Caballos vs Torque: • NUNCA volverás a confu...
El vídeo de hoy es una continuación del video anterior donde usábamos legos, y motores, para explicar los conceptos de Caballos y Torque.
En el episodio de hoy introduciremos a los engranajes en la ecuación... para ver cómo se pueden utilizar para manipular el Torque y la Velocidad.
Así que una vez más, tenemos a nuestros dos motores, el motor grande genera 0.14 newtons metro de Torque, y el motor pequeño genera 0.03 newtons metro de Torque. En el video anterior vimos que el motor pequeño no fue capaz de generar el torque necesario para mover el objeto. Ahora estaremos usando engranajes para conseguir que el motor pequeño pueda mover al objeto.
En vez de intentar mover al objeto directamente, vamos a conectar un engranaje al eje del motor... y también estaremos conectando otro engranaje, en el eje del objeto pesado.
Al engranaje pequeño le llamaremos rueda motriz, ya que aquí estará la fuerza inicial, y será el que haga el trabajo. Este engranaje tiene 8 dientes. Respecto al engranaje conectado al objeto, le llamaremos rueda conducida, éste engranaje recibe la fuerza y será el que reciba el trabajo. Este engranaje tiene 40 dientes.
¿Y cómo obtenemos la relación de transmisión? Simplemente dividimos el número de dientes de la rueda conducida… entre los de la rueda motriz. Y el resultado es 5.
¿Y qué nos está diciendo la relación de transmisión? Nos dice la CANTIDAD de Torque que hemos ganado por usar una cierta combinación de engranajes. El torque inicial de nuestro motor pequeño era de 0.03 Newtons metro. Para saber el torque que se está generando en el engranaje grande… simplemente multiplicaremos el torque inicial por la relación de transmisión. Así que 0.03 Newtons metro multiplicado por 5 nos da 0.15 Newtons metro. Esto significa que con la ayuda de los engranajes, el motor pequeño está consiguiendo MÁS TORQUE, que el motor grande.
¿Y por qué esta combinación de engranajes mejora el Torque proveniente del motor? la respuesta es bastante simple. Es debido a que el engranaje grande... es más grande que el engranaje pequeño. Para que quepan más dientes en un engranaje, habrá que incrementar su radio. Si incrementamos su radio, incrementaremos la distancia entre la fuerza de entrada, y la fuerza de salida. En otras palabras, si incrementamos el radio, también incrementamos el EFECTO PALANCA del engranaje. El engranaje actuará como una palanca, y como probablemente ya sabrás, ya sea por teoría o porque lo has experimentado, cuanto más grande la palanca, mayor la fuerza de salida.
El incremento de torque proveniente de un engranaje grande tiene un coste. Y ese coste es la velocidad de giro.
Nuestro motor pequeño de lego es capaz de dar 275 giros completos en un minuto. En otras palabras, está girando a 275 Revoluciones por minuto. Es significativamente más veloz que nuestro motor grande, que hace 146 RPM. Pero como puedes ver, después de instalar nuestros engranajes para incrementar el torque, el motor pequeño de lego ha pasado a ser mucho más lento que el motor grande. ¿Cuánto más de lento? Una vez más, podremos saber este dato fácilmente con nuestra relación de transmisión. Para conseguir nuestra nueva velocidad de salida, simplemente dividiremos la velocidad inicial entre la relación de transmisión. Así que 275 entre 5 es igual a 55. Nuestra nueva velocidad de salida es de 55 RPMs. Esto significa que para conseguir MÁS TORQUE que el motor grande, el motor pequeño ha tenido que sacrificar su velocidad. Al haberse convertido 5 veces más fuerte, también se ha convertido 5 veces más LENTO.
¿Y por qué este tipo de relación de transmisión reduce la velocidad? La respuesta es simple una vez más, y se debe al tamaño del engranaje. Para que quepa un número mayor de dientes, necesitaremos un engranaje con un radio más grande, y un radio más grande, también implica una mayor circunferencia, que eso se traduce en un recorrido mayor hasta el perímetro del engranaje. Cuanto más grande sea la circunferencia, mayores distancias se tendrán que recorrer para que el engranaje grande complete un giro completo. Nuestra relación de transmisión también se puede expresar como 5:1. Nos dice que, por cada 5 rotaciones que hace la rueda motriz, la rueda conducida solo hará una.