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Las máquinas simples son importantes para la vida diaria y se pueden ver en el hogar, la escuela o el patio de recreo. Las máquinas simples son herramientas que cambian el tamaño y/o la dirección de la fuerza para facilitar el trabajo. Utilizando máquinas simples, la gente común puede levantar grandes piedras, mover bloques a grandes distancias e incluso construir pirámides.

En esta unidad, se presentarán a los estudiantes los conceptos físicos de fuerza y trabajo, y cuatro tipos de máquinas simples: plano inclinado, rueda y eje, palanca y engranajes. Los estudiantes podrán investigar cómo se puede aplicar la fuerza para facilitar el trabajo con 4 construcciones que incluyen estas máquinas simples: un plano inclinado, una palanca de equilibrio, un carro de resorte y un reloj. Los estudiantes también adquirirán conocimientos sobre herramientas que se han utilizado desde la antigüedad y que todavía se utilizan hoy en día.

Construcción del plano inclinado VEX GO

¿Qué es una máquina simple?

Una máquina simple es una herramienta cambia el tamaño y la dirección de una fuerza para mover un objeto. Las máquinas simples son dispositivos con pocas o ninguna parte móvil que facilitan el trabajo. Las máquinas simples existen desde hace miles de años y siguen siendo útiles. En esta unidad, se presentarán a los estudiantes cuatro tipos de máquinas simples: plano inclinado, rueda y eje, palancay engranajes.

Plano inclinado Palanca Rueda & Eje Engranaje
El plano inclinado es una superficie inclinada que se utiliza para elevar o bajar un objeto. Una barra móvil unida o posicionada sobre un punto de pivote llamado fulcro. Permite mover objetos fácilmente haciéndolos rodar, reduciendo así la fricción. Una rueda con dientes alrededor de los bordes, y se utiliza para transferir, aumentar o disminuir la fuerza.
Dibujo de una persona que empuja un objeto redondo grande por una colina empinada, con una flecha que apunta horizontalmente hacia la izquierda hacia el objeto, indicando la dirección de la fuerza utilizada para mover el objeto por el plano inclinado. Dibujo de una persona parada al lado de una balanza presionando hacia abajo el lado izquierdo. Al lado derecho hay un yunque. Una flecha que apunta hacia abajo donde la persona presiona indica la dirección de la fuerza necesaria para equilibrar la palanca de la balanza. Un dibujo de una rueda redonda en el extremo de un eje largo similar a una clavija, con flechas que envuelven el eje y la rueda, indicando la dirección del movimiento de ambos. Se muestran dos engranajes azules uno al lado del otro, con una sección de los dientes engranados entre sí, lo que indica cómo al girar un engranaje se moverá el otro.

¿Qué es la fuerza?

La fuerza es un empujón o un tirón sobre un objeto. Cuando se aplica fuerza a un objeto, y esa fuerza no tiene oposición, cambiará la velocidad o la dirección del objeto. La fuerza se utiliza para mover cosas que nos rodean. Trabajaremos con varias formas de fuerza en esta unidad, incluida la fuerza aplicada, fuerzas equilibradas y desequilibradas.

Fuerza aplicada

Una fuerza aplicada se refiere a una fuerza aplicada a un objeto. Si empujaras tu silla a través de la habitación, estarías aplicando fuerza sobre la silla.

Hay fuerzas equilibradas y desequilibradas. Las fuerzas que son iguales pero opuestas en direcciones se denominan fuerzas equilibradas. Las fuerzas equilibradas no hacen que un objeto se mueva.

Un dibujo tiene 3 cuadros cuadrados grandes en el centro. A la derecha, un niño empuja una caja adicional hacia la pila. A la derecha, un niño tiene una cuerda atada a un mango en una de las cajas de la pila y está tirando de la caja.

Fuerzas equilibradas y desequilibradas

Las fuerzas que son iguales pero opuestas en direcciones se denominan fuerzas equilibradas. Las fuerzas equilibradas no hacen que un objeto se mueva. Un ejemplo de una fuerza equilibrada sería el de dos grupos de personas jugando al tira y afloja con la misma cantidad de fuerza. Esto haría que la cuerda permaneciera en su lugar ya que las fuerzas opuestas que se ejercen en ambos lados son equivalentes.

