ⓘ 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 desambigua ..

                                     

ⓘ 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. Su configuración más sencilla tradicionalmente consta de un cilindro 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 la que se ha atado el peso, haciéndolo subir.

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.

                                     

1. Reseña histórica

  • 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. ​
                                     

2. 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 R {\displaystyle R} de la manivela al que se aplica la fuerza de trabajo P {\displaystyle P}, es mucho mayor que el radio de giro r {\displaystyle r}, coincidente con el radio del cilindro del torno al que se aplica mediante la cuerda la fuerza del peso Q {\displaystyle Q} que se desea izar. En consecuencia, para izar el peso, basta con aplicar una fuerza tal que:

P ⋅ 2 π R = Q ⋅ 2 π r ⟶ P ⋅ R = Q ⋅ r {\displaystyle P\cdot 2\pi R=Q\cdot 2\pi r\quad \longrightarrow \quad P\cdot R=Q\cdot r}

y por lo tanto

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

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

                                     

2.1. Principio de funcionamiento Torno diferencial

En un torno diferencial hay un torno: W, hay dos tambores coaxiales de radios diferentes: r {\displaystyle r} y r ′ {\displaystyle r}. ​ 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: ρ {\displaystyle \rho }, el peso: Q, únicamente se eleva:

2 π r − 2 π r ′ 2 = 2 π r − r ′ 2 = π r − r ′ {\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 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 P {\displaystyle P} y por el peso Q {\displaystyle Q}, tienen que cumplir que

P ⋅ 2 π ρ = Q ⋅ π r − r ′ {\displaystyle P\cdot 2\pi \rho =Q\cdot \pi r-r}

y por lo tanto

P = Q ⋅ r − r ′ 2 ρ {\displaystyle P=Q\cdot {\cfrac {r-r}{2\rho }}}

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