Repasa
Eres capaz de…
Resolver problemas sobre máquinas simples
Recursos y fichas fotocopiables
• Refuerzo: Fichas 23, 24 y 25.• Ampliación: Ficha 7.
• Recursos para la evaluación: Control 7/Test 7.
• Más recursos. Conocimiento del medio 5.
• 100 propuestas para mejorar la competencia en el Conocimiento e interacción con el mundo físico.
Estrategias del programa de ESTUDIO EFICAZ
• Completar esquemas; actividad 5, página 84.
• Releer y explicar; actividad 10, página 84.
Previsión de dificultades
• Muchos alumnos tienden a pensar que si
un cuerpo no está en movimiento quiere decir que no está actuando ninguna fuerza sobre él. Recalque el hecho de que sobre un cuerpo en reposo actúan constantemente fuerzas, como por ejemplo la de la gravedad, y que no necesariamente una fuerza tiene que cambiar el estado de movimiento de un cuerpo.
• Es posible que los alumnos no identifiquen como
máquinas un balancín, una rampa o una rueda, sino aparatos formados por muchos elementos, es decir, máquinas complejas. Insista en la definición del término y recuérdeles que una máquina es todo aquello que nos sirve para realizar una tarea con un esfuerzo menor, por sencillo que sea.
Sugerencia de
temporalización
Septiembre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Octubre Aprende a hacer: Un experimento con fuerzasEl mundo que queremos: ¡No olvides el cinturón!
El movimiento y la velocidad
La fuerza de la gravedad
y el movimiento Las máquinas simples
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Objetivos
• Sabedes. • Conoas.Sugerencias didácticas
Para empezar Haga uerpo. Para explicar • Al hación solar. • Expla humedad… 88Busca en el diccionario las
●
siguientes palabras o expresiones, relacionadas con el mundo de los barcos:
dique seco – botar – cabo ¿Qué piensas que quería decir
●
Arquímedes con la oración «dadme un punto de apoyo y moveré el mundo»? La polea es una máquina
●
simple. Nombra alguna otra máquina simple.
Las fuerzas
y el movimiento
La sabiduría de Arquímedes
«Dadme un punto de apoyo», dijo Arquímedes, «y moveré el mundo».
El rey Hierón, creyendo que aquello era un farol, le pidió que moviera algún objeto pesado: quizá no el mundo, pero sí algo de bastante volumen. Arquímedes eligió una nave que había en el dique seco y pidió que la cargaran de pasajeros y mercancías; ni siquiera vacía podrían haberla botado gran número de hombres tirando de un sinfín de sogas.
Arquímedes anudó los cabos y dispuso un sistema de poleas conectadas unas con otras. Tiró de la soga y, con una sola mano, botó lentamente la nave.
ISAAC ASIMOV
Momentos estelares de la Ciencia. Adaptación
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Más información
Arquímedes de Siracusa (h. 287 a.C.–h. 212 a.C.)
Arquímedes ha pasado a la historia de la ciencia como uno de los más grandes inventores de todos los tiempos. Además de inventor, fue un eminente matemático, ingeniero, físico y astrónomo.
Arquímedes vivía en Siracusa y se saben pocos detalles de su vida. Fue quien explicó por primera vez los principios de la palanca de ma- nera científica y el inventor del polipasto, la combinación de poleas que permite ahorrar esfuerzos al elevar grandes pesos. Sin embargo, él mismo consideraba que su mayor hallazgo matemático era el ha- ber probado que el volumen y el área de una esfera son dos tercios de los de un cilindro con igual radio y altura el doble del radio.
Objetivos
• Recordar a los alumnos los efec-
tos que las fuerzas pueden ejer- cer sobre los cuerpos.
• Aprender que las fuerzas pue-
den ser de atracción y de repul- sión.
• Saber que las máquinas sirven
para ahorrarnos tiempo y es- fuerzo y que necesitan energía para funcionar.
• Presentar a los alumnos los con-
tenidos de la unidad.
Sugerencias didácticas
Para empezar
• Invite a los alumnos a observar
la ilustración y a identificar en ella algunas máquinas. Cuando mencionen la polea, hágales notar que el funcionamiento de nuestras modernas grúas se basa en el mismo principio em- pleado por Arquímedes.
Para explicar
• Explique a los niños que, aun-
que solemos entender por má- quinas mecanismos y aparatos complejos, las máquinas sim- ples se encuentran en la base de todos ellos. Por ejemplo, casi todas las máquinas poseen rue- das y engranajes basados en la rueda, una máquina simple.
