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Tecnologia Área de Educación Tecnológica Ciencia y Tecnología I 1° año Cuadernillo de actividades Nº 1 De las herramientas a las máquinas
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 1/21 Tecnologia Las máquinas Introducción Desde hace muchos, muchos años, las personas necesitan realizar tareas que sobrepasan sus capacidades: mover rocas muy grandes y pesadas, transportar objetos o personas a grandes distancias, cortar árboles, excavar la tierra, etc. Para solucionar estos problemas, se crean las máquinas. Una grúa es una máquina, también lo son un ascensor, un auto, una motosierra o una excavadora. Hay diferentes tipos de máquinas. Unas sirven para transpo rtar materiales, personas o animales; otras, en cambio, procesan los materiales , mezclándolos, cortándolos, calentándolos, enfriándolos o triturándolos, por ejemplo. No todas las máquinas se utilizan para transportar o procesar materiales. El televisor, la computadora, el reloj, la radio o el teléfono celular, también son máquinas. En estos casos se trata de artefactos que procesan y/ o trans portan información. En todos los casos, las máquinas, utilizan y transforman algún tipo de energía. En la actualidad la mayoría de las máquinas funcionan gracias a la energía proveniente de la electricidad o de algún tipo de combustible. En otros tiempos se utilizaba la energía eólica de los molinos o la hidráulica de las ruedas hidráulicas. También se aprovechaba la fuerza de los animales . Existen muchas maneras de definir lo que es una máquina. Todas concuerdan en que las máquinas poseen las siguientes características: ­ las máquinas son creadas por las personas para extender sus capacidades n eces arias para la realizació n de las tareas; ­ las máquinas utilizan algún tipo de energía para funcio nar; ­ las máquinas, como resultado, pueden entregar: m ovimiento, calor, frío, s onido, imágenes, datos, etc.
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 2/21 Tecnologia ¿ Herramientas o máquinas? Cuchillos, serruchos, palas, tijeras, escobas o coladores, son también ejemplos de artefactos creados por las personas para extender sus capacidades. Ellos funcionan como prolongaciones de las manos, permitiendo realizar acciones tales como apretar, cortar, sostener, agarrar, etc. Muchas de estas herramientas surgen desde la prehistoria y fueron mejorándose, tanto en sus formas como en relación a los materiales utilizados. Las herramientas suelen utilizarse en los talleres y fábricas, pero también en el campo y en los hogares. En las cocinas suele haber ingeniosas herramientas para cortar huevos en rodajas, pelar papas o descorazonar manzanas. También son herramientas muchos de los artefactos que utilizamos cotidianamente como los lápices y lapiceras o las raquetas, paletas y palos de hockey. En las siguientes imágenes podemos ver algunos artefactos un poco más complejos que las anteriores. Tienen varias partes, funcionan gracias a la energía proveniente de las personas y tienen en su interior una serie de me canis mos que transmiten y transforman los movimientos generados por las personas.
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 3/21 Tecnologia A este tipo de artefactos, que tiene aspectos comunes tanto con las herramientas como con las máquinas, se los suele denominar de dos maneras diferentes: máquinas accionadas po r el hombre o herramientas complejas . Analizando Actividad: A partir de los artefactos que te indiquen los docentes, realizá una tabla en tu carpeta como la que se detalla a continuación. Artefacto Tipo movimiento Tipo de movimie nto gene rado po r el obtenido. usuario . Las máquinas pueden clasificarse s egún diferentes criterios, uno de ellos es en base al tipo de energía que necesitan para funcionar: ­ Máquinas eléctricas: funcionan gracias a la electricidad ­ Máquinas térmicas: funcionan gracias a algún tipo de combustible ­ Máquinas mecánicas: funcionan mediante el movimiento del hombre y de mecanismos ­ Máquinas neumáticas: funcionan por el movimiento de aire comprimido ­ También las hay: hidráulicas (usan el agua en movimiento, pro ejemplo de como los ríos), eólicas (utilizan la energía del viento)
