Plano inclinado

Plano inclinado
¿Qué es un plano inclinado?
Un Plano Inclinado es una superficie plana con una pendiente que puede ser o
no lisa.
• Sobre el plano inclinado, una persona o un objeto se pueden mover hacia
arriba o hacia abajo.
• Los Planos Inclinados pueden cambiar la cantidad de fuerza necesaria para
hacer el trabajo, la dirección de las fuerzas aplicadas y la distancia a la que se
aplica la fuerza.
¿Qué es un tornillo?
Un tornillo es una vara (llamada el cuerpo) con un plano inclinado en espiral
alrededor de él.
• Un tornillo tiene generalmente, la forma de un cilindro o cono estrecho.
• El plano inclinado en espiral, forma crestas alrededor del cuerpo, que se llaman hilos de la rosca.
• Algunos tornillos mueven objetos, a lo largo de los hilos de la rosca, mientras
que otros giran, en un movimiento en espiral, para desplazarse por diferentes
materiales.
•Los tornillos pueden cambiar la cantidad de fuerza necesaria para hacer un
trabajo, o la distancia a la que se aplica la fuerza.
¿Qué es una cuña?
•Una cuña es un tipo especial de plano inclinado, formado por dos pendientes
planas, espalda contra espalda.
•Las cuñas se pueden utilizar para separar objetos.
•Las cuñas pueden cambiar la dirección de la fuerza aplicada; sin embargo, las
fuerzas que participan, al utilizar una cuña, no siempre son iguales.
Palabras clave y definiciones:
ESFUERZO. Es la fuerza que se aplica para realizar un trabajo, como puede
ser: el empujar, jalar, apretar o levantar un objeto=carga, utilizando ya sea un
plano inclinado, tornillo o una cuña.
RESISTENCIA. Es la fuerza proporcionada por el objeto=carga, sobre el que
se está tratando de hacer el trabajo.
VENTAJA MECÁNICA (VM). Es un cálculo matemático que revela, cuántas
veces es más fácil hacer un trabajo, cuando se involucra el uso de un plano inclinado, tornillo o cuña.
Longitud de la pendiente/Altura de la pendiente = Ventaja Mecánica.
TRABAJO. Es la acción realizada, durante el uso del plano inclinado, tornillo
o cuña.
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CARGA. Es el objeto (peso) levantado o trasladado. Dicho objeto ofrece resistencia al plano inclinado, tornillo o cuña.
FUERZA. Es cualquier tipo de empuje o de tracción aplicada a un objeto.
FRICCIÓN. Es el resultado del roce de una superficie contra otra, cuando se
mueve un objeto.
PENDIENTE. Es la medida de inclinación que tenga un plano.
HIPOTENUSA. Es el lado más largo de un triángulo rectángulo, también el
lado opuesto al ángulo recto.
NOTA. Cuánto más larga sea la pendiente del plano
inclinado, tornillo o cuña, más fácil será el trabajo.
¿De qué manera me puede ayudar un plano inclinado?
Esta máquina hace el trabajo más fácil y rápido, cuando se mueve un objeto
hacia arriba o hacia abajo, sobre un plano inclinado, pues no es necesario realizar mucho esfuerzo.
Un ejemplo de plano inclinado.
Las rampas de emergencia, en las autopistas, son planos inclinados que se
construyen, como tramos de carretera adicionales- salientes, a los lados de las mismas, con el
objeto de que si algún vehículo sufre alguna falla
mecánica y no se puede detener por sí solo, la
inclinación ascendente de plano inclinado trabajaría deteniendo su velocidad y evitando un
posible accidente. Si para detener un vehículo
en movimiento y sin frenos, en un plano recto,
se colocara al final simplemente una pared, lo
que ocurriría es que el vehículo, que utilizara ese
plano de emergencia, chocaría contra la pared,
provocando graves daños a sus ocupantes.
Caso contrario, si utilizara el plano inclinado se
le facilitaría la desaceleración del vehículo y éste
se detendría de una manera menos riesgosa.
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¿Cuánto me podrían ayudar un plano
inclinado, tornillo o cuña?
Realicemos algunas mediciones y divisiones para averiguarlo.
Cada plano inclinado, tornillo y cuña tiene una superficie inclinada. Mide la distancia existente, entre los extremos de alguna
pendiente. (Si estamos midiendo un tornillo,
tendremos que medir el espiral). La distancia
obtenida es la longitud de la pendiente.