• Invite a los alumnos a observar
su entorno e identificar en él la presencia de las máquinas sim- ples. Los rebajes de los bordi- llos de las aceras o las rampas son máquinas. Pregúnteles cuál creen que es su utilidad.
• En esta unidad los alumnos van
a conocer tan solo la polea y no el polipasto, es decir, la combi- nación de poleas. Si lo cree con- veniente, coménteles que la po- lea sirve para cambiar el sentido de la fuerza que se ejerce, pero que para reducir la fuerza que se necesita es necesario emplear una combinación de ellas.
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UNIDAD
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es, os
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Las fuerzas
Las fuerzas causan diversos efectos sobre los cuerpos:
Las fuerzas pueden actuar por contacto, co- mo cuando se golpea una pelota con un ba- te, o a distancia, como cuando un imán atrae un objeto de hierro que está separado de él. Algunas fuerzas son de atracción, como en el caso de un imán y un objeto de hierro, mien- tras que otras son de repulsión, como la fuer- za que ejercemos con la bota sobre un balón.
1. Di ejemplos de fuerzas que actúen por contacto y fuerzas que actúen a distancia.
2. Di ejemplos de fuerzas de atracción y de fuerzas de repulsión.
3. Observa la secuencia y describe lo que ocurre en cada viñeta. Utiliza algunas de las palabras siguientes:
detenido – fuerza – contacto – comienza a moverse – movimiento –
disminuye su velocidad
La materia
Las máquinas son objetos que empleamos para ahorrar tiempo o esfuerzo al realizar nuestras tareas.
Las máquinas necesitan energía para funcionar. Algunas emplean la energía de las personas y otras emplean otros tipos de energía, como la energía eléctrica o la del combustible. Las máquinas simples son las que tienen po- cas piezas. Las máquinas compuestas están formadas por varios elementos.
Algunas máquinas simples son la rueda, el plano inclinado y la palanca.
4. Indica qué máquinas aparecen en las imágenes y qué energía emplean para funcionar.
RECUERDA LO QUE SABES
Por qué se mueven los cuerpos y por qué se
●
detienen.
Cómo afectan las fuerzas a los movimientos.
●
Qué es la velocidad y cómo se averigua la
●
velocidad de un cuerpo.
Qué es la fuerza de gravedad y cómo afecta
●
al movimiento.
Cuáles son las máquinas simples más
●
importantes.
Cómo actúan las máquinas simples.
●
Cómo se realiza un experimento.
●
VAS A APRENDER
B
C
Hacen que se muevan. Hacen que se detengan.
Hacen que se deformen. Hacen que se rompan.
A B C
A
Entre los inventos más ingeniosos de Arquímedes se encuentra el tornillo sin fin. Fue diseñado para extraer el agua de la sentina del mayor barco de la flota de la ciudad de Siracusa, una nave capaz de llevar a bordo hasta seiscientos tripulantes.
Este mecanismo se utiliza todavía hoy para extraer carbón, cereales y también líquidos de sus depósitos desde lugares muy bajos hasta sus canales de irrigación. Consiste en una hoja con forma de tornillo que se inserta dentro de un cilindro y que gira constantemente.
Competencia social y ciudadana
Aproveche para hablar de las má- quinas que se empleaban en la Antigüedad, como los molinos, los carros, los barcos, el arado… Pida a los alumnos que redacten un breve informe sobre ellas, con qué tipos de energía se movían y cuál era su utilidad.
Soluciones
Ilustraciones
• Un dique seco es un lugar del
muelle o puerto de donde se ha extraído el agua para repa- rar los barcos. Botar es echar al agua un barco recién cons- truido. Un cabo es una cuerda en lenguaje marinero.
• Que con poca fuerza y un punto
de apoyo podría mover objetos enormes, como el mundo.
• La rueda, el plano inclinado y la
palanca.
Cuestiones
1. R. M.
Fuerzas que actúen por contacto son un empujón, un martillazo, ce- rrar una puerta... A distancia, la de la gravedad y la de los imanes, por ejemplo.
2. La de la gravedad o la de los
imanes cuando atraen un objeto de hierro son fuerzas de atrac- ción. Fuerza de repulsión es cuan- do se aproximan polos iguales.
3. A: el balón está detenido; em-
pujado por una fuerza de contacto comienza a moverse. B: sigue mo- viéndose porque ninguna fuerza lo detiene. C: el portero ejerce una fuerza sobre el balón y lo detiene.