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 4/21 Tecnologia Reconociendo tipos de máquinas Actividad 1: ­ Realizá una tabla en la que puedas clasificar a las mismas de acuerdo al tipo de ene rgía que necesitan para funcionar. Puede suceder que alguna necesite más de un tipo de energía. ­ Marcá con un color aquellas máquinas que se utilizan para el transporte de materiales o personas. ­ Marcá con otro color las que sirven para procesar los materiales. ­ Marcá con un tercer color los que procesan información. Máquinas: cinta transportadora, escalera mecánica, motocicleta, ascensor, molino harinero, computadora, estufa, automóvil Actividad 2: A continuación se presentan una serie de artefactos. Indicar si se trata de herramientas o máquinas accionadas por el hombre (herramientas complejas). Indicar también si solo transmiten o prolongan los movimientos de las personas o sí también los modifica. arte facto I magen Clasificación Características Alicate Críquet para elevar el auto Eje con polea e hilo Máquina de coser a pedal Eje con rueda
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 5/21 Tecnologia Máquinas para elevar cargas Desde siempre las personas necesitaron sacar agua de los ríos, levantar materiales para construir casas, subir cajas con mercaderías a las estanterías más altas de un depósito y realizar otros trabajos pesados. En un principio lo hacían sólo con su cuerpo: mediante ingeniosos mecanismos lograban hacer las tareas más rápido o con menos esfuerzo… Luego se ayudaron con animales u otras fuentes de energía provenientes de la naturaleza: los fuertes vientos o las corrientes de los ríos ayudaban en las tareas… con la llegada de la electricidad todo cambió. A lo largo de esta unidad tendrás la posibilidad de: Conocer cómo, a lo largo de la historia, las personas fueron creando soluciones tecnológicas al problema de levantar cargas. Construir y hacer funcionar máquinas para mover cargas en el aula. Dibujar y esquematizar las máquinas construidas. Analizar mecanismos utilizados para reducir el esfuerzo de mover objetos. Comparar diferentes maneras de energizar a las máquinas. Resolver problemas tecnológicos, seleccionando y combinando las partes de acuerdo con las funciones que tienen que cumplir. ¿ Cómo subir el agua? Cuenta una leyenda que la esposa del rey Nabucodonosor II de Babilonia extrañaba su país natal que era verde y frondoso. El rey construyó para ella los famosos Jardines de Babilonia en forma de terrazas y colmados de árboles frutales y flores, como se puede ver en las imágenes. Él quería que corrieran arroyos entre la vegetación de los jardines. Entonces había que subir el agua por las laderas escalonadas, y esto era un trabajo muy pesado… Pero había una solución: un instrumento llamado “cigoñal” o “shaduf”, que permitía elevar el agua desde el río hasta la parte más alta de los jardines.
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 6/21 Tecnologia ¿ Cómo funciona un cigoñal? El agua se recolecta del río por medio de un canasto. Este canasto llena un piletón, de donde, con otro canasto se toma el agua y se la eleva hacia el piletón siguiente que está un poco más arriba. Representando una maquina Representamos el artefacto mediante un diagrama en el que cada parte (o conjunto de partes) se muestra con un bloque. Las flechas indican qué pasa con el movimiento (la energía) dentro del sistema. En este tipo de diagramas la ene rgía se representa mediante con flechas dobles Energía Energía
Persona Hilo y Palanca Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas Balde pag. 7/21 Tecnologia De las nubes al aljibe Otra fuente de agua disponible para las personas siempre fue la lluvia… Y aunque no es fácil juntarla, a alguien se le ocurrió una idea… Lo que habitualmente conocemos como “aljibe” es en realidad sólo el pozo de donde se obtiene el agua. El sistema es mucho más grande. Abarca los techos de la vivienda, las canaletas por donde el agua es transportada y el depósito subterráneo donde se almacena y filtra el agua. Para no tener que esforzarse demasiado en levantar los baldes a fuerza de bíceps, se usa un mecanismo muy simple que consiste en una polea con una cuerda que levanta el balde con agua. Esto facilita mucho el trabajo, ya que es mejor tirar hacia abajo que desde arriba… 1. Siguiendo los pasos de la tarjeta de armado construí un modelo que funcione como el del aljibe 2. Dibujá el modelo de manera esquemática (sin los detalles de las piezas de Lego) 3. Señalá sobre el dibujo las partes más importantes del modelo. 4. Completá el diagrama de bloques correspondiente al aljibe.
