sábado, 3 de marzo de 2012

Lectura 6: LAS MAQUINAS

Desde la antigüedad, el hombre ha ideado instrumentos que le facilitan su labor: las hachas de piedra, los palos y las hondas fueron las primeras máquinas que utilizo el hombre.

Con el pasar de los siglos, se han ido diseñando dispositivos cada vez más complejos y facilitadores de las tareas que el hombre realiza.

En este tema te invitamos a hacer un interesante recorrido Por el mundo de las máquinas y sus aplicaciones.

CONCEPTOS BÁSICOS
Una máquina es un dispositivo que, al transformar las fuerzas que se aplican sobre ella, disminuye el esfuerzo necesario para realizar un trabajo.

Por esto, las máquinas aumentan la eficiencia del trabajo que el hombre debe realizar.

Si no tuviéramos máquinas, tendríamos que desarrollar todas nuestras actividades únicamente con la fuerza de nuestros músculos.

Así, si tuviéramos que subir un bulto de cemento hasta el quinto piso de un edificio, podríamos hacerlo de dos formas: cargando directamente el bulto sobre el hombro y subiendo por la escalera, o bien elevándolo verticalmente con ayuda de una polea. Como ves, en el último caso el esfuerzo a realizar es menor.

ELEMENTOS DE UNA MÁQUINA
Aunque existen máquinas más complejas que otras, en todas ellas se pueden distinguir tres elementos:

  • La fuerza motriz o potencia (Fm), es la fuerza que hay que aplicar para hacer funcionar la máquina.
  • La fuerza de resistencia (Fr), es la fuerza que se quiere vencer con ayuda de la máquina.
  • El punto de apoyo o fulcro, es el punto alrededor del cual giran la fuerza motriz o potencia y la fuerza de resistencia.

CARACTERÍSTICAS DE LAS MÁQUINAS

  • Las máquinas necesitan energía. Ninguna máquina puede funcionar por sí sola. Toda máquina necesita energía para realizar su trabajo. Por eso, las máquinas dejan de funcionar cuando se les agota la energía. Algunas máquinas obtienen la energía de los combustibles Por ejemplo, cuando se acaba la gasolina que mueve el motor de un automóvil nos quedamos varados.

  • Las máquinas transforman la energía. Por ejemplo, el motor de una licuadora convierte la energía eléctrica que recibe en movimiento; una turbina transforma la energía cinética del agua en electricidad; una polea convierte la energía muscular en movimiento

  • Las máquinas no aprovechan toda la energía que reciben. Ni toda la energía que recibe una máquina se emplea para vencer la fuerza de resistencia y realizar un trabajo útil, sino que parte de ella se pierde debido a la fricción o rozamiento. La fricción es una fuerza que dificulta el movimiento de un cuerpo cuando se desliza sobre otro. Por ejemplo, parte de la energía que necesita un avión para desplazarse se pierde en la fricción de su fuselaje con el aire.

CLASES DE MÁQUINAS
De acuerdo con sus características, las máquinas se pueden clasificar en: máquinas simples y máquinas compuestas.

MÁQUINAS SIMPLES
Una máquina simple es la que tiene un solo punto de apoyo o fulcro.

Las máquinas simples son: el plano inclinado, la cuña, la palanca, el eje, el tornillo, la pala, la polea, el descorchador y el torno.

LAS PALANCAS
La palanca es la máquina simple más utilizada. Está formada por una barra rígida que se apoya en un fulcro. La distancia del fulcro al punto donde se aplica la fuerza motriz se llama brazo motor. La distancia del fulcro al punto donde está la fuerza de resistencia se llama brazo de resistencia.

Entre más largo sea el brazo motor y más corto el brazo de resistencia, la fuerza motriz necesaria para mover un mismo objeto será menor.

Según la forma como estén situados sus elementos, las palancas se clasifican en:

  • Palanca de primer género. Es la que tiene el punto de apoyo entre el punto donde se aplica la fuerza motriz y el punto donde se aplica la fuerza de resistencia. Las tijeras y las tenazas son palancas de primer género

  • Palanca de segundo género. Es la que tiene el punto de apoyo en un extremo, la fuerza motriz en el otro extremo y la fuerza de resistencia en el centro. El cascanueces y la carretilla son palancas de segundo género.

  • Palanca de tercer género. Es la que tiene el punto de apoyo en un extremo, la fuerza de resistencia en el otro y la fuerza motriz en el centro. Las pinzas son palancas de tercer género

LA RUEDA
El dispositivo constituido por la rueda y el eje, es la máquina simple más importante inventada por el hombre. Podríamos afirmar que prácticamente todas las máquinas compuestas poseen ruedas y ejes en su estructura.

La rueda y el eje funcionan como una palanca: el radio de la rueda y el radio del eje corresponden a los brazos de la palanca.

Al utilizar una rueda se logra que la fuerza aplicada sea dos veces menor que la fuerza obtenida para mover un objeto.

LA POLEA FIJA

La polea fija es una máquina simple formada por un disco que gira alrededor de un eje. El disco lleva un surco por el que se pasa una cuerda. En la polea fija no hay multiplicación de la fuerza que se aplica, es decir que la fuerza motriz es igual a la fuerza de resistencia.

