde el centro del eje hasta los bordes de la rueda A y el eje B, y aplicamos una fuerza FA a la rueda y obtenemos una fuerza FB en el eje, la ventaja mecánica es:
- Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): VM = \frac{F_B}{F_A} = \frac{a}{b}.
La ventaja mecánica de una máquina simple como el torno se calcula como la relación entre la resistencia y el esfuerzo. Cuanto mayor sea esta relación, más se multiplica la fuerza. Cambiando los radios del eje o de la rueda, podemos obtener cualquier ventaja mecánica.
En un vehículo con motor, la transmisión aplica una fuerza al eje, que tiene un radio menor que la rueda. La ventaja mecánica es menor que 1. Por lo tanto, el torno en un coche no aumenta la fuerza, sino que la verdadera ventaja está en la alta velocidad de rotación del eje.
Ventaja Mecánica Ideal
La ventaja mecánica de un torno sin fricción se llama ventaja mecánica ideal (VMI). Se calcula así:
- Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \mathrm{VMI} = {F_\text{out} \over F_\text{in}} = { \mathrm{Radio}_\text{rueda} \over \mathrm{Radio}_\text{eje}}
Ventaja Mecánica Real
Todos los tornos reales tienen fricción, que convierte parte de la energía en calor. La ventaja mecánica real (VMR) de un torno se calcula así:
- Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \mathrm{VMR} = {F_\text{out} \over F_\text{in}} = \eta \cdot { \mathrm{Radio}_\text{rueda} \over \mathrm{Radio}_\text{eje}}
Donde Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \eta = {P_\text{salida} \over P_\text{entrada} } es la eficiencia del torno, que es la relación entre la potencia que obtenemos y la potencia que aplicamos.
Torno Diferencial: Más Fuerza con Menos Esfuerzo
Un torno diferencial tiene dos tambores, uno con radio 
y otro con radio 
. Una cuerda se enrolla en un tambor mientras se desenrolla del otro. Una polea móvil cuelga de la cuerda entre los dos tambores. Por cada vuelta completa de la manivela, el peso solo sube una pequeña distancia:
- Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): \pi(r - r')
Esto se debe a que la diferencia en la longitud del cable se divide entre el tramo que sube y el que baja.
Para que la fuerza aplicada 
y el peso 
se equilibren, deben cumplir:
Y por lo tanto:
Con este tipo de torno, se puede obtener una reducción de fuerza aún mayor que con un torno simple.
Otro Ejemplo de Torno Diferencial
En la imagen de la derecha se muestra otra versión de un torno diferencial.
El Torno en la Heráldica
El torno también aparece como símbolo en los escudos de armas:
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Escudo de armas de Nakło Śląskie, Polonia
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Escudo de armas de Ekaterimburgo, Rusia
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Escudo de armas de Murcek, Polonia
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Escudo de armas de Zličín, República Checa
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Ejemplos de Tornos en la Vida Real
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Para Saber Más
Véase también
En inglés: Wheel Facts for Kids