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 8/21 Tecnologia Con una sola m ano… En la imagen puede verse una mejora a los primeros aljibes. En lugar de tirar del hilo, la persona debía girar una manivela. El hilo se iba enrollando en el eje mientras el balde subía. Este mecanismo se llama torno. 1. Siguiendo los pasos de la tarjeta de armado, construí un modelo que funcione como el del aljibe con torno. 2. Dibujá el modelo de manera esquemática. 3. Probá el funcionamiento del modelo intentando elevar un vaso de plástico lleno de tornillos 4. Señalá sobre el dibujo las partes más importantes del modelo. 5. Modificá el tamaño de la manivela ¿Se logra levantar la carga con menos esfuerzo? 6. Realizá el diagrama de bloques Com o lo mantenemos? Ya resolvimos el problema de sacar el agua del pozo con facilidad pero, como siempre, surge un nuevo problema: ¿cómo hacer para que se mantenga el balde elevado sin tener que sostener la manivela con la mano? Entonces surge una idea ingeniosa: el trin quete. Éste es un mecanismo que funciona como una traba.
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 9/21 Tecnologia 1. Agregá al modelo anterior un trinquete, siguiendo los pasos de la tarjeta de armado 2. Elevar la carga girando la manivela y detenerla con el trinquete. ¿El trinquete permite girar la manivela en ambos sentidos? 3. Realizá el diagrama de bloques incorporando el trinquete Las máquinas como sistemas. Un sis te ma es un conjunto de elementos que inte raccionan y/ o se conectan en tre sí en función de un objetivo. Una herramienta es un sistema; una máquina también lo es. Los sistemas, para lograr su objetivo, necesitan que ingresen, circulen y salgan determinados elementos. A estos elementos se los denomina flujos. Entrada Ciencia y Tecnología 1° BTO Salida Maquina
Maquinas pag. 10/21 Tecnologia Un ejemplo Un lavarropas es un sistema. Su objetivo es lavar la ropa. Energía eléctrica Instrucciones para funcionar
Lavarropas Ropa limpia y agua sucia Ropa sucia, agua y jabón Los flujos se pueden clasificar en tres categorías: M ate ria: es el flujo tangible que se puede tocar. En el caso de un lavarropas es el flujo de entrada es la ropa sucia. Dentro de este ejemplo, incluimos el agua y el jabón. En un Diagrama de bloques, el flujo de materia se representa utilizando una flecha continua. Energía: Este flujo lo podemos hallar en diferentes formas como mecánica, térmica, solar etc. y nos permiten, por su intermedio, realizar las transformaciones. En el sistema lavarropas, la electricidad permite que el motor genere un movimiento de rotación que permita mezclar el agua, la ropa sucia y los productos de limpieza. En un Diagrama de bloques el flujo de energía se representa utilizando una flecha doble I nformación: Este flujo está formado por los datos. Proporciona al aparato las indicaciones sobre el modo en que debe realizarse el proceso. En un Diagrama de bloques el flujo de información se representa utilizando una flecha punteada. Como salida los sistemas entregan productos (materia, energía o información) luego de la transformación durante el proceso. En el “lavarropas”: la ropa limpia es el producto. Los sistemas también entregan como salida residuos: es el sobrante de la materia que fue necesaria para la transformación de la entrada. En el sistema “Lavarropas” el agua, con sobrantes de jabón y restos de suciedad de la ropa son los residuos del sistema. Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 11/21 Tecnologia Trabajo Práctico A partir de los conceptos aprendidos, te pedimos que realices un trabajo de búsqueda y organización de información. El trabajo será en grupos de 2 o 3 alumnos. El objetivo consiste en identificar y analizar tres artefactos (herramientas simples y complejas) que pueden realizar una misma tarea. Con la información obtenida deberás llenar una tabla. A modo de ejemplo te mostramos un análisis de los artefactos para elevar agua estudiados anteriormente. Tarea Artefacto Artefacto Artefacto Elevar agua Nombre Cigoñal Torno o aljlibe Bomba Tipo de artefacto Herramienta simple Máquina accionada por el Máquina hombre accionada por el hombre Movimiento de entrada Ascenso y descenso Giro de la manivela de la palanca Movimiento de salida Descenso y ascenso Ascenso y descenso del Descenso y del balde balde ascenso del pistón interno. Ascenso y descenso de la manija Las tareas a investigar son las siguientes (deberás elegir 3 de ellas):
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Cavar la tierra
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Lavar ropa