4. A: un reproductor mp3, y funcio-
na con electricidad; B: una grapa- dora, y funciona con la energía de las personas; C: un molino, y em- plea la energía del viento.
UNIDAD
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El movimiento y la velocidad
1. Por qué se mueven los cuerpos
Para todos resulta evidente que un cuerpo que
está detenido no comenzará a moverse a menos que alguna fuerza actúe sobre él y lo haga poner- se en movimiento. Así, en un partido de fútbol, el balón no comienza a moverse hasta que no le pegan una patada.
Por su parte, si un cuerpo se está moviendo, se-
guirá moviéndose en línea recta, aunque nada ni nadie lo empuje, hasta que una fuerza haga que se detenga o que cambie de dirección. q Es de- cir, el balón que se está moviendo por el campo de fútbol se sigue moviendo aunque ya no hay ninguna fuerza que le haga moverse. Y continua- rá moviéndose hasta que alguna fuerza haga que pare. Por ejemplo, hasta que el portero lo deten- ga haciendo fuerza con sus manos en la direc- ción contraria al movimiento.
En ocasiones actúan fuerzas sobre un objeto y este, sin embargo, no se mueve. Ocurre, por ejemplo, cuando dos personas hacen fuerza en
direcciones opuestas en el juego del tirasoga. w
2. La fuerza del rozamiento
Según lo que hemos dicho en el apartado anterior, parece que un balón de fútbol no se detendría nunca si no lo para un jugador. Sin embargo, ya ha- brás visto que un balón, aunque nadie lo pare, acaba deteniéndose. Esto es porque hay una fuer- za que lo va frenando hasta que se detiene: la fuerza de rozamiento.
La fuerza de rozamiento es una fuerza que aparece cuando un cuerpo se mueve. La dirección de esta
fuerza siempre es contraria al movimiento. e Se
debe al roce con el suelo y también a la resistencia que ofrecen el aire o el agua. Los coches deporti- vos tienen una forma que disminuye el rozamiento con el aire. Igualmente, la forma de las lanchas tra- ta de disminuir el rozamiento con el agua. En el espacio exterior no hay aire y, por tanto, no existe rozamiento. Por eso, los satélites artificia- les y otras naves, cuando están en el espacio, se desplazan sin necesidad de gastar combustible.
q La bola se mueve en línea recta, aunque nada
ni nadie la esté empujando.
¿Hay alguna fuerza que haga moverse a la bola?
e La fuerza de rozamiento hace que el patinador
vaya más lento y que llegue a detenerse.
w La soga no se mueve, pues los dos equipos hacen
la misma fuerza y en direcciones opuestas.
fuerza de rozamiento movimiento 3. L La ve calcu tiemp tre Al vil tar largo (600 Por s ma ve y otro mento 4. E Cuan sobre verse que s cleta Cuand cesar la fue y que Al fin, pedal bicicle ga. S que a de las Par det ind Albac Albac
Objetivos
• Sabedes. • Conoas.Sugerencias didácticas
Para empezar Haga uerpo. Para explicar • Al hación solar. • Expla humedad…Otras actividades
Velocidad a pedalesTodos los objetos ofrecen resistencia al deslizamiento debido a la fuerza de rozamiento con el aire, con el suelo, etc. Las ruedas de una bicicleta rozan contra el pavimento y van frenando la velocidad a la que circulamos si dejamos de pedalear. Cuanto mayor es la superfi- cie de rozamiento, mayor es la fuerza que nos frena; por eso con los neumáticos bien hinchados se circula más deprisa: la superficie de contacto entre el neumático y el suelo es menor, y la fuerza de roza- miento también lo es.
Por esta razón, pedalear nos cuesta menos esfuerzo con las ruedas bien hinchadas y lo mismo sucede con los coches: con los neumáti- cos correctamente hinchados consumen menos combustible.
Objetivos
• Aprender que las fuerzas son
las causantes de que los obje- tos comiencen a moverse, se detengan o cambien de direc- ción.
• Comprender cómo actúa la fuer-
za de rozamiento.
• Saber qué es la velocidad y
comprender de qué forma las fuerzas influyen en ella.
Sugerencias didácticas
Para empezar
• Antes de comenzar la lectura
de los epígrafes, asegúrese de que los alumnos recuerdan cómo actúan las fuerzas, por contacto y a distancia, ponien- do algunos ejemplos. Si le es posible, hágales ver cómo unos clips o cualquier otro objeto pe- queño y metálico se desplazan por la fuerza magnética de un imán sin que este los toque.