A continuación, mide la distancia comprendida, desde la base hasta la parte superior de la pendiente. La distancia obtenida es la altura de su pendiente. (Si estamos midiendo un tornillo, encuentra su
longitud. Si estamos midiendo una cuña, encuentra su espesor.)
Divide la longitud por la altura, para encontrar la Ventaja Mecánica (VM).
Ventaja mecánica = longitud de la pendiente / altura
de la pendiente
La Ventaja Mecánica (VM) nos dice cuántas veces es más fácil hacer nuestro
trabajo, cuando utilizamos un plano inclinado, tornillo o cuña y conocemos la
distancia a cubrir.
Imagina que quieres llegar a la cima
de un acantilado rocoso. Se puede
llegar por una ruta, marcada por senderos, a lo largo de una colina con
pendiente.
La longitud de la ruta de acceso es
de 1,8 kilómetros, lo que equivale a
1.800 metros. La altura del acantilado
es de 150 metros. Se divide la longitud entre la altura para encontrar la
Ventaja Mecánica (VM).
La Ventaja Mecánica es de 12. Esto
significa que es 12 veces más fácil
tomar el camino largo, que tratar de
escalar el risco. Cuánto más prolongada sea la pendiente, más fácil se
hará el trabajo.
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33
Palancas
¿Qué es una palanca?
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• Una Palanca es una barra rígida que puede ser, comúnmente, de metal, plástico o madera.
• La Palanca tiene un pivote en un punto, el Punto de Apoyo – de arriba hacia
abajo o de lado a lado – para producir el movimiento que ayuda a realizar el
trabajo.
• Para usar una palanca, aplicamos el esfuerzo necesario a la misma y, su
acción, nos ayudará a trabajar en contra de la resistencia.
• Las palancas pueden cambiar la cantidad de la fuerza que necesitamos para
realizar el trabajo, la dirección de las fuerzas aplicadas y el trabajo que es producido.
Términos clave y definiciones:
Esfuerzo . Es la fuerza que se aplica para
realizar un trabajo, como: el de jalar, empujar, apretar o levantar, para lo cual debemos
usar una palanca sobre el objeto.
Brazo de Esfuerzo (BE). Es la distancia de la
palanca sobre el punto de apoyo, al punto donde el esfuerzo es aplicado.
Resistencia. Es la fuerza opuesta por el objeto, sobre el cual queremos realizar un trabajo. El objeto trabaja en contra de nuestro esfuerzo (presionando en contra).
Brazo de Resistencia (BR). Es la distancia de la palanca, sobre
el punto de apoyo, al punto donde la resistencia es aplicada.
Punto de Apoyo. Es el lugar sobre el cual la palanca es asentada, mientras
el resto de la barra rota o pivotea sobre éste.
Ventaja Mecánica (VM). Es un cálculo matemático que nos revela, cuántas
veces será más fácil el trabajo, cuando una palanca es usada; BE / BR = VM
Trabajo. Es el esfuerzo desarrollado, mientras utilizamos la palanca.
Carga . Es el peso del objeto levantado o movido, que ejerce una
resistencia sobre la palanca.
Fuerza. Es cualquier tipo de empuje o jalón aplicado sobre un
objeto.
Doble Palanca. Son dos palancas unidas, una con otra, al Punto
de Apoyo. Pueden ser un par de 1ª, 2ª ó 3ª clase, trabajando juntas
para la realización de un trabajo.
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Nota. Cuando la resistencia está más cerca, que el esfuerzo, al punto de apoyo, el trabajo se facilita.
Cuando el esfuerzo está más cerca, que la resistencia, al punto de apoyo, el
trabajo es más difícil.
Cuando la Resistencia está más cerca del Punto de Apoyo, el trabajo es más
fácil. Cuando el Esfuerzo está más cerca del Punto de Apoyo, el trabajo es más
difícil
Actividad
Imagina que vas manejando un automóvil y uno de sus neumáticos se
poncha. Por supuesto que tienes que cambiar la llanta. Ubica los conceptos
básicos de palancas, en el lugar que corresponde: Punto de apoyo, esfuerzo y
resistencia .
Uso de una palanca
• Cuando utilizas una palanca, mueves la barra hacia arriba o hacia abajo, o de
un lado hacia el otro lado.