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Talar un arbol
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Picar carne
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Agujerear materiales
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Mezclar alimentos
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Batir alimentos
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 12/21 Tecnologia ·
Moler granos
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Exprimir citricos
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Cortar el césped Para completar el trabajo práctico deberás: § Abrir un archivo de word § Confeccionar una carátula con los siguientes datos: Alumnos Tema Año y curso Profesores 1. Busquen en Internet imágenes de los artefactos. 2. Graben los archivos seleccionados en una carpeta dentro de la sesión, respetando el siguiente esquema: 3. Abran un archivo de word y armen una caratula en la primer pagina con todos los datos 4. Inserten una tabla con la cantidad de filas y columas necesarias en la segunda pagina 5. Inserten las imágenes encontradas en las celdas de Imagen y el texto previamente sintetizado en el resto de la tabla 6. No te olvides de guardar tu trabajo en tu sesión El Informe se debe presentar impreso en hoja A4 blanca con carátula , en un folio y/o carpeta . Se entrega uno por grupo.
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Tecnologia Trabajo Práctico Para cada una de las tareas de la tabla, deberás incorporar dos nuevas máquinas. Una de ellas deberá accionarse mediante la energía eléctrica, la otra mediante algún tipo de energía que no sea provista por la persona (eólica, térmica, hidráulica, etc.) A modo de ejemplo te mostramos la tarea de elevar agua. Tarea Artefacto Artefacto Elevar agua 5 Nombre Bomba a molino Bomba de agua eléctrica Tipo de artefacto Máquina eólica Máquina eléctrica Energia de entrada Eolica Energia de salida Elecrica Hidraulica Eolica Actividad ­ En el esquema del aljibe que dibujaste en tu carpeta, analizarlo como sistema, indicando la función que cumplen cada una de las partes señaladas. Aljibe Partes : columna, base, conector, hilo manivela, polea, eje Funciones: transformaciòn, uniòn, conducciòn, estructura ¿Puede considerarse al trinquete como un regulador? ¿Por qué?
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 14/21 Tecnologia ¿El agua tiene fuerza? En la provincia de Chubut, Patagonia argentina, hay una pequeña ciudad que tiene un molino: Trevelin, nombre que significa “pueblo del molino” en galés. Este molino funciona con la energía de una corriente de agua que fue desviada por el dueño del lugar para hacer girar la rueda que vemos en las imágenes y así mover unas pesadas piedras que muelen granos de trigo para convertirlos en harina. Actividad 1. Siguiendo los pasos de la tarjeta de armado (hasta el paso 8) construí un modelo que funcione como una rueda hidráulica. 2. Dibujá el modelo de manera esquemática y señalá sobre el mismo las partes más importantes. 3. El modelo posee un mecanismo, formado por ruedas dentadas, denominado engranaje. Volvé a construir el modelo pero intercambiando de lugar las ruedas dentadas. ¿Qué ocurre? ¿Y si sacás las ruedas dentadas y unís directamente el hilo al eje de la rueda hidráulica? 4. Escribí un texto que explique con tus palabras cuál es la función que cumple en este modelo el mecanismo de engranajes 5. Realizá el diagrama de bloques correspondiente
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 15/21 Tecnologia Con ayuda de engranajes Hace varios siglos, durante la época conocida como Renacimiento, Leonardo de Vinci ­un gran pintor e inventor­ diseñó cientos de ingeniosos artefactos. En la imagen que vemos aquí, podemos observar un modelo de grúa construido Esta máquina funcionaba con la fuerza de una o varias personas y servía, como todos sabemos, para levantar cargas pesadas… pero ¿qué hace que el trabajo sea más fácil? Actualmente se emplean grúas en la construcción de edificios, puentes y torres; en la movilización de grandes cantidades de materiales… Las personas se ayudan con mecanismos. Actividad 1. Siguiendo los pasos de la tarjeta de armado (hasta el paso 16) construí un modelo que funcione como una grúa. 2. Dibujá el modelo de manera esquemática. Marcá sobre el dibujo las partes más importantes del modelo, indicando sus funciones. 3. Realizá el diagrama de bloques 4. Incorporale un trinquete al modelo y probalo 5. Modificá el modelo sacándole los engranajes y luego intercambiándolos de lugar. 6. Hacelo funcionar funcionamiento?
