Mecanismos de transmisión
En una finca cafetera de Pereira, Santiago ve cómo sacan agua de un pozo con una polea y una soga, y luego pedalea su bicicleta de regreso a casa. En los dos casos hay mecanismos que llevan la fuerza o el movimiento de un lugar a otro, y a veces lo hacen más fácil. ¿Cómo logran que cueste menos trabajo? Lo vamos a descubrir.
Máquinas y mecanismos
Una máquina es el aparato completo que nos ayuda a hacer un trabajo: la bicicleta, la licuadora, la carretilla, el winche. Un mecanismo es cada pieza o conjunto de piezas dentro de la máquina que transmite o cambia el movimiento: la cadena, los engranajes, la palanca.
Los mecanismos de transmisión llevan el movimiento de un lugar a otro. Lo que entra girando o empujando, sale girando o empujando, pero a veces con otra fuerza, otra velocidad o en otra dirección. Por eso son una forma de delegar funciones: la máquina hace por nosotros lo que nuestro cuerpo no podría hacer solo.
Explica la diferencia entre una máquina y un mecanismo con un ejemplo de cada uno: piensa que la máquina es el aparato completo que nos hace un trabajo (la bicicleta, la…
Explica la diferencia entre una máquina y un mecanismo con un ejemplo de cada uno: piensa que la máquina es el aparato completo que nos hace un trabajo (la bicicleta, la licuadora) y el mecanismo es cada artilugio interno que transmite o transforma el movimiento (la cadena, los engranajes).
La palanca
Las distancias desde el apoyo se llaman brazos de la palanca: el brazo de la fuerza ($d_F$, también llamado brazo de potencia) va del apoyo al punto donde aplicas F, y el brazo de la resistencia ($d_R$) va del apoyo al punto donde actúa R. Si en un dibujo falta el nombre de una medida, mira entre qué puntos está: apoyo y F, o apoyo y R.
Piensa en un balancín del parque. Si tu amigo se sienta lejos del apoyo y tú cerca, él te levanta con poca fuerza: su brazo de palanca es más largo. Acercar o alejar el apoyo del centro cambia quién necesita hacer más fuerza.
Dibuja o describe una palanca sencilla y señala sus tres elementos: el punto de apoyo, la fuerza que aplicamos (F) y la resistencia que hay que vencer (R). Explica con…
Dibuja o describe una palanca sencilla y señala sus tres elementos: el punto de apoyo, la fuerza que aplicamos (F) y la resistencia que hay que vencer (R). Explica con el ejemplo del balancín del parque qué ocurre cuando acercas o alejas el apoyo del centro.
Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.
Hay tres géneros de palanca según lo que está en medio: apoyo (primer género), resistencia (segundo) o fuerza (tercero). Clasifica estos objetos y justifícalo pensando…
Hay tres géneros de palanca según lo que está en medio: apoyo (primer género), resistencia (segundo) o fuerza (tercero). Clasifica estos objetos y justifícalo pensando dónde está cada cosa al usarlos: unas tijeras, una carretilla de jardín y unas pinzas para depilar.
La figura muestra una palanca con su apoyo, la fuerza aplicada y la carga, pero falta el nombre de una de las medidas. Nombra todos los elementos de la palanca de la…
La figura muestra una palanca con su apoyo, la fuerza aplicada y la carga, pero falta el nombre de una de las medidas.
Nombra todos los elementos de la palanca de la figura (incluido el que está tapado), indica de qué género es esa palanca y explica, mirando las distancias, si con esa palanca harás una fuerza mayor, menor o igual que el peso de la carga.
Poleas: fija, movible y polipasto
Para subir la bandera en la izada del lunes en el colegio, halas la cuerda hacia abajo y la bandera sube. La polea fija no reduce la fuerza (si la bandera pesa $20\ \text{N}$, jalas con $20\ \text{N}$), pero es más cómoda: jalar hacia abajo con los pies en el suelo es más fácil que trepar el asta.
