Aunque pocas veces les prestamos atención, los resortes forman parte de miles de objetos que utilizamos todos los días. Están escondidos dentro de un bolígrafo, sostienen el colchón donde dormimos, permiten que las puertas se cierren suavemente, absorben los impactos de un automóvil y hasta hacen posible el funcionamiento de relojes mecánicos, juguetes, herramientas industriales e incluso equipos utilizados en misiones espaciales.
Son tan comunes que muchas veces pasan desapercibidos. Sin embargo, detrás de estas sencillas piezas de metal existe una historia de miles de años llena de ingenio, descubrimientos científicos y avances tecnológicos.
Resulta curioso pensar que uno de los elementos más importantes de la ingeniería moderna sea simplemente una pieza capaz de doblarse y regresar a su forma original. Pero precisamente esa capacidad de almacenar energía y liberarla cuando es necesario convirtió a los resortes en uno de los inventos más útiles de toda la historia de la humanidad.
Un resorte es un dispositivo mecánico diseñado para deformarse cuando recibe una fuerza y recuperar su forma inicial cuando esa fuerza desaparece.
Esa definición parece sencilla, pero implica uno de los comportamientos más fascinantes de los materiales.
Cuando presionamos un resorte con la mano, no estamos destruyéndolo ni doblándolo permanentemente. Lo que realmente ocurre es que el material está almacenando parte de la energía que ejercemos sobre él.
Es como si el resorte fuera una pequeña batería mecánica.
En lugar de almacenar electricidad, almacena energía mediante su deformación.
Cuando dejamos de ejercer presión, esa energía almacenada se libera y el resorte intenta regresar exactamente a la forma que tenía antes.
Esta capacidad convierte al resorte en un excelente «administrador de energía». No crea energía nueva ni la hace desaparecer; simplemente la guarda temporalmente y la devuelve en el momento adecuado.
Por eso se encuentra en miles de mecanismos donde es necesario controlar movimientos de forma precisa.
La palabra elasticidad proviene del griego elastikos, que significa «capaz de impulsarse».
En física, la elasticidad es la capacidad que tiene un material para recuperar su forma original después de haber sido deformado.
No todos los materiales poseen esta propiedad en la misma medida.
Una esponja puede deformarse y recuperar casi completamente su forma.
Una banda de goma puede estirarse varias veces su tamaño.
Una regla de plástico puede doblarse ligeramente.
Un vaso de vidrio, en cambio, casi no puede deformarse. Si intentamos doblarlo, simplemente se rompe.
Los ingenieros aprovechan precisamente esta diferencia para seleccionar los materiales adecuados para fabricar resortes.
A simple vista parece que únicamente cambia su forma.
Sin embargo, si pudiéramos observar un resorte con un microscopio capaz de ampliar millones de veces, descubriríamos un mundo completamente diferente.
Los átomos que forman el acero están unidos mediante enlaces muy fuertes.
Cuando comprimimos el resorte, esos enlaces no se rompen.
Simplemente cambian ligeramente de posición.
Es algo parecido a una multitud de personas tomadas de las manos.
Si alguien empuja a una persona, todas se moverán un poco, pero seguirán unidas.
Cuando desaparece el empujón, cada una vuelve lentamente a ocupar su lugar.
Algo semejante ocurre con los átomos del metal.
Los enlaces atómicos funcionan como millones de diminutos resortes invisibles.
Esta es una de las razones por las que el acero resulta tan útil para fabricar resortes: puede deformarse ligeramente millones de veces sin sufrir daños permanentes.
Muchísimo antes de que existieran las fábricas o las herramientas modernas, la naturaleza ya utilizaba principios muy similares a los de un resorte.
Los árboles jóvenes, por ejemplo, pueden doblarse con el viento y luego recuperar su posición inicial. Las ramas flexibles almacenan parte de la energía del viento antes de volver lentamente a su lugar.
Lo mismo ocurre con muchos tallos de plantas, algunas semillas que funcionan como pequeños mecanismos de lanzamiento e incluso con ciertos animales.
Los canguros almacenan energía elástica en sus tendones antes de cada salto. Los felinos hacen algo parecido cuando se preparan para correr o atacar a una presa. Las patas de muchos insectos funcionan como pequeños resortes biológicos que les permiten impulsarse varias veces más alto que el tamaño de su cuerpo.