Para explicar
• Como ejemplo gráfico de la
fuerza de rozamiento sobre la velocidad de los cuerpos, hable a los alumnos del paracaídas, que debido al rozamiento con el aire es capaz de frenar la caída de los objetos.
• Los niños pueden pensar que
cuando un objeto se mueve es porque una fuerza actúa so- bre él. Explique que cuando un cuerpo se halla en movimiento su tendencia es permanecer en movimiento si nada lo detiene, y ponga el ejemplo de una pastilla de hockey: la pastilla se desli- za a mucha velocidad sobre el hielo, y si finalmente acaba de- teniéndose es debido a la fuer- za de rozamiento que ejerce el hielo.
• Observando la ilustración 3, co-
mente que la única fuerza que actúa sobre el patinador es la de rozamiento, que hace que se vaya deteniendo poco a poco.
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3. La velocidad
La velocidad nos indica lo rápido que se mueve un cuerpo. Se calcula dividiendo el espacio que recorre un cuerpo entre el tiempo que tarda en recorrerlo. Por ejemplo, la distancia en- tre Albacete y Pamplona es de 600 kilómetros. Si un automó- vil tarda 6 horas en recorrer esa distancia, su velocidad a lo largo del recorrido habrá sido de 100 kilómetros por hora
(600 km : 6 h = 100 km/h). r
Por supuesto, el automóvil no circula todo el tiempo a la mis- ma velocidad; algunos momentos circulará a mayor velocidad y otros, a menor velocidad. Para saber la velocidad en un mo- mento concreto, debemos mirar el velocímetro del coche.
4. El movimiento de una bicicleta
Cuando la bicicleta está parada, no actúa ninguna fuerza sobre ella que la haga moverse. Para que comience a mo- verse, el ciclista debe ejercer una fuerza sobre los pedales, que se transmite a las ruedas. Esta fuerza hace que la bici- cleta comience a moverse y aumente su velocidad. Cuando la bicicleta alcanza la velocidad deseada, ya no es ne- cesario aumentar la velocidad. En ese caso, el ciclista ejerce la fuerza necesaria para contrarrestar la fuerza de rozamiento y que la bicicleta siga moviéndose con la misma velocidad. Al fin, cuando hay que detener la bicicleta, basta con dejar de pedalear. En ese caso, la fuerza de rozamiento hace que la bicicleta vaya disminuyendo su velocidad hasta que se deten- ga. Si se quiere detener la bicicleta en menos tiempo, hay que accionar el freno. El freno aumenta mucho el rozamiento de las ruedas, lo que hace que la bicicleta se detenga antes.
1.¿Podemos decir que siempre que se mueve un cuerpo es porque una fuerza lo está empujando?
2. Define la fuerza de rozamiento e indica un ejemplo en el que se vea cómo actúa esta fuerza.
3. Si Laura recorre en su bicicleta doce kilómetros en una hora, ¿cuál habrá sido su velocidad?
4. Explica cómo actúa el freno de una bicicleta.
Cuestiones
Para que un cuerpo comience a moverse, o para que se detenga, hay que ejercer una fuerza. La velocidad nos indica lo rápido que se mueve un cuerpo.
600 km
360 km 240 km
100 km/h
120 km/h 80 km/h
r Comparación de la velocidad de dos
automóviles. El automóvil A circula
siempre a 100 km/h. El automóvil B
circula tres horas a 80 km/h y otras tres horas a 120 km/h. Los dos recorren los 600 kilómetros en seis horas. Por lo tanto, su velocidad en ese recorrido es de 100 km/h. A B Albacete Pamplona Albacete Pamplona UNIDAD
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Una forma de comprobarlo es descendiendo una colina o rampa con la bicicleta de las dos maneras: con los neumáticos a la presión ade- cuada y después con los neumáticos ligeramente desinflados. Tomando el mismo impulso desde lo alto de la rampa, hay que anotar el punto donde se detiene el avance de la bicicleta. Los alumnos podrán observar que con los neumáticos bien inflados la distancia recorrida es mayor.
Para comprender
• Asegúrese de que los alumnos
han comprendido el modo en que actúan algunas fuerzas me- diante las siguientes preguntas: La fuerza de rozamiento, ¿actúa por contacto o a distancia? ¿Y la fuerza de la gravedad? ¿Por qué patinan los coches sobre la calