En una finca cafetera de Heredia, Valeria 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 torno. 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.
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Explique la diferencia entre una máquina y un mecanismo con un ejemplo de cada uno: piense que la máquina es el aparato completo que nos hace un trabajo (la bicicleta,…
Explique la diferencia entre una máquina y un mecanismo con un ejemplo de cada uno: piense 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).
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 aplica 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, mire entre qué puntos está: apoyo y F, o apoyo y R.
Piense en un balancín del parque. Si un amigo suyo se sienta lejos del apoyo y usted cerca, él lo levanta con poca fuerza: su brazo de palanca es más largo. Acercar o alejar el apoyo del centro cambia quién necesita hacer más fuerza.
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Dibuje o describa una palanca sencilla y señale sus tres elementos: el punto de apoyo, la fuerza que aplicamos (F) y la resistencia que hay que vencer (R). Explique con…
Dibuje o describa una palanca sencilla y señale sus tres elementos: el punto de apoyo, la fuerza que aplicamos (F) y la resistencia que hay que vencer (R). Explique con el ejemplo del balancín del parque qué ocurre cuando usted acerca o aleja el apoyo del centro.
Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.
Hay tres géneros de palanca según lo que está en medio: apoyo (primer género), resistencia (segundo) o fuerza (tercer). Clasifique estos objetos y justifíquelo pensando…
Hay tres géneros de palanca según lo que está en medio: apoyo (primer género), resistencia (segundo) o fuerza (tercer). Clasifique estos objetos y justifíquelo pensando dónde está cada cosa al usarlos: unas tijeras, una carretilla de jardín y unas pinzas de depilar.
La figura muestra una palanca con su apoyo, la fuerza aplicada y la carga, pero falta el nombre de una de las medidas. Nombre 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.
Nombre todos los elementos de la palanca de la figura (incluido el que está tapado), indique de qué género es esa palanca y explique, mirando las distancias, si con esa palanca hará una fuerza mayor, menor o igual que el peso de la carga.
Para subir un barril a la plataforma de un tráiler nadie lo levanta: lo hacen rodar por una rampa. Esa rampa es un plano inclinado, otra máquina simple.
Sin rozamiento, el trabajo es el mismo con rampa o sin ella: $F \cdot L = R \cdot h$. Es la misma idea de la palanca: lo que se gana en fuerza se paga en recorrido.
La cuña son dos planos inclinados unidos: el hacha, el cuchillo y el clavo transforman un golpe en una fuerza que separa. La rueda y eje es una rueda unida a un eje más delgado: la manivela de un torno o la perilla de una puerta hacen girar el eje con menos fuerza porque la mano gira en un radio mayor.
Las laderas de las zonas montañosas son planos inclinados naturales. Cuanto más inclinada es la pendiente y más agua tiene el suelo en la época lluviosa, más fácil es que la tierra se deslice, y por eso se dan deslizamientos que cierran carreteras.
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Explique la diferencia entre una máquina y un mecanismo con un ejemplo de cada uno: piense que la máquina es el aparato completo que nos hace un trabajo (la bicicleta,…
Explique la diferencia entre una máquina y un mecanismo con un ejemplo de cada uno: piense 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).
Para subir la bandera en el acto cívico del lunes en el colegio, usted hala la cuerda hacia abajo y la bandera sube. La polea fija no reduce la fuerza (si la bandera pesa $20\ \text{N}$, usted jala 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.
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Una polea fija en lo alto de un mástil permite subir la bandera tirando de la cuerda hacia abajo. Explique 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. Explique qué cambia la polea fija (la dirección de la fuerza) y qué no cambia (la cantidad de fuerza necesaria), y razone 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. Explique 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. Explique 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?
Dos engranajes en contacto transmiten el giro de un eje a otro. Explique 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. Explique 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 nombre dos aparatos de su casa que lleven engranajes.
Dos ruedas de fricción transmiten el giro por contacto directo, sin dientes ni correa: una empuja a la otra rozando. Explique en qué sentido gira la rueda arrastrada,…
Dos ruedas de fricción transmiten el giro por contacto directo, sin dientes ni correa: una empuja a la otra rozando. Explique en qué sentido gira la rueda arrastrada, qué ocurre si las ruedas están sucias o mojadas (patina y no transmite bien) y ponga un ejemplo donde ese patinar sería un problema y otro donde sea una protección útil.
La bicicleta usa cadena porque el plato (donde usted pedalea) 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.
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La bicicleta transmite el pedaleo con un plato, una cadena y un piñón, no con dos ruedas dentadas juntas. Explique 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. Explique 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.
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 malacate o un torno manual, puede subir una carga muy pesada. Y como no es reversible, si suelta la manivela, la carga no se cae.
Vuelva al principio: el pozo de Valeria 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 gana fuerza para subir una cuesta. En ambos casos, lo que se gana en fuerza se paga en recorrido o velocidad.
Resumen
¡A practicar! 2 ejercicios de nivel medio en este apartado