Ciencia y Tecnología 1° BTO nuevamente. Maquinas ¿Qué diferencias notás en el pag. 16/21 Tecnologia Con motores es m ás fácil En la búsqueda por simplificar aún más las tareas, surgen los motores eléctricos. Sólo hay que encenderlos y apagarlos en el momento oportuno. Lo que antes hacían las personas ahora lo hacen motores muy poderosos. 1. Conectá el motor al portapilas y hacelo funcionar mediante el control remoto. 2. Siguiendo las indicaciones de la tarjeta de armado (paso 17), incorporá el módulo motor a la grúa. Hacela funcionar. 3. ¿Podemos decir que el motor eléctrico cumple una función equivalente a la de la rueda hidráulica? ¿Por qué? 4. Realizá el diagrama de bloques
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 17/21 Tecnologia Problema integrador En la siguiente imagen podemos ver una barrera de estacionamiento, el encargado de levantar y bajar manualmente la barrera de entrada. 1. Construí la barrera. 2. Representá la barrera mediante un diagrama de bloques. 3. Incorporale a la barrera un torno para que se pueda subir y bajar la barrera mediante el giro de una manivela. Dibujá la solución y construila. 4. Representá la nueva barrera mediante un diagrama de bloques. 5. Agregale un trinquete para que la barrera pueda quedar detenida cuando se abre. 6. Incorporale a la barrera un mecanismo de engranajes. Dibujá la solución y construila. 7. Representá la solución mediante un diagrama de bloques. 8. Incorporale un motor eléctrico a la barrera Dibujá la solución y construirla. 9. Representá la nueva barrera mediante un diagrama de bloques.
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 18/21 Tecnologia A cada parte, una función Hasta ahora hemos visto diferentes aparatos que a su vez se componen de diferentes partes, tales como palancas, hilos, etc. Como analizar el funcionamiento de un sistema suele ser bastante complejo, vamos a utilizar un modelo que nos permitirá determinar la función que cumple cada una de las partes que componen los mismos. Es necesario clasificar a cada una de sus parte s dentro de 7 categorías: ­ Conducción: cumplen ésta función aquellas partes del sistema que guían el flujo. En un sistema “de riego artificial” las mangueras cumplen ésta función. ­ Transformació n: cumplen ésta función aquellas partes del sistema que cambian o modifican el flujo. Ejemplo: Una lamparita, transforma la energía eléctrica que recibe en energía lumínica ­ Regulación: cumplen ésta función aquellas partes del sistema que controlan flujo o el caudal de flujo que circula. Ejemplo: la canilla regula el flujo de agua que circula. ­ Unión: cumplen ésta función aquellas partes del sistema que conectan dos o más partes del sistema. Ejemplo : tornillos o clavos ­ Estructura: Son las partes del sistema que contienen, protegen o sostienen al sistema. En un “Edificio” el conjunto de columnas, vigas y tensores sostienen al sistema. ­ Depósito: Cumplen ésta función aquellas partes del sistema que almacenan el flujo. En el sistema “computadora” el Disco Rígido cumple la función de almacenar información. ­ Senso r: Pueden detectar: presencia, temperatura, luminosidad, velocidad, presión etc. En los aeropuertos, las puertas, poseen un sensor que detecta la presencia de materia en un radio cercano y a partir de ese estado activa un motor que permite abrir las puertas automáticamente.
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 19/21 Tecnologia Ejercicios de repaso Completá las partes y funciones de las máquinas construidas anteriormente Rueda hidráulica
Función Parte Rueda de paletas Base Conector Engranaje Eje Bloques
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 20/21 Tecnologia Grúa: Función Parte Columna Base. Hilo Motor Pilas Botonera gancho poleas eje cable
Ciencia y Tecnología 1° BTO Maquinas pag. 21/21