Lo que se consigue con la polea es cambiar el sentido en el que debe ejercerse la fuerza motriz. Precisamente, allí radica su utilidad, pues haciendo que la fuerza motriz tenga el mismo sentido que la fuerza de resistencia, se reduce el esfuerzo.

MÁQUINAS COMPUESTAS
Una máquina compuesta es la que está constituida por la combinación de varias máquinas simples. La grúa, el motor y la bicicleta son ejemplos de máquinas compuestas.

LOS SERES VIVOS MÁQUINAS EFICACES
LOS SERES VIVOS Y LA TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA

Desde el punto de vista de la física se puede considerar a los seres vivos como auténticas máquinas compuestas, capaces de transformar eficazmente la energía y de realizar un trabajo.

Los alimentos que consumen los seres vivos almacenan una clase especial de energía, llamada energía química. Gracias al funcionamiento de la máquina que es el cuerpo de los seres vivos, la energía química se puede convertir en impulsos nerviosos (energía eléctrica), en alteraciones de la temperatura gracias al aparato circulatorio (energía térmica), a veces en energía luminosa (como en las luciérnagas) y, sobre todo, en movimiento (energía mecánica).

Los seres vivos aprovechan la energía mecánica en la realización de trabajos muy diversos y de gran interés para su supervivencia: los tropismos vegetales, los movimientos de las células, la circulación de los líquidos corporales, el desplazamiento de los animales, el trabajo manual e intelectual de los hombres, etc.

PALANCAS EN EL CUERPO HUMANO

Nuestro aparato locomotor nos permite desplazarnos, poner en movimiento nuestros miembros y mantener la postura que queramos. Desde el punto de vista de la física, el aparato locomotor puede considerarse como una máquina compuesta, formada por diferentes palancas.

La forma y el funcionamiento de estas palancas están determinados por la manera como los músculos (órganos activos) y los huesos (órganos pasivos) interactúan. A continuación veremos algunas de las palancas que encontrarnos en el cuerpo humano:

Palanca de primer género: Al empujar una puerta con la mano la fuerza necesaria para mover la puerta la ejerce un músculo del brazo: el tríceps. El sistema conformado por este músculo, el codo y la mano es un ejemplo de palanca de primer género. El tríceps ejerce la fuerza motriz, el punto de apoyo se encuentra en el codo y la puerta que empujamos con la mano, ejerce la fuerza de resistencia.

Palanca de segundo género: cuando nos levantamos sobre las puntas de nuestros pies, la fuerza necesaria para contrarrestar el peso de nuestro cuerpo la ejerce una pareja de músculos de la pantorrillas: los gemelos. El sistema conformado por este par de músculos, por el tarso del pie y por la punta del pie es un ejemplo de palanca de segundo género. Los gemelos ejercen la fuerza motriz necesaria para levantar nuestro cuerpo, el peso de nuestro cuerpo, aplicado sobre el tarso, es la fuerza de resistencia y las puntas de los pies son el punto de apoyo.

Palanca de tercer género: cuando levantamos una pesa con la mano, la fuerza necesaria para levantar dicha pesa la ejerce un músculo del brazo: el bíceps. El sistema conformado por este músculo, el codo y el peso que se levanta es un ejemplo de palanca de tercer género La pesa es la fuerza de resistencia, el bíceps ejerce la fuerza motriz y el codo es el punto de apoyo. Las palancas de tercer género son las más frecuentes en el cuerpo de los animales.

Aunque con este tipo de palancas se debe ejercer fuerzas motrices más intensas de las que se quieren vencer, también son palancas que permiten realizar movimientos más rápidos.

Taller de lectura 6:

  1. ¿Cuáles fueron las primeras máquinas que utilizó el hombre y que buscaba con ello?
  2. ¿Qué es una máquina?
  3. Defina cada uno de los elementos de una máquina
  4. Escriba cada una de las características de las máquinas
  5. ¿Qué es una máquina simple? Escriba los ejemplos
  6. ¿Qué es una palanca y cómo está formada?
  7. ¿A qué se le llama brazo motor y brazo de resistencia?
  8. Defina palancas de primer género, segundo género y tercer género, y de ejemplos de cada uno
  9. Dibuje, con su descripción, la figura que muestra las clases de palancas
  10. ¿Cuál es la máquina simple más importante inventada por el hombre y qué relación tiene esta con las máquinas compuestas?
  11. ¿Qué es una polea fija?
  12. ¿Qué se consigue con la polea y en qué radica su utilidad?
  13. Dibuje una polea fija y sus elementos
  14. ¿Qué es una máquina compuesta? De tres ejemplos
  15. Desde el punto de vista físico, ¿Cómo se puede considerar a los seres vivos?
  16. ¿Cómo se llama la energía que almacenan los alimentos?
  17. Gracias a la máquina que es el cuerpo ¿En que se puede convertir la energía química?
  18. ¿En qué aprovechan los seres vivos la energía mecánica? Escriba 6 ejemplos
  19. ¿Qué nos permite nuestro aparato locomotor?
  20. Desde el punto de vista físico, ¿Cómo puede considerarse el aparato locomotor?
  21. ¿Cómo están determinadas la forma y el funcionamiento de las palancas en el cuerpo humano?
  22. Describa el funcionamiento de una palanca de primer género, una de segundo género y una de tercer género en el cuerpo humano.
  23. Dibuje un ejemplo de palanca en el cuerpo humano, ubicando sus elementos.

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