Máquinas simples y complejas Un libro de la Serie Ciencias de la Física de Science A-Z Número de palabras: 1,328 Máquinas simples y complejas Escrito por Ned Jensen Visita www.sciencea-z.com www.sciencea-z.com
Máquinas simples y complejas ELEMENTOS CLAVE USADOS EN ESTE LIBRO La idea importante: Las máquinas nos ayudan a hacer un trabajo con más rapidez, facilidad y/o de una manera más segura. Las máquinas reducen la cantidad de fuerza que se necesita para hacer un trabajo pero con frecuencia es necesario hacer el trabajo en una distancia mayor. Se pueden encontrar siete tipos de máquinas simples en varios aparatos que usamos todos los días. Se pueden combinar una o más máquinas simples para formar una máquina compleja. Entender cómo funcionan varias máquinas ayudará a los estudiantes a elegir las máquinas adecuadas y a usarlas correctamente. Palabras clave: carga, cuchillo, cuña, distancia, eje, empujar, energía, engranaje, fricción, fuerza, fulcro, girar, herramienta, jalar, levantar, máquina, máquina compleja, máquina simple, martillo, palanca, palanca de primera clase, palanca de segunda clase, palanca de tercera clase, pendiente, peso, plano inclinado, polea, polispasto, rampa, robot, rueda, rueda y eje, sube y baja, tornillo, trabajo Destreza de comprensión clave: Causa y efecto Otras destrezas de comprensión adecuadas: Comparar y contrastar; clasificar información; idea principal y detalles; identificar hechos; elementos de un género; interpretar gráficos, cuadros y diagramas; uso de un glosario y términos en negrita; uso de una lista de contenidos y encabezados Estrategia de lectura clave: Resumir Otras estrategias de lectura adecuadas: Formular y responder preguntas; relacionar con conocimientos previos; visualizar; volver a contar Créditos fotográficos: Portada: Learning A Z; contraportada: istockphoto.com/dustin Steller; página de título: istockphoto.com/mypokcik; página 3: istockphoto.com/objectsforall; página 4: istockphoto.com/cristian Lazzari; página 5 (izquierda): Fotosearch.com; página 7 (arriba izquierda): istockphoto.com/andrew Manley; página 7 (arriba derecha): istockphoto.com/gianluca Padovani; página 7 (centro izquierda): istockphoto.com/marcela Barsse; página 7 (centro derecha): istockphoto.com/cenk Ertekin; página 7 (abajo izquierda): istockphoto.com/neil Fensom; página 7 (abajo centro): istockphoto.com/jim Jurica; página 7 (abajo derecha): Massimiliano Leban/123RF; página 8: Jupiterimages Corporation; página 9 (arriba): Bettmann/Corbis; página 9 (abajo): istockphoto.com/duncan Astbury; página 10 (arriba izquierda): istockphoto.com/vadim Subbotin; página 10 (arriba derecha): istockphoto.com/peter Burnett; página 10 (abajo): Christopher Meder/123RF; página 11: istockphoto.com/carmen Martínez Banús; página 13 (arriba izquierda): Sergey Lavrentev/123RF; página 13 (abajo izquierda): Monkey Business Images/Dreamstimes.com; página 13 (derecha): istockphoto.com/ben Conlan; página 14 (izquierda): istockphoto.com/peter Albrektsen; página 14 (derecha): Christophe Testi/Dreamstimes.com; página 15 (arriba): istockphoto.com/nikada; página 15 (abajo): Cortesía de Dr. Anton Velušček; página 16: Alexey Romanov/123RF.com; página 18 (izquierda): istockphoto.com/richard Goerg; página 18 (derecha): istockphoto.com/dave White; página 20 (engranaje): istockphoto.com/jason Murray; página 21 (izquierda): istockphoto.com/charles Brutlag; página 21 (derecha): istockphoto.com/wojtek Kryczka; página 22 (derecha): NASA/Science Source/Photo Researchers, Inc. Créditos de las ilustraciones: Páginas 6, 12, 17: Cende Hill; páginas 19, 20 (excepto el engranaje): Casey Jones Escrito por Ned Jensen www.sciencea-z.com Máquinas simples y complejas (Simple and Complex Machines) Learning A-Z Escrito por Ned Jensen Traducido por Lorena F. Di Bello Todos los derechos reservados. www.sciencea-z.com