La polea movible reparte el peso entre dos ramas de cuerda: cada una sostiene la mitad.
Una polea fija en lo alto de un mástil permite subir la bandera tirando de la cuerda hacia abajo. Explica qué cambia la polea fija (la dirección de la fuerza) y qué no…
Una polea fija en lo alto de un mástil permite subir la bandera tirando de la cuerda hacia abajo. Explica qué cambia la polea fija (la dirección de la fuerza) y qué no cambia (la cantidad de fuerza necesaria), y razona por qué aun así resulta mucho más cómoda que subir trepando.
Una polea móvil va enganchada a la propia carga, de modo que la cuerda la sujeta por dos ramas. Explica por qué así la fuerza necesaria se reparte (cada rama «tira» de…
Una polea móvil va enganchada a la propia carga, de modo que la cuerda la sujeta por dos ramas. Explica por qué así la fuerza necesaria se reparte (cada rama «tira» de la mitad) y qué precio se paga a cambio: ¿cuánta cuerda hay que recoger para subir la carga un metro?
Engranajes y ruedas de fricción
Dos engranajes en contacto transmiten el giro de un eje a otro. Explica dos cosas que cambian al pasar de una rueda a la otra (el sentido de giro y la velocidad si…
Dos engranajes en contacto transmiten el giro de un eje a otro. Explica dos cosas que cambian al pasar de una rueda a la otra (el sentido de giro y la velocidad si tienen distinto número de dientes) y nombra dos aparatos de tu casa que lleven engranajes.
Dos ruedas de fricción transmiten el giro por contacto directo, sin dientes ni correa: una empuja a la otra rozando. Explica en qué sentido gira la rueda arrastrada, qué…
Dos ruedas de fricción transmiten el giro por contacto directo, sin dientes ni correa: una empuja a la otra rozando. Explica en qué sentido gira la rueda arrastrada, qué ocurre si las ruedas están sucias o mojadas (patina y no transmite bien) y pon un ejemplo donde ese patinar sería un problema y otro donde sea una protección útil.
Correas y cadenas
La bicicleta usa cadena porque el plato (donde pedaleas) y el piñón (en la rueda trasera) están lejos uno del otro. Con una banda lisa de caucho, al pedalear fuerte en una subida resbalaría; la cadena encaja y no patina.
La bicicleta transmite el pedaleo con un plato, una cadena y un piñón, no con dos ruedas dentadas juntas. Explica qué ventaja tiene la cadena para llevar el giro de un…
La bicicleta transmite el pedaleo con un plato, una cadena y un piñón, no con dos ruedas dentadas juntas. Explica qué ventaja tiene la cadena para llevar el giro de un eje a otro que está lejos y por qué la cadena no «patina» como patinaría una correa lisa resbaladiza.
Tornillo sin fin y combinaciones
Si la corona tiene 50 dientes, hay que dar 50 vueltas al tornillo para que la corona dé una. Por eso una persona con poca fuerza, en un winche o una grúa manual, puede subir una carga muy pesada. Y como no es reversible, si sueltas la manivela, la carga no se cae.
Elige el mecanismo de transmisión (palanca, polea fija, polipasto, poleas con correa, engranajes, piñón-cadena o tornillo sin fin) para cada necesidad y justifícalo: (a)…
Elige el mecanismo de transmisión (palanca, polea fija, polipasto, poleas con correa, engranajes, piñón-cadena o tornillo sin fin) para cada necesidad y justifícalo: (a) subir un piano a un segundo piso por la fachada, (b) llevar el giro del motor a las cuchillas de una licuadora bajando mucho la velocidad, (c) cambiar solo la dirección de una fuerza para izar una vela y (d) transmitir el pedaleo a la rueda trasera.
Vuelve al principio: el pozo de Santiago usa una polea que cambia la dirección de la fuerza, y su bicicleta combina plato, cadena y piñón. Con un piñón grande la rueda gira más lento pero ganas fuerza para subir una cuesta. En ambos casos, lo que se gana en fuerza se paga en recorrido o velocidad.