Máquina simple: la cuña

Entre las seis máquinas simples que se estudia en tecnología, la cuña es quizá de la que menos información se encuentra en los libros. A pesar de ello, es una de las primeras máquinas empleadas por el hombre (los primeros cantos rodados o sílex tallados para la obtención de un filo por uno de los lados datan de hace unos 2800 000 años).

Podemos definir la cuña como aquella máquina simple con forma de prisma triangular con la punta afilada, que suele estar construida con metal o madera. Por consiguiente, cualquier elemento afilado puede actuar como cuña. Las cuñas sirven para dividir cuerpos sólidos, para ajustar o apretar uno contra otro, para calzarlos, para rellenar una grieta...

Desde el punto de vista técnico, una cuña consiste en un doble plano inclinado que puede trasladarse de un lugar a otro (portátil). De ese modo el funcionamiento de la cuñas responde al mismo principio del plano inclinado. En este caso, al moverse en la dirección de su extremo afilado, la fuerza aplicada sobre la cabeza de la cuña se reparte en dos grandes fuerzas antagonistas en sentido perpendicular a los planos que forman el ángulo agudo. Por poner un ejemplo, cuando se utiliza un hacha para cortar madera la fuerza aplicada por ésta, se divide en dos fuerzas laterales que causan la separación de la madera. De este modo puede considerarse la cuña como un mecanismo que permite distribuir la fuerza (o energía) en distintas direcciones. Estas fuerzas generadas se aprovechan para separar objetos (objetos cortantes), para generar fricción o mantener la cuña fija a los objetos con los que está en contacto (tope de puerta, tenedor, clavo...).

Así mismo, esta máquina simple permite concentrar la fuerza realizada sobre una superficie grande sobre una superficie pequeña, como por ejemplo en el caso de un cuchillo. Puesto que la presión se define como el cociente entre la fuerza aplicada y la superficie donde se aplica; con la cuña se consigue aumentar la presión (de ahí que un cuchillo corte mejor cuanto más afilado esté) sobre el extremo de la cuña.

Parámetros principales de una cuña para calcular la ventaja mecánica

La ventaja mecánica (definida como la razón entre la fuerza resistente y la fuerza aplicada) que aporta una cuña es directamente proporcional a la longitud de la pendiente e inversamente proporcional a su ancho. Es decir:

Si su valor es mayor que la unidad, significa que es necesario un esfuerzo menor para llevar a cabo un determinado trabajo. Por tanto, de un modo parecido al plano inclinado, el ángulo de la cuña determina la proporción entre las fuerzas aplicada y resultante. Según esta fórmula, cuanto menor es el ángulo que forman sus planos (más afilada es la cuña), mayor ventaja mecánica se obtiene; es decir, menor fuerza deberemos hacer para vencer la resistencia.

Podemos encontrar innumerables objetos de uso diario empleados para cortar en los que se emplea la cuña: cuchillos, todo tipo de cuchillas (afeitar, afilalápiz, raspadores...), cortauñas, cortapizzas, cortatuberías, abrelatas, dientes de sierras.... En otros casos se emplean para apretar, sujetar, mantener unidos, o levantar objetos (topes de puerta, punta destornilladores planos, tenedor, clavos, cuñas de seguridad de camiones...) o para separar objetos (formón, cremallera, arado, hacha, cincel, corta fierro, borde de las palas....), o abrirse camino (la proa de los barcos, las cuchillas de los quitanieves...).