Contenidos Introducción...4 Tipos de máquinas simples...7 Introducción Plano inclinado...8 Cómo haces un trabajo? Cómo comes Cuña...9 cereales o abres la tapa de un frasco? Tornillo...10 Probablemente usas herramientas. Palanca...11 Las herramientas hacen que un trabajo sea Rueda y eje...14 más fácil. Una máquina es un aparato que usa Engranaje...16 energía para hacer trabajos. Las herramientas Polea...17 que tienen solo unas pocas partes se llaman máquinas simples. Un martillo es una máquina Resumen de las máquinas simples...19 simple. Algunas máquinas combinan varias Máquinas complejas...21 máquinas simples. Los relojes y las bicicletas Conclusión...22 son máquinas complejas. En este libro, Glosario...23 aprenderás cómo hacen las máquinas Índice...24 para que un trabajo sea más fácil. 3 4
Los animales también usan herramientas! Los simios usan palitos para sacar hormigas de los hormigueros. Las nutrias marinas usan rocas para abrir las conchas de las almejas. Los cuervos hacen ganchos de alambre para extraer alimentos de un recipiente alto y delgado. A qué nos referimos con trabajo? Para la ciencia, trabajo significa mover algo. Para mover algo, usas la fuerza. Cuanto mayor es la fuerza que se necesita para mover un objeto, mayor es el trabajo que se hace. Cuanto mayor es la distancia que recorre algo, mayor es el trabajo hecho. En ambas rampas se hace la misma cantidad de trabajo. La rampa de arriba requiere el doble de la fuerza que requiere la rampa de abajo, pero en la rampa de abajo se debe recorrer el doble de distancia. Qué rampa preferirías usar? Cada vez que empujas, jalas, giras o levantas un objeto, usas fuerza. La cantidad de fuerza que se necesita depende de cuán pesado es el objeto. Se necesita mucha más fuerza para mover una roca grande que para mover una roca pequeña. Las máquinas hacen que el trabajo sea más fácil al reducir la cantidad de fuerza que se necesita para mover un objeto, o carga. Pero hay un intercambio. Las máquinas te facilitan el trabajo, pero debes trabajar en una distancia mayor. 5 6
Tipos de máquinas simples Hay solo unos pocos tipos de máquinas simples. Algunas no tienen partes movibles. Algunas tienen solo unas pocas partes movibles. Estas son las siete máquinas simples sobre las que leerás en este libro. fuerza de 80 kilos Plano inclinado nevera de 110 kilos Plano inclinado Engranaje Cuña Palanca El plano inclinado es una máquina muy simple. Es una superficie con una pendiente, o inclinación. Los planos inclinados nos sirven para cambiar la altura de un objeto pesado. Una rampa es un plano inclinado común. Los servicios de mudanzas usan rampas. Es más fácil deslizar una caja pesada hacia arriba por una rampa que levantar la caja directamente. Subir la caja por la pendiente de una rampa requiere menos fuerza. Cuanto más larga es la rampa y más moderada es la pendiente, menos fuerza se necesita para subir la caja por allí. Pero recuerda el intercambio. Cuanto más moderada y larga es la pendiente, mayor es la distancia que Rueda y eje Tornillo Polea tendrás que empujar o jalar la carga. 7 8
Hace más de 3,000 años, los egipcios usaron planos inclinados para construir las pirámides. Usaron unas rampas largas para mover piedras pesadas colina arriba. plano inclinado Cuña La cuña en realidad son dos planos inclinados que se juntan. Una cuña te ayuda a dividir cosas. El filo de un cuchillo es una cuña. Tus dientes frontales también son cuñas. Las cuñas cortan cosas dividiéndolas. Cuanto más angosta es una cuña, más CUÑA sencillo será dividir una cosa. plano inclinado plano inclinado Un plano inclinado se enrosca alrededor del centro del tornillo. A medida que el tornillo gira, se introduce en el objeto. Tornillo El tornillo es un plano inclinado enroscado alrededor de una varilla. La rosca del tornillo es el plano inclinado. A medida que vas haciendo girar el tornillo, la rosca hace que el tornillo se meta en la madera o en el metal. Los tornillos generalmente mantienen dos cosas unidas, como por ejemplo dos maderas. También pueden mover cosas hacia adelante al empujarlas con la rosca. Una cuña parte una madera. 9 10 Los tornillos unen cosas.