Un dibujo de un equipo rojo de tres personas a la izquierda y un equipo azul de tres personas a la derecha jugando un juego de tira y afloja, tirando de una cuerda para intentar mover un lado más allá de la línea central.

Sin embargo, las fuerzas que no están en equilibrio harán que uno o más objetos se muevan. Supongamos que uno de los equipos en nuestro tira y afloja tira más fuerte que el otro equipo, las fuerzas ya no serían iguales. Un equipo podría tirar al otro equipo en la dirección de la fuerza mayor.

Las fuerzas desequilibradas provocan un cambio en el movimiento del objeto al que se aplica la fuerza. Las máquinas simples, como el plano inclinado, utilizan una fuerza desequilibrada para facilitar el trabajo. Por ejemplo, se sabe que los objetos se aceleran en el plano inclinado, debido a un desequilibrio en la fuerza de la gravedad.

Fuerza gravitacional

La fuerza de gravedad es la fuerza con la que la Tierra, la Luna u otro objeto enormemente grande atrae a otro objeto hacia sí. Por definición, este es el peso del objeto. Todos los objetos sobre la Tierra experimentan una fuerza de gravedad que se dirige "hacia abajo", hacia el centro de la Tierra.

En el centro hay un dibujo de la Tierra, con dos anillos concéntricos a su alrededor. En la parte superior e inferior de la imagen se encuentran dos niños, uno en cada poste. Hay cuatro flechas rojas que apuntan hacia la Tierra desde las cuatro esquinas, indicando la fuerza de la gravedad.

¿Qué es el trabajo?

En ciencia, trabajo es el uso de fuerza para mover un objeto desde un punto de partida fijo. Las máquinas simples facilitan el trabajo (mover objetos).

La definición científica de trabajo es la cantidad de fuerza que se aplica a un objeto multiplicada por la distancia que se mueve el objeto. Así pues, el trabajo se compone de fuerza y distancia. Cada trabajo requiere una cantidad específica de trabajo para finalizarse, y este número no cambia. Por lo tanto, la fuerza multiplicada por la distancia siempre equivale a la misma cantidad de trabajo. Esto significa que si mueves algo una distancia menor necesitas ejercer una fuerza mayor. Por otro lado, si quieres ejercer menos fuerza, necesitarás moverlo a una distancia mayor. Éste es el equilibrio entre fuerza y distancia.

Se muestran tres situaciones en paralelo con un automóvil en una rampa inclinada hasta una superficie elevada. En el extremo izquierdo, la rampa está a 30 grados y un marcador de ángulo verde entre la rampa y el suelo indica el grado de inclinación. En el centro, la rampa está a 45 grados, indicada con el marcador de ángulo verde, y el automóvil está en un ángulo más pronunciado. A la extrema derecha, la rampa está a 60 grados, mostrada con un marcador de ángulo verde, y el automóvil está en el ángulo más pronunciado.

¿Qué es la ventaja mecánica?

Ventaja mecánica es cuando se necesita menos fuerza para hacer la misma cantidad de trabajo porque se utiliza una máquina simple para aumentar y cambiar la dirección de la fuerza aplicada. La ventaja mecánica se puede ajustar para satisfacer necesidades específicas. Dos tipos de ventaja mecánica son la velocidad y el par.

¿Qué es el torque?

El par es una ventaja mecánica que hace que la salida de un engranaje o máquina impulsada sea más potente. Se produce torque cuando se utiliza una fuerza para iniciar o detener el giro de un objeto, como ocurre con el giro de engranajes o con el giro parcial de una palanca. Mire la animación a continuación para ver un engranaje más pequeño que impulsa un engranaje más grande para operar y lograr un mayor torque.

¿Qué es la velocidad?

Velocidad es la distancia que se mueve un objeto a lo largo del tiempo y es una ventaja mecánica que hace que la salida del engranaje o la máquina impulsada sea más rápida. En lo que respecta a los engranajes, la velocidad está inversamente relacionada con el par. Si se desea velocidad en la salida, entonces se debe disminuir el torque. Lo inverso también es cierto: si se desea más torque o potencia como salida, entonces la velocidad disminuirá. Mire la animación a continuación para ver un engranaje más grande que impulsa un engranaje más pequeño para alcanzar una mayor velocidad.

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