• Al usar una palanca, nosotros proveemos el esfuerzo, éste puede consistir en
empujar, jalar, apretar o levantar.
• La palanca puede ayudar a levantar un peso, cortar un poco de papel o triturar
la cáscara de una nuez. Los objetos proporcionan resistencia, pues trabajan en
contra de nuestro esfuerzo. Cuando se empuja hacia cualquier lado determinado, la resistencia empuja hacia nosotros.
• El punto de apoyo, es el lugar en donde se apoya el resto de la palanca y se
presiona o se mueve sobre él.
• Existen palancas de distintos tamaños y formas, pero todas ellas ayudan a
que la realización del trabajo sea más fácil.
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Ventaja mecánica de una palanca
¿Qué tanto te puede ayudar una palanca?
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Descúbrelo y juega un poco con las matemáticas. Realiza tus mediciones en
la imagen del diablito que se muestra abajo.
Mide la distancia del Punto de Apoyo al Esfuerzo. A esta distancia, se le llama
el Brazo de Esfuerzo (BE).
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Mide la distancia del Punto de Apoyo a la Resistencia. Esta distancia es llamada Brazo de Resistencia (BR).
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Divide la longitud del Brazo de Esfuerzo entre la longitud del Brazo de Resistencia para encontrar la Ventaja Mecánica (VM).
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_____________________________________________________________________
VM = BE / BR
Nota. La Ventaja Mecánica nos dice cuántas veces es más fácil tu trabajo,
cuando utilizas una palanca.
Ahora, imaginemos que estamos utilizando una palanca para levantar una
caja.
El Brazo de Esfuerzo, de la palanca, es de 6 metros de largo (BE = 6m) y el
Brazo de Resistencia es de 2 metros de largo (BR = 2m).
Divide para obtener la Ventaja Mecánica.
VM = ________________________________
VM = ________________________________
La Ventaja Mecánica es de _______, lo que significa que
esta palanca hace tu trabajo ____________veces más fácil.
Sin la palanca, necesitaríamos ____________ veces más
fuerza para levantar la caja.
Nota. Cuando el Brazo de Esfuerzo es más largo que el
Brazo de Resistencia existirá Ventaja Mecánica. Mientras
más largo sea el Brazo de Esfuerzo, la Ventaja Mecánica
será mayor.
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Ruedas y ejes.
¿Qué es una rueda y qué es un eje?
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• Una Rueda es un objeto circular que gira alrededor de un Eje. Un Eje es una
barra que atraviesa un objeto giratorio, y que a su vez, le sirve como soporte en
el movimiento. Ese objeto puede ser una rueda.
• En el sistema de una rueda y un eje, la rueda está unida al eje.
• Existen algunos ejes que no tienen forma redonda. De cualquier manera se
mueven de forma circular cuando realizan su trabajo.
• Para usar una rueda y un eje; nosotros, el viento, el agua o un motor, proveemos el esfuerzo al girar la rueda o el eje.
• Las ruedas y los ejes pueden cambiar la cantidad de fuerza necesaria para
hacer un trabajo, incrementando la distancia cubierta y reduciendo la fricción,
dependiendo de cómo sea su diseño y utilización.
Términos clave y definiciones.
Esfuerzo. Es la fuerza que es aplicada para realizar un trabajo; pues, al jalar,
empujar, apretar o levantar debemos utilizar una palanca sobre el objeto.
Resistencia. Es la fuerza del objeto sobre el cual queremos realizar un trabajo. El objeto trabaja en contra de nuestro esfuerzo (empujando en contra).
Ventaja Mecánica (VM). Es un cálculo matemático que nos revela, cuántas
veces será más fácil el trabajo cuando una rueda y un eje se conjuntan para
realizarlo. Radio de Esfuerzo (RE) / Radio de Resistencia (RR) = VM
Trabajo. Es el esfuerzo desarrollado mientras utilizamos una rueda y un eje.
Carga. Es el peso del objeto levantado o movido, que nos da una resistencia
sobre la rueda y el eje.
Fuerza. Es cualquier tipo de empuje o jale aplicado sobre un objeto.
Fricción. Es la fuerza resultante del rozamiento de la superficie de dos objetos
en movimiento, uno contra otro.
Circunferencia. Es la distancia alrededor de un círculo.
Diámetro. Es la distancia a partir del centro de un objeto, o sea, una línea
recta pasando a través del centro, desde un extremo al otro, de la circunferencia.
Radio. Es una línea recta que va del centro del círculo a cualquier punto de la
circunferencia , es tambien la mitad del diámetro de la circunferencia.
Nota. Al dar vuelta a una rueda para hacer que el eje gire, ayudamos a que el
trabajo se realice con mayor fuerza. Al dar vuelta al eje para que la rueda gire,
ayudamos a que el trabajo se realice en mayor distancia y más rápido.
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Uso de una rueda y de un eje
• En una rueda y en un sistema de eje, la rueda se fija (coloca) en el eje.
• Las ruedas y ejes pueden hacer el trabajo más fácil.
• Una rueda y un eje también pueden trabajar juntos para reducir la fricción.
• Las ruedas y ejes ayudan a hacer más fácil el trabajo ya sea incrementando
la fuerza que se necesita para hacerlo o la distancia que se cubre, mientras lo
realizamos.
¿Cómo nos ayudan una rueda y un eje?
Las ruedas y ejes nos ayudan en tres formas diferentes:
Fuerza
Las ruedas y ejes pueden reducir la cantidad de fuerza para que se realice un
trabajo difícil. Por ejemplo, es más fácil girar el volante de un coche, para doblar
una esquina, que empujarlo para la misma acción.
Distancia
Para algunos trabajos, en los que se tiene que movilizar un objeto, a una gran
distancia ó a un ritmo más rápido, las ruedas y ejes pueden ayudar. Se puede
llegar a la zona de juegos más rápido, al utilizar una bicicleta, que ir caminando.
Fricción
Cuando se arrastra un objeto sobre el piso, una fuerza llamada fricción se produce. Esta fuerza reduce la velocidad del movimiento. Las ruedas pueden ayudar, porque producen menos fricción en el traslado que en el arrastre.
Idea brillante.
La rueda y el eje son probablemente, unas de las primeras máquinas simples
utilizadas.
Un ejemplo de cómo las ruedas y los ejes pueden ayudar.
Imagina que trabajas en una fábrica cementera y que te piden trasladar 40 costales de cemento, en el menor tiempo posible, ya que de eso
depende que la nueva producción de cemento tenga espacio para colocarse. Si arrastramos cada uno de los costales, no sería la forma más
eficiente; entonces, ¿Qué puedes hacer? Puedes utilizar unos ejes con
ruedas y, sobre ellos, unas tablas para conformar una pequeña plataforma móvil que te permita, de una manera más fácil y rápida, cargar y
trasladar a otro sitio, dichos costales de cemento.
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Los ejes y las ruedas hacen el trabajo más fácil
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¿Cuánto facilitan el trabajo los ejes y las ruedas?
Realicemos algunas mediciones y divisiones para conocer cuánto, los sistemas de ejes y ruedas, te pueden facilitar el trabajo.
Para hacer que una rueda y un eje trabajen, basta con que gires la rueda o el
eje. Nosotros, el viento, el agua o el motor conformamos el suministro del esfuerzo. Toma un eje y una rueda de tu material K´Nex para hacer tus mediciones.
Mide el diámetro de la rueda y del eje. Cualquiera de ellos puede proporcionar
el esfuerzo.
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Luego, divide el diámetro a la mitad para obtener el radio de esfuerzo (ER).
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La rueda y el eje, junto con los pesos que se mueven, proporcionan la resistencia.
Luego, divide el diámetro a la mitad para obtener el radio de la resistencia (RR).
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Idea brillante
Al dar vuelta la rueda para hacer que el eje gire, la (VM) es mayor que uno (1).
Esto significa que el trabajo es más fácil. El eje gira con más fuerza que la que,
sobre él ejerces, pero tienes que trasladarte a una distancia más larga. La rueda,
de un molino de viento, proporciona una gran fuerza a su eje para
hacer trabajos más grandes y pesados.
Cuando se activa el eje para hacer girar la rueda, la (VM) es inferior a uno (1). Su trabajo es más difícil de lo que simplemente,
sería girar la rueda, pero girando el eje a una distancia menor que
a la que gira la rueda. Un barco de rueda de paletas tiene bastante
fuerza para poder girar su eje, por lo que puede hacer girar la pesada y grande rueda para que haga las veces de remo en el agua.
Describe algunos ejemplos de ruedas y ejes, dónde el eje gire
por el esfuerzo de la rueda y cuando la rueda gira por el esfuerzo del eje.
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Imagina que tenemos un molino de viento que muele grano. El esfuerzo es
suministrado por la rueda y la resistencia por el eje. El diámetro de la rueda del
molino (las aspas) es de 40 metros.
40 / 20 = 2
RE = 20
La longitud, del eje del molino, es de 2 metros. Dividamos para obtener la Ventaja Mecánica (VM).
2/2=1
VM = 1
La Ventaja Mecánica es de 20, lo que significa que la rueda y el eje hacen 20
veces más fácil el trabajo que haciéndolo a mano.
VM = 20 / 1
VM = 20
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78
Poleas
¿Qué es una polea?
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Una polea es una rueda con una ranura en su contorno. Una cuerda o cinta se
corre sobre esta ranura.
En un extremo de la cuerda, se encuentra la carga que necesita ser levantada.
Para utilizar una polea, tú (o un motor) proporcionarán el esfuerzo, tirando del
cable para levantar la carga.
Las poleas pueden cambiar la cantidad de fuerza necesaria, para hacer el trabajo y la dirección de las fuerzas aplicadas.
Palabras clave y definiciones
Esfuerzo. Es la fuerza que se aplica para hacer el trabajo, al empujar, tirar,
apretar o levantar, proporcionada para utilizar una polea y poder mover
un objeto.
Resistencia. Es la fuerza provista por el objeto, sobre el cual estamos
tratando de hacer el trabajo. El objeto trabaja en contra de nuestro esfuerzo (nos empuja).
Ventaja Mecánica. Es un cálculo matemático que nos revela cuántas veces es más fácil hacer un trabajo, cuando utilizamos una polea;
también puede ser determinado, mediante el conteo de las cuerdas que
sostienen las poleas móviles.
VM
=
Fuerza necesaria para levantar una carga sin poleas
Fuerza necesaria para levantar una carga con poleas
Trabajo. Es el esfuerzo realizado cuando se utiliza una polea.
Carga. Es el objeto (peso) levantado o movido, éste provee resistencia
a la polea.
Fuerza. Es cualquier tipo de empuje o jalón aplicado a un objeto.
Polea Fija. Es una polea sujetada a una superficie sólida. No se mueve
cuando la cuerda es jalada, solamente cambia de lugar.
Polea Móvil. Es una polea sujetada directamente, de la carga a ser
levantada, ésta se mueve cuando la cuerda se mueve.
Combinación de Poleas. Es una serie de poleas fijas y móviles usadas conjuntamente, para obtener la ventaja de ambas al realizar un trabajo.
Aparejo de Poleas. Es una combinación específica de poleas agrupadas y
utilizadas para levantar objetos pesados.
Nota. El utilizar poleas móviles, en un sistema, hace más fácil levantar una
carga, pero el trabajo se hace sobre una distancia mayor.
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La polea y su ventaja mecánica
Poleas
El número de cuerdas es igual a la Ventaja Mecánica (VM). Este número indica
cuántas veces es más fácil el trabajo, cuando se utilizan una o más poleas móviles. Otra explicación es que, este es el número de veces que la máquina multiplica nuestra fuerza y por eso, se pueden levantar objetos pesados.
Ahora, tratemos de calcular la (VM). Utiliza la Regla de Medición K’Nex, para
levantar un peso sin poleas y luego con poleas; después, divide el primer número
entre el segundo.
VM
=
Fuerza necesaria para levantar una carga sin poleas
Fuerza necesaria para levantar una carga con poleas
¿Son, las respuestas del conteo de las cuerdas y el cálculo de la ventaja mecánica, iguales? (Si existe una diferencia en el número es, probablemente, debido
a la fricción de la polea).
Puedes utilizar el valor de (VM), para averiguar cuánta fuerza se necesita para
levantar una carga con poleas móviles. Sólo realiza este problema de división:
Fuerza necesaria para levantar una carga sin poleas
VM = Fuerza necesaria para
levantar una carga con
poleas.
Imagina que estás usando tres poleas móviles que están soportadas por seis
cuerdas. La ventaja mecánica es 6. Medimos la fuerza para levantar el peso sin
poleas. Nuestra Regla de Medición K’Nex registra un valor de 12. Divide la fuerza
entre la Ventaja Mecánica.
Fuerza / VM = 12 / 6 Fuerza necesaria para levantar una carga con poleas = 2
Utiliza la regla de medición K’Nex, para levantar el peso. ¿Es tu medición de
fuerza, igual al cálculo? Explica el por qué.
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Un ejemplo de una polea fija.
En un tendedero se coloca una polea fija para colocar y retirar la ropa que se
cuelga. Al tirar de la cuerda, la ropa se mueve en la dirección opuesta a la que
nosotros tiramos.
102
19
Engranes
¿Qué es un engrane?
23
• Un engrane es una rueda con dientes, en su borde exterior.
• Un engrane puede hacer que otro engrane gire cuando, los dientes de los dos
engranes, se encuentran entrelazados o conectados.
• Los engranes pueden hacer el trabajo más fácil, pues permiten utilizar menor
cantidad de fuerza, para realizar un trabajo.
• Algunos engranes permiten girar un engrane en una dirección y, a su vez, girar
otro en una dirección distinta.
• Otros engranes ayudan a cambiar la velocidad, de las partes móviles, de una
máquina.
Palabras clave y definiciones
Esfuerzo. Es la fuerza aplicada para hacer el trabajo; al empujar, jalar, apretar
o levantar para usar los engranes y mover un objeto.
Resistencia. Es la fuerza proporcionada por el objeto, sobre el que uno está
tratando de hacer el trabajo; el objeto trabaja en contra (empuja) del esfuerzo.
Ventaja Mecánica (VM). Es un cálculo matemático que revela cuántas veces
es más fácil hacer un trabajo.
Una (VM) superior a 1, muestra que el sistema de engranajes multiplica la fuerza de esfuerzo, pero se debe mover a través de una mayor distancia. Una (VM)
menor a 1, muestra que el sistema de engranes requiere mayor esfuerzo para
funcionar, ya que el engranaje impulsado se mueve con mayor rapidez.
VM=Número de dientes / Número de dientes
(Engrane conductor)
(Engrane conducido)
O
VM =
Diámetro
/
(Engrane conductor)
Diámetro
(Engrane conducido)
¿Cómo nos ayudan los engranes?
• Los engranes pueden cambiar la fuerza necesaria para mover un objeto
y la velocidad a la que éste se mueve.
• Un engrane afecta la manera en que otro engrane se mueve, basándose en cómo se configuran los engranajes en el sistema.
Relación de transmisión (Radio de Engranes). Es una relación matemática que indica la diferencia, en el tamaño de los engranes,
en un sistema de engranajes. La velocidad a la que se mueve un
engrane está basada en el número de dientes o en el diámetro
de cada engrane.
Relación de transmisión = Número de dientes / Número de dientes: 1
(Engrane grande)
(Engrane pequeño)
Diámetro
(Engrane grande)
/
o
Diámetro
(Engrane de pequeño): 1
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Diámetro. Es la distancia medida en línea recta, que pasa por el centro de un
círculo y termina en la circunferencia.
Trabajo. Es el esfuerzo realizado durante el uso de los engranes.
Carga. Es el objeto (peso) levantado o movido que proporciona la resistencia
a los engranes.
Fuerza. Es cualquier tipo de empuje o jalón aplicado a un objeto.
Bisel. Es un ángulo inclinado que no es un ángulo recto.
Nota. Los engranes especiales pueden ser utilizados para cambiar la dirección
de un movimiento circular y aumentar o disminuir la velocidad, según sea necesario.
Actividad.
Investiga qué artefactos utilizan engranes y escribe 10 ejemplos.
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Empecemos con los engranes.
24
¿Cómo los engranes hacen el
trabajo más fácil?
Los engranes pueden hacer el trabajo
más fácil, de tres maneras diferentes:
•Fuerza
Los engranes pueden cambiar la
fuerza que se necesita para mover
algo. Cuando se activa un engrane
pequeño, se puede mover un engrane
grande. Tenemos que girarlo muchas
veces para hacer una vuelta en torno
a un engrane grande, pero el engrane pequeño no requiere mucha fuerza
para girar.
•Velocidad
Los engranes pueden cambiar la velocidad a la que se mueve una máquina. Si dos engranes son de diferentes
tamaños, el engrane más pequeño gira
más rápido que el engrane grande.
Muchas máquinas utilizan engranes
de diferentes tamaños para lograr que,
ciertas partes de la máquina, se muevan más rápido o más lento que otras.
•Dirección
Los engranes pueden cambiar la dirección de algo que se mueva. Cuando
dos engranes están interconectados
giran en direcciones opuestas y pueden hacer que, partes de una máquina, giren
en direcciones opuestas. También se pueden agregar engranes junto a otros ya
colocados, pero eso cambia la dirección de giro. Diferentes arreglos de engranes
permiten a las máquinas trabajar en variadas y diferentes direcciones.
Un ejemplo de cómo los engranes trabajan.
Imagina que te piden levantar una pesada carga, para depositarla en el segundo
piso de una casa en construcción. El único material disponible son un conjunto
de engranes y unas barras metálicas, las cuales tienen, colocado en uno de sus
extremos, un gancho para sujetar la carga que necesitas desplazar.
¿Existirá una máquina simple que te pueda ayudar? Claro que sí. Si utilizas una
combinación de engranes puedes crear un mecanismo que, con el impulso proporcionado por ti, active una serie de engranes pequeños, los cuales a su vez,
transmitirán su movimiento a engranes 4 veces más grandes, que el que utilizamos en la parte inicial del mecanismo. Con este arreglo de engranes obtendrás
un gran torque, lo que te permitirá elevar la carga sin problemas y con mucha
facilidad, utilizando esta máquina simple.
123
Actividad
Los engranes fueron un invento bastante moderno. Realiza una investigación
para conozcas más, acerca de los primeros engranes, así como del uso de esta
máquina simple.
¿Qué es la ventaja mecánica?
¿Cuánto nos pueden ayudar los engranes?
Sólo contando los dientes del engrane y la división de unos pocos números,
podemos averiguar, cuánto más fácil o rápido los engranes pueden realizar el
trabajo.
1. Cuenta el número de dientes, tanto del Engrane Conductor, como del Engrane Conducido.
____________________________________________________________
2. Divide el número, del Engrane Conductor, entre el número del Engrane Conducido. La respuesta es la Ventaja Mecánica (VM), la cual indica cuántas veces
es más fácil tu trabajo.
VM = Número de dientes del Engrane Conductor / Número de dientes del
Engrane Conducido
3. También puedes averiguar la (VM), midiendo el diámetro de cada engrane.
Divide el diámetro del Engrane Conducido, entre el diámetro del Engrane Conductor. ¿Es la respuesta la misma que el resultado del paso 2?_____________
VM
=
Diámetro del Engrane Conductor
/
Diámetro del Engrane
Conducido
4. Puedes usar la relación de engranes, para saber cuántas veces más rápido,
algo se puede mover, cuando se utiliza un engrane grande para hacer girar uno
pequeño. Divide el número de dientes del engrane grande entre los dientes del
engrane pequeño, para obtener esta relación.
Relación de engranes = Número de dientes del Engrane Grande
/
Número de dientes en del Engrane Pequeño : 1
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1. Los engranes te permiten utilizar menos fuerza.
Imagina que puedes girar un pequeño carrusel. Un engrane grande con 500
dientes se une a la plataforma, sobre la que la gente gira. Un pequeño engrane
con 20 dientes está conectado a un motor.
VM = 500 / 20
VM = 25
Una ventaja mecánica de 25, significa que el motor gira el engrane pequeño 25
veces, durante un giro del carrusel, pero se necesita 25 veces menos fuerza, de
lo que tomaría girar al engrane grande una vez.
La (vm) muestra el número de veces que, el sistema de engranes, multiplica la
fuerza de esfuerzo aplicado al engrane pequeño.
2. Los engranes generan velocidad.
Imagina que usas un taladro de mano. Gira la manivela, en el engrane grande,
que tiene 60 dientes. El engrane pequeño tiene 15 dientes.
Relación de engranes = 60 / 15: 1
Relación = 4: 1
La relación del engrane es de 4:1, lo que significa que, la broca gira cuatro
veces más rápido de lo que gira la manivela, ya que estás utilizando un engrane
grande para girar uno pequeño. Esto te ayudará a perforar un agujero, de forma
más rápida y fácil.
La relación de engranes indica, cuántas veces más rápido gira el engrane pequeño, cuando aplicamos la fuerza de esfuerzo al engrane grande.
Cuestionario Qwizdom o Comunidad Virtual
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