Palanca La palanca es una máquina que mueve cosas pesadas. Una palanca tiene en general dos partes. Una de las partes es una tabla o barra. La tabla está colocada en un punto llamado fulcro. La tabla pivota, o gira, sobre el fulcro. Si quieres usar una palanca para levantar algo, colócalo en una de las partes de la palanca. Luego, empuja sobre otra parte de la palanca. Cuando el fulcro está cerca de un objeto, el objeto se puede levantar con más facilidad pero no tan alto. Si alguna vez has estado en un sube y baja, has usado una palanca. En un sube y baja, es posible mantenerte en equilibrio con alguien que es mucho más pesado que tú. Te sientas lejos del fulcro y la persona más pesada se sienta cerca del fulcro. barra más peso fulcro menos peso PALANCA 11 12 Si el fulcro se encuentra lejos del objeto, es más difícil levantar el objeto, pero lo podemos levantar más alto. El fulcro se puede colocar en cualquier parte de una palanca, no solo en el centro. Si cambias la ubicación del fulcro puedes facilitar tu tarea. Cuanto más cerca está el objeto del fulcro, más fácil es moverlo. Cuanto más lejos está la fuerza del fulcro, más fácil es mover el objeto. En el diagrama de arriba, la primera palanca requiere la mitad de fuerza que requiere la segunda palanca.
Hay varias maneras de armar una palanca. El fulcro puede estar entre la fuerza y el mayor distancia rueda objeto, como en un sube y baja. O el objeto menor distancia puede estar entre la fuerza y el fulcro. Una carretilla es un ejemplo. La fuerza también puede estar entre el fulcro y el objeto. rueda eje eje La rueda gira una distancia mayor que el eje pero con menos fuerza. Palanca de primera clase objeto fuerza objeto Palanca de tercera clase fuerza Rueda y eje La rueda y el eje forman otra máquina simple. Está compuesta por una rueda unida a un eje con forma de varilla. Cuando la rueda gira, el eje también gira. objeto fulcro Palanca de segunda clase fulcro fuerza Mover el fulcro y el objeto en una palanca te ayuda a hacer cosas diferentes. fulcro La rueda es más ancha que el eje. Cuando una fuerza hace girar la rueda, la fuerza se transfiere al eje. La rueda recorre una distancia mayor al dar una vuelta con menor fuerza. El eje recorre una distancia menor al dar la vuelta con mayor fuerza, por eso puede mover objetos pesados. El picaporte de una puerta es una rueda y un eje. Hace que abrir una puerta sea más fácil. Las ruedas y ejes se usan en carros y bicicletas. 13 14
Una carreta con ruedas crea menos fricción que una carreta sin ruedas. Las ruedas reducen la cantidad de fricción entre las cosas. La fricción es una fuerza que sucede cuando dos superficies frotan entre sí. Dificulta el movimiento de un objeto. Cuánto más rocen las superficies de ambos objetos, más fricción hay. Cuanta más fricción hay, más difícil es que los objetos se muevan uno sobre el otro. En una rueda, solo una parte pequeña toca el suelo a la vez causando fricción. Sin las ruedas, habría mucha más fricción entre la carreta y el piso. La rueda más antigua encontrada fue descubierta por unos arqueólogos en Eslovenia. Se cree que tiene más de 5,100 años. 15 16 Por cada vez que el engranaje grande completa un giro, el engranaje pequeño gira más de una vez. El engranaje grande tiene más fuerza, mientras que el engranaje pequeño se mueve más rápido. Engranaje El engranaje es en realidad una rueda dentada. Los engranajes transmiten fuerza de un lugar a otro. Los engranajes están unidos a ejes. Aumentan o disminuyen la velocidad de un objeto o cambian la cantidad de fuerza que se necesita para moverlo. Un engranaje grande girará más lentamente que un engranaje pequeño al que está conectado. Pero el engranaje más grande girará con una fuerza mayor.
Polea POLEA POLISPASTO La polea combina una rueda y una cuerda. una polea La cuerda cambia la dirección de la fuerza. Observa el diagrama. Al jalar hacia abajo la cuerda que es parte de la polea, se eleva el cadena objeto dos poleas heno que se encuentra en la otra punta. Al jalar la cuerda hacia abajo se eleva el heno. 17 18 Una polea cambia la dirección de la fuerza. Al jalar hacia abajo, se levanta la carga. Un grupo de dos o más poleas se llama polispasto. La cuerda se mueve una distancia mayor pero se necesita menos fuerza para levantar la carga. También se puede usar una polea para disminuir la cantidad de fuerza necesaria para mover algo. Si colocas dos o más poleas juntas, la cuerda se moverá una distancia mayor. Ahora se necesitará menos fuerza para moverlo. Pero recuerda el intercambio: si agregas poleas para reducir la fuerza tendrás que jalar de la cuerda una distancia mayor para levantar la carga. Si agregas la cantidad necesaria de poleas como para reducir la fuerza a un cuarto, deberás jalar de la cuerda cuatro veces más.
Resumen de las máquinas simples La tabla siguiente muestra las siete máquinas simples principales y sus usos. Palanca Para levantar cosas pesadas Máquina simple y su uso Dibujo Plano inclinado Para subir o bajar objetos pesados Rueda y eje Para reducir la fricción y facilitar la tarea al mover algo Cuña Para dividir cosas Engranaje Para reducir la fuerza que se necesita para mover algo Tornillo Para unir cosas Polea Para levantar objetos pesados 19 20
Máquinas complejas Muchas máquinas combinan varias máquinas simples. Por ejemplo, una carretilla es una palanca con una rueda y un eje. Una bicicleta tiene ruedas y ejes, poleas y engranajes. Un abrelatas tiene una cuña, una palanca y un engranaje. Las máquinas complejas hacen que las tareas difíciles o peligrosas sean más fáciles. Las batidoras eléctricas baten la masa una y otra vez. Las grúas nos ayudan a construir edificios. Los robots construyen carros y excavan escombros. Cada una de estas máquinas combina máquinas simples para hacer que el trabajo sea más fácil. 21 22 Las máquinas hacen cosas que las personas no podemos hacer. Por esta razón, enviamos robots a explorar el espacio y las partes más profundas de los mares. Los robots como este podrían explorar los mares de la luna de Júpiter, Europa. Conclusión Usamos muchas máquinas para que nos ayuden a hacer el trabajo. Las máquinas pueden ser simples, con solo una o pocas partes. El plano inclinado, la cuña, el tornillo, la palanca, la rueda y el eje, el engranaje y la polea son máquinas simples. Las máquinas complejas combinan máquinas simples. Muchas máquinas nos ayudan a hacer tareas que son difíciles, aburridas o peligrosas. Todas las máquinas nos ayudan a hacer un trabajo, ya sea al usar menos fuerza en una distancia mayor o más fuerza en una distancia menor. Qué máquinas has usado hoy?
carga cuña eje engranaje fricción fuerza fulcro máquina máquinas complejas Glosario algo que se levanta o se transporta (pág. 6) máquina simple con un extremo angosto o puntiagudo y un extremo ancho, que se usa para dividir dos objetos o partes (pág. 9) varilla o vara alrededor de la cual gira una rueda (pág. 14) rueda dentada que se conecta con otro objeto dentado para cambiar la velocidad o la dirección; tipo de máquina simple (pág. 16) fuerza que se crea cuando dos objetos frotan entre sí (pág. 15) vigor o energía que mueve un objeto (pág. 5) punto sobre el que pivota o gira una palanca (pág. 11) cualquier aparato que use energía para ayudar a una persona a hacer un trabajo (pág. 4) aparatos compuestos por más de una máquina simple; máquinas compuestas (pág. 4) máquinas aparatos básicos que funcionan con simples el uso de una sola fuerza (pág. 4) palanca barra rígida que pivota o gira sobre un fulcro; tipo de máquina simple (pág. 11) plano inclinado superficie oblicua que facilita el movimiento de un objeto entre un nivel más bajo y un nivel más alto; tipo de máquina simple (pág. 8) polea rampa rueda rueda y eje tornillo palanca circular, generalmente una rueda con una cuerda a su alrededor; tipo de máquina simple (pág. 17) camino en pendiente que se usa para mover cosas entre un nivel más bajo y un nivel más alto (pág. 8) objeto redondo que gira alrededor de un punto central (pág. 14) objeto redondo que gira alrededor de una varilla o una vara; tipo de máquina simple (pág. 14) plano inclinado enrollado alrededor de una varilla, que se usa generalmente para unir cosas; tipo de máquina simple (pág. 10) trabajo acción de mover algo (pág. 4) distancia 5, 6, 8, 14, 18, 22 empujar 5, 8, 10, 11 jalar 5, 8, 17, 18 levantar 5, 8, 11, 18, 20 Índice mover 5, 6, 8 12, 14 16, 18, 20 trabajo 4 6, 21, 22 23 24