Aunque estos «resortes naturales» no están hechos de acero, utilizan exactamente el mismo principio físico: deformarse temporalmente para guardar energía y liberarla después.
Los primeros seres humanos observaron estos fenómenos durante miles de años sin comprender completamente por qué sucedían, pero aprendieron a imitarlos.
Hace más de 8,000 años aparecieron algunas de las primeras herramientas que aprovechaban la elasticidad de los materiales.
El arco utilizado para la caza es considerado por muchos historiadores como uno de los primeros mecanismos elásticos creados por el ser humano.
Cuando una persona tensa la cuerda del arco, la madera se dobla y almacena energía. Al soltar la cuerda, toda esa energía impulsa la flecha a gran velocidad.
En esencia, un arco funciona como un enorme resorte.
Las primeras civilizaciones también aprovecharon la flexibilidad del bambú, la madera, el cuero y los tendones de animales para fabricar trampas, catapultas, lanzas y herramientas agrícolas.
Aunque todavía no existían los resortes metálicos, el principio físico ya estaba presente.
Durante el Renacimiento, Leonardo da Vinci diseñó cientos de máquinas que utilizaban principios similares a los de los resortes modernos.
En sus famosos cuadernos aparecen dibujos de mecanismos automáticos, relojes, catapultas, puentes móviles e incluso vehículos impulsados por energía almacenada.
Aunque muchas de estas ideas nunca llegaron a construirse en su época, demostraban que los resortes podían convertirse en el «motor silencioso» de numerosas máquinas.
Algunos ingenieros modernos han fabricado réplicas de sus diseños y comprobaron que muchos realmente funcionaban.
Aunque es difícil atribuir el invento del resorte helicoidal a una sola persona, fue durante el siglo XIX cuando comenzaron a fabricarse industrialmente mediante máquinas capaces de enrollar alambres de acero con enorme precisión.
La producción en serie permitió que los resortes dejaran de ser componentes exclusivos de relojes o maquinaria costosa y pasaran a formar parte de objetos cotidianos.
Muy pronto comenzaron a aparecer en cerraduras, máquinas de coser, carruajes, muebles y herramientas.
Con el tiempo llegaron los automóviles, los ascensores, los teléfonos, las cámaras fotográficas y miles de inventos más.
Cada uno necesitaba diferentes tipos de resortes.
Durante muchos siglos las personas sabían que un resorte funcionaba, pero no entendían exactamente por qué.
Esta sencilla idea transformó completamente la ingeniería.
Por primera vez fue posible calcular exactamente qué tipo de resorte debía utilizarse para soportar un determinado peso o producir una fuerza específica.
Aunque parecen muy resistentes, los resortes también envejecen.
Cada vez que se comprimen o estiran, millones de átomos cambian ligeramente de posición.
Después de miles o incluso millones de movimientos, empiezan a aparecer pequeñas grietas invisibles.
Este fenómeno recibe el nombre de fatiga del material.
No significa que el resorte «se canse» como una persona.
Simplemente, el metal acumula pequeños daños internos que con el tiempo pueden provocar una fractura.
Los ingenieros estudian cuidadosamente este comportamiento para diseñar resortes capaces de soportar millones de ciclos antes de fallar.
Por ejemplo, algunos resortes utilizados en motores de automóviles realizan más de mil millones de movimientos durante su vida útil.
Aunque existen resortes fabricados con plástico, caucho o materiales compuestos, el acero continúa siendo el material más utilizado.
Esto se debe a que posee una combinación excepcional de propiedades.
Es resistente.
Puede deformarse muchas veces.
Soporta grandes cargas.
Resiste temperaturas elevadas.
Tiene una excelente memoria elástica.
Además, mediante tratamientos térmicos especiales es posible hacerlo aún más resistente.
En aplicaciones médicas pueden utilizarse aleaciones de titanio.
En equipos eléctricos se emplean aleaciones de cobre.
En algunos satélites incluso se utilizan materiales especiales que soportan temperaturas extremadamente bajas y altas al mismo tiempo.
Diseñar un resorte no consiste únicamente en enrollar un alambre.
Los ingenieros deben calcular numerosos factores.
El diámetro del alambre.
La cantidad de espiras.
La separación entre ellas.
La longitud total.
El tipo de acero.
La temperatura de trabajo.
La carga que soportará.
La cantidad de veces que será utilizado.
Incluso pequeños cambios pueden modificar completamente su comportamiento.
Por ejemplo, un alambre apenas un milímetro más grueso puede hacer que un resorte sea varias veces más rígido.
Si observáramos todos los resortes que existen en el mundo, descubriríamos que muy pocos son iguales. Algunos son tan pequeños que caben en la punta de un bolígrafo, mientras que otros pesan varios cientos de kilogramos y forman parte de puentes, trenes o maquinaria minera. Algunos trabajan comprimiéndose, otros estirándose y otros girando. Incluso existen resortes que casi no parecen resortes.
Cuando la mayoría de personas piensa en un resorte, imagina uno de compresión.
Son los clásicos resortes helicoidales que se hacen más cortos cuando los presionamos.
Cuando dejamos de ejercer fuerza, vuelven inmediatamente a su longitud original.
Su funcionamiento es muy sencillo.
La energía se almacena mientras las espiras se acercan unas a otras.
Después esa energía se libera empujando nuevamente el resorte hacia su posición inicial.
Este tipo de resorte es probablemente el más utilizado del planeta.
Puede encontrarse en:
A diferencia de los anteriores, estos resortes trabajan cuando se estiran.
En lugar de comprimirse, aumentan su longitud.
Mientras permanecen estirados almacenan energía.
Cuando desaparece la fuerza, vuelven a contraerse.
Generalmente poseen pequeños ganchos o argollas en ambos extremos para poder sujetarlos.
Podemos encontrarlos en:
Uno de sus usos más conocidos está en las camas elásticas, donde decenas de resortes de extensión trabajan juntos para producir el rebote.
No todos los resortes se comprimen o se estiran.
Algunos trabajan girando.
Estos reciben el nombre de resortes de torsión.
En lugar de almacenar energía mediante un cambio de longitud, la almacenan al retorcerse.
Cuando dejamos de aplicar fuerza, generan un movimiento de rotación.
Son muy comunes en objetos que abren y cierran constantemente.
Por ejemplo:
Antes de que existieran las modernas suspensiones de automóviles, muchos vehículos utilizaban un tipo de resorte completamente diferente.
Se trataba de las ballestas.
No tienen forma de espiral.
Consisten en varias láminas largas de acero colocadas unas sobre otras formando un arco.
Cuando el vehículo pasa sobre un bache, las láminas se flexionan y absorben parte del impacto.
Hoy todavía se utilizan en:
Aunque muchas personas creen que todos los resortes enrollados son iguales, existe una diferencia entre los resortes de compresión tradicionales y los llamados resortes helicoidales.
Los helicoidales reciben este nombre porque están enrollados formando una hélice muy precisa.
Dependiendo de su diseño, pueden trabajar tanto a compresión como a tracción.
Son extremadamente versátiles.
Aparecen en:
Cuando pensamos en un colchón, pocas veces imaginamos la cantidad de ingeniería que existe en su interior.
Los primeros colchones con resortes aparecieron durante el siglo XIX y transformaron por completo la forma de dormir.
Hoy existen varios sistemas diferentes.
Son los más tradicionales.
Cada resorte tiene forma de reloj de arena.
Todos se encuentran unidos entre sí mediante alambres.
Son resistentes y económicos.
Cada resorte está envuelto individualmente en una bolsa de tela.
Esto permite que cada uno se comprima de manera independiente.
Gracias a ello, cuando una persona se mueve durante la noche, el movimiento se transmite mucho menos al otro lado de la cama.
Por esa razón son muy utilizados en colchones de alta gama.
Se fabrican utilizando un único alambre que forma cientos de espiras conectadas.
Son muy duraderos y distribuyen uniformemente el peso del cuerpo.
Actualmente muchos colchones modernos combinan estos resortes con espumas viscoelásticas y materiales inteligentes para aumentar la comodidad.
Estos resortes tienen forma de cono.
Su diámetro disminuye hacia uno de los extremos.
Esta geometría les permite comprimirse completamente ocupando muy poco espacio.
Son frecuentes en:
A diferencia de los resortes convencionales, estos mantienen prácticamente la misma fuerza durante todo su recorrido.
Están fabricados con una cinta metálica enrollada.
Son muy utilizados en:
Gracias a ellos, la fuerza necesaria para extraer o recoger el cable permanece casi igual.
Son láminas metálicas enrolladas como un caracol.
No deben confundirse con los resortes helicoidales.
Su función principal consiste en almacenar energía de rotación.
Podemos encontrarlos en:
En los relojes tradicionales, un único resorte en espiral puede mantener funcionando el mecanismo durante varios días.
Son discos metálicos con forma ligeramente cónica.
Aunque parecen simples arandelas, pueden generar fuerzas enormes ocupando muy poco espacio.
Se utilizan cuando es necesario ejercer mucha presión en espacios reducidos.
Por ejemplo:
Aunque técnicamente funcionan de manera diferente, muchas personas los consideran parte de la familia de los resortes.
En lugar de almacenar energía mediante acero deformado, utilizan gas comprimido dentro de un cilindro.
Los encontramos en:
Gracias al gas comprimido producen movimientos suaves y controlados.
Pocas historias de inventos son tan curiosas como la del Slinky, uno de los juguetes más famosos del mundo.
En 1943, el ingeniero naval estadounidense Richard T. James trabajaba desarrollando resortes para equipos utilizados en barcos. Mientras realizaba pruebas en su laboratorio, uno de los resortes cayó accidentalmente desde una mesa.
En lugar de caer como cualquier otro objeto, el resorte comenzó a «caminar» de una superficie a otra antes de llegar al suelo.
Richard quedó completamente sorprendido.
Aquella sencilla caída le hizo pensar que el resorte podía convertirse en un juguete.
Durante casi dos años realizó pruebas con diferentes tamaños, materiales y cantidades de espiras hasta obtener el comportamiento perfecto.
Pero todavía faltaba un nombre.
Fue su esposa, Betty James, quien encontró la palabra ideal.
Mientras consultaba un diccionario, descubrió el término sueco slinky, que significa algo parecido a «elegante», «flexible» o «que se mueve con gracia».
El nombre era perfecto.
En 1945 comenzaron a vender el juguete.
Muchos comerciantes pensaban que nadie compraría «un simple resorte».
Sin embargo, ocurrió exactamente lo contrario.
Durante una demostración en una tienda de Filadelfia se vendieron las primeras 400 unidades en apenas 90 minutos.
Había nacido uno de los juguetes más exitosos de toda la historia.
Hasta la actualidad se han vendido cientos de millones de Slinkys en más de cien países.
Su movimiento parece magia.
En realidad, es una combinación perfecta entre gravedad, elasticidad e inercia.
Cuando una parte del resorte cae al siguiente escalón, la energía almacenada en sus espiras hace que el resto del cuerpo continúe moviéndose.
Durante unos instantes parece «caminar» por sí solo.
Este curioso comportamiento todavía es utilizado por profesores de física para explicar conceptos como la energía potencial, el movimiento oscilatorio y la gravedad.
Décadas después apareció uno de los personajes más recordados de la película Toy Story.
Se trataba de Slinky Dog, un simpático perro de juguete cuyo cuerpo estaba formado precisamente por un enorme resorte.
Gracias a las películas, millones de niños conocieron este famoso invento sin imaginar que realmente existía desde hacía varias décadas.
En regiones donde ocurren terremotos, algunos edificios modernos incorporan enormes sistemas elásticos.
Aunque no siempre son resortes helicoidales tradicionales, muchos utilizan principios similares de elasticidad.
Su objetivo consiste en absorber parte de la energía producida por un sismo.
Gracias a estos sistemas, el movimiento del edificio disminuye considerablemente.
En algunos rascacielos también se emplean enormes amortiguadores elásticos que reducen las vibraciones provocadas por el viento.
Gracias a la nanotecnología, hoy es posible fabricar resortes miles de veces más pequeños que el grosor de un cabello humano.
Algunos apenas miden unas pocas millonésimas de metro.
Estos diminutos componentes trabajan dentro de:
Aunque son invisibles para nuestros ojos, funcionan exactamente igual que los grandes resortes utilizados en la industria.
No todos los resortes se fabrican con el mismo metal.
La elección depende del trabajo que realizarán.
Es el más común.
Combina resistencia, elasticidad y bajo costo.
Se utiliza cuando existe humedad o riesgo de corrosión.
Es frecuente en equipos médicos y utensilios de cocina.
Muy ligero y resistente.
Ideal para la industria aeroespacial y algunos implantes médicos.
Además de ser elásticas, conducen muy bien la electricidad.
Se utilizan en interruptores y componentes electrónicos.
Cada vez son más comunes en dispositivos modernos donde se busca reducir peso y evitar la corrosión.
