FUERZAS MOVIMIENTO DEFORMACIONES MÁQUINAS
FUERZAS Y MÁQUINAS PARA FÍSICA Y QUÍMICA DE SECUNDARIA:
Analizar el papel que juegan las fuerzas como causa de los cambios en el estado de movimiento o de las deformaciones y los efectos de la fuerza de rozamiento en situaciones cotidianas. Asimismo interpretar el funcionamiento de las máquinas simples en la transformación de un movimiento en otro diferente, y la reducción de la fuerza aplicada, para valorar su utilidad en la vida diaria.
Aportado por Omar Socorro Cordero
Una MÁQUINA es un conjunto de piezas fijas y móviles, que permite aprovechar, dirigir y transformar la energía con un objetivo determinado.
CINCO FASES A ABORDAR DENTRO DE ESTA SITUACIÓN DE APRENDIZAJE, LAS DOS PRIMERAS DEBEN CONSIDERARSE PREVIAS AL OBJETIVO DE POLEAS:
FUERZAS Y MOVIMIENTO: FUERZAS Y MOVIMIENTO: DINÁMICA Y CINEMÁTICA PARA SECUNDARIA
FUERZAS Y DEFORMACIONES: LEY DE HOOKE. FUERZA ELÁSTICA
POLEAS Y POLIPASTOS: Utilizar las ventajas mecánicas del dispositivo, bien por el cambio de dirección de aplicación de la fuerza, o por reducción de la misma. (Poleas con cadenas en talleres, para elevación manual de motores y piezas pesadas)
RUEDAS DENTADAS EN LAS BICICLETAS (SE HACEN VISIBLES LOS CAMBIOS DE MARCHA QUE UTILIZAN LOS VEHÍCULOS A MOTOR)
PALANCAS Y HERRAMIENTAS MANUALES: TENAZAS Y ALICATES:
Está claro que el alicate, en este contexto, es una máquina. Notar como su diseño hace un servicio. Pensar en dónde debemos hacer la presión si queremos cortar un cable típico de luz. ¿Qué color de la fuerza que pretendemos hacer es la óptima para cortar el cable?. Me da que esto tiene que ver con las leyes de las palancas. Ciertamente, el diseño del alicate es una ayuda para los electricistas.
POLEAS Y POLIPASTOS:
Observando las dos figuras siguientes, debemos reconocer el interés que tiene el diseño de los mecanismos que se muestran, para optimizar las fuerzas que se realizan:
Debemos en la figura 1, reconocer la «ventaja mecánica» que supone que para elevar un cuerpo, a través de esa polea fija, cambiamos la dirección de aplicación de la fuerza. Seguro que con esa polea nos ahorramos daños en la espalda y lumbagos… Por otro lado, nos damos cuenta que si queremos subir el cuerpo 50 cm, tenemos que «jalar» de 50 cm de cuerda.
En la figura 2, con ese mecanismo tenemos no sólo la ventaja de cambiar la dirección, sino que de la combinación de una polea fija y otra móvil, hemos conseguido reducir el valor de la fuerza que tenemos que hacer para elevar el cuerpo, a la mitad. Eso implica una «ventaja mecánica» de 2. Por otro lado, notar que si queremos elevar el cuerpo 50 cm tendremos que «jalar» de un metro de cuerda… pensarlo y relacionarlo con el valor de 2 de la ventaja mecánica en este caso.
Deseamos, en esta conclusión final de la unidad de aprendizaje que el alumno sea capaz de entender las dos figuras que se muestran, concretamente los valores expuestos de las Tensiones, apoyándose en la primera Ley de Newton, o incluso en la segunda, si realizamos la transformación a velocidad constante.
Para ello proponemos el tratamiento de la Fuerza Tensión en situaciones habituales de ejercicios de Dinámica, para Física y Química de Secundaria.
POLEAS, USO DE LAS LEYES DE NEWTON CUANDO HAY TENSIONES:
UTILIZACIÓN DE LAS LEYES DE NEWTON, para obtener la aceleración y la Tensión de una cuerda, en el caso de dos masas enlazadas, una de ellas que cuelga y la otra sobre un plano horizontal con rozamiento.
UTILIZACIÓN DE LAS LEYES DE NEWTON, para obtener la aceleración y la Tensión de un sistema de dos masas enlazadas que cuelgan a ambos lados de una polea.
EJERCICIO QUE SE RESUELVE EN EL VÍDEO:
De una polea sin rozamiento cuelgan dos masas: m1=5 kg y m2=20 kg, a ambos lados de la misma. Hallar la aceleración de cada una de las masas, así como la tensión de la cuerda.
ACTIVIDAD 5, REALIZAR CON POSTERIORIDAD AL VISIONADO:
Realizar el ejercicio anterior, suponiendo que ponemos encima de la masa 1 un cuerpo de 600 gramos de masa. Comparar los resultados obtenidos con los del ejercicio anterior justificándolos.
UTILIZACIÓN DE LAS LEYES DE NEWTON, para obtener la aceleración y la Tensión de un sistema de dos masas enlazadas, una sobre un plano inclinado con rozamiento y otra que cuelga por el borde.
EJERCICIO QUE SE RESUELVE EN EL VÍDEO:
Disponemos de un sistema de dos masas enlazadas con cuerdas inextensibles y de masas despreciables que pasan por una polea sin rozamiento.
Una de las masas (m1) se encuentra en un plano inclinado 30º con respecto a la horizontal y está unida, mediante una cuerda inextensible y de masa despreciable que pasa por la garganta de una polea sin rozamiento, a otra masa (m2) que cuelga por el borde del plano. Las masas respectivas son m1=20 kg y m2=50 kg, de tal modo que por causa de m2 es posible que m1 ascienda por el plano inclinado.
Existe rozamiento entre la masa m1 y la superficie del plano inclinado caracterizado por un coeficiente de valor 0,05. Hallar la aceleración del sistema y la tensión de la cuerda.
ACTIVIDAD 6, REALIZAR CON POSTERIORIDAD AL VISIONADO:
Realizar el ejercicio anterior, suponiendo despreciable el rozamiento. Comparar los resultados obtenidos con los del ejercicio anterior justificándolos.