P1. Realiza una lista en la que identifiques 5 estructuras y 5 mecanismos que puedas encontrar en tu centro educativo. ¿Qué otras diferencias aprecias en ellos a parte de cómo les afecta el movimiento?

SOLUCIÓN

En nuestro centro podemos encontrar como estructuras: las mesas, las sillas, las columnas, las estanterias y las escaleras. Por otro lado como mecanismos podemos identificar las tijeras, los picaportes de las puertas, unas pinzas, las cintas para subir las persianas y la rampa de la entrada.

 Los mecanismos están pensados para facilitar el esfuerzo que realizamos los seres humanos ante una actividad, mientra que las estructuras se refieren a los elementos físicos o arquitectónicos que conforman un objeto o sistema. Es decir, los mecanismos son como los «cómo» de un objeto o sistema, se refieren a cómo funciona algo. Por ejemplo, si piensas en una bicicleta, su mecanismo sería cómo funciona el sistema de pedales, las ruedas, la cadena, los frenos, etc. Por otro lado, las estructuras se enfocan en los «qué» de un objeto o sistema, es decir, en cómo están hechas las partes que componen ese objeto o sistema. Por ejemplo, en una bicicleta, su estructura se refiere a la forma en que están hechos el cuadro, las ruedas, el manubrio, etc. En resumen, los mecanismos se enfocan en el cómo funciona algo y las estructuras se enfocan en cómo están hechas las partes que componen ese algo.

P2. Indica a qué máquina simple se basan los siguientes objetos. Añade una imagen que los representa e identifica la máquina simple que has nombrado.

P3. El mecanismo de la bicicleta, ¿es de transmisión o de transformación de movimiento? ¿Y un mecanismo que hace subir una persiana con una manivela?

SOLUCIÓN

El mecanismo de una bicicleta es un mecanismo de transmisión de movimiento, ya que su función es transmitir la fuerza y el movimiento de las piernas del ciclista a la rueda trasera de la bicicleta a través de la cadena, haciendo que la bicicleta se mueva hacia adelante.

Por otro lado, el mecanismo que hace subir una persiana con una manivela es un mecanismo de transformación de movimiento, ya que su función es transformar el movimiento circular de la manivela en un movimiento lineal ascendente de la persiana. Al girar la manivela, un sistema de engranajes transmite el movimiento a un eje que está conectado a la persiana, haciendo que ésta se levante. En este caso, el movimiento circular de la manivela se transforma en un movimiento lineal ascendente de la persiana.

P4. Visualiza este vídeo de Andy Peterson y Zack Patterson titulado La poderosa matemática de la palanca. ¿Por qué Arquímedes dijo una vez “Dame un punto de apoyo y moveré la Tierra»?

P5. Cómo habrás visto a tu alrededor hay muchos tipos de rueda, aunque todas funcionan de la misma forma. Elabora una línea del tiempo de este mecanismo en el que incluyas al menos las siguientes fechas e identifiques el hito correspondiente. Puedes añadir más información para completar la actividad.

SOLUCIÓN

• • 7000 a.C.: Primeros indicios que reflejan el uso de mecanismos para favorecer la movilización de cargas. En tablillas de arcilla encontradas en la antigua Sumeria, se han encontrado diagramas de troncos dispuestos de manera secuencial para actuar como rodillos de transporte
  • 3500 a.C.: Primeras construcciones de ruedas en Ur, Mesopotamia (actualmente Irán).
  • 30 a.C: Durante el Imperio Romano, se comienza a dar mucho más uso a la rueda. No solo para el transporte si no como mecanismo para máquinas de guerra. A parte, se incluyen nuevos materiales para su contrucción como los metales.
  • La década de 1870: Se fabrica la primera rueda metálica, una pieza fundamental para mejorar las bicicletas y los coches.
  • 1893: Como parte de la Exposición Mundial de 1893 se inauguró en Chicago una noria gigantesca denominada “Ferris Wheel” (la rueda de Ferris), en honor a George Ferris, el ingeniero que la construyó. Así, Chicago fue la primera ciudad en construir una de estas ruedas verticales giratoria, lo que hoy se conoce como noria.
  • 1910: En este año los neumáticos incorporaron un aro metálico en su base que reducía su rigidez. Dando paso a los neumáticos que hoy conocemos.

Otras fechas que se pueden incluir: 300-100 a.C, la rueda de madera que se utiliza como noria; 1952, invención de las ruedas de las fortunas, objetos principales en muchos concursos; 1888, Dunlop registró la patente de los neumáticos.

P6. Visualiza esta demostración en la que una persona intenta cargar una caja en un camión. Comprueba cada uno de los casos que se muestran seleccionándolos y explica que es lo que ocurre.

SOLUCIÓN

La razón por la que resulta más fácil subir la caja por una rampa poco inclinada tiene que ver con la física y la fuerza de la gravedad. Cuando se sube la caja por la rampa, se aplica una fuerza hacia arriba para vencer la fuerza de la gravedad que empuja la caja hacia abajo. Si la rampa está muy inclinada, hay que aplicar más fuerza hacia arriba para vencer la fuerza de la gravedad, y esto hace que nos cansemos más rápidamente.

En cambio, si la rampa está poco inclinada, la fuerza de la gravedad que empuja la caja hacia abajo es menor, lo que significa que necesitamos aplicar menos fuerza hacia arriba para subir la caja. Por lo tanto, nos cansaremos menos y subirá la caja con más facilidad.

Otra forma de entenderlo es pensando en la distancia que hay que recorrer para subir la caja. Si la rampa está muy inclinada, la distancia que hay que recorrer para subir la caja es más corta, pero hay que aplicar más fuerza en un espacio reducido. En cambio, si la rampa está poco inclinada, la distancia que hay que recorrer es más larga, pero la fuerza que se aplica es menor en un espacio más amplio. Por lo tanto, resulta más fácil subir la caja por una rampa poco inclinada.

P7. Identifica 5 objetos cotidianos que estén constituidos por una cuña. ¿Para qué se utilizan cada uno de ellos?

P8. Leonardo Da Vinci inventó muchas máquinas que fueron el origen de algunas de las que utilizamos hoy en día: coches, aviones, lavadoras, máquinas de coser, etc. También él se basó en uno de los mecanismos más antiguos: el tornillo de Arquímedes, utilizado desde el siglo III a. de C. ¿Sabes en qué consiste? Busca imágenes de este mecanismo o realiza un dibujo y explica su funcionamiento y el uso que se le ha dado.

P9. Calcula la fuerza que hay que ejercer para levantar un peso de 85 kg con cada uno de los tipos de polea que hemos presentado: polea fija, polea móvil y una compuesta por cuatro poleas. Averigua el valor de la ventaja mecánica para cada caso.

P10. En la figura se observa a dos personas levantando entre los dos un peso de 175 kg. Calcula:

P11. A partir del mecanismo de la imagen, responde a las siguientes preguntas sabiendo que el diámetro de la rueda menor equivale al radio de la rueda mayor:

P12.  Completa la siguiente tabla para interpretar el valor que se obtiene al calcular la relación de transmisión de los mecanismos.

SOLUCIÓN

P13. Simula el funcionamiento del siguiente sistema de transmisión con https://geargenerator.com. Explica la información obtenida por el programa y el movimiento de cada uno de los engranajes.

SOLUCIÓN

Las velocidades de giro de los ejes (N1, N2, N3 y N4) se van reduciendo a medida que se engrana una rueda de menor número de dientes a una de mayor número.

Al igual que en los trenes de poleas, las ruedas B y C tienen que girar solidarias entre sí (conectadas al mismo eje), y lo mismo sucede con D y E. 

P14. ¿Cuántas vueltas dará la corona del siguiente mecanismo si el tornillo sinfín da 150 vueltas? ¿Cuál es la relación de transmisión?

P15. Teniendo en cuenta la siguiente imagen. ¿Dónde crees que encontramos el mecanismo piñón -cremallera en nuestro día a día? Explica cómo funcionaría

P16. Averigua cómo funciona un limpiaparabrisas. Identifica cada uno de los mecanismos que utiliza e incluye los tipos de transmisiones y transformaciones de movimiento que se producen cuando se activa en un vehículo.

SOLUCIÓN

Los limpiaparabrisas son sistemas que se utilizan para limpiar el parabrisas de un vehículo. Básicamente, funcionan gracias a un motor eléctrico que impulsa un mecanismo que mueve una escobilla sobre el cristal.

Para que funcione por completo tiene varios sistemas de transmisión según la parte del limpiaparabrisas que se mueve.

• • Transmisión brazo articulado: Este tipo de transmisión utiliza un brazo articulado para conectar el motor eléctrico con los brazos de limpiaparabrisas. El brazo articulado se mueve en un patrón circular para mover los brazos de limpiaparabrisas hacia arriba y hacia abajo sobre el parabrisas.
  • Transmisión de biela y manivela: Este tipo de transmisión utiliza una biela y una manivela para convertir el movimiento circular del motor eléctrico en un movimiento de vaivén de los brazos de limpiaparabrisas.
  • Transmisión de engranajes: Este tipo de transmisión utiliza un conjunto de engranajes para transmitir la energía del motor eléctrico a los brazos de limpiaparabrisas.

P16. Completa la siguiente tabla en la que se indican objetos que pueden contener mecanismos de transmisión y de transformación del movimiento. Para cada uno de ellos diferencia si es un mecanismo de transmisión o transformación, el tipo al que corresponde y una imagen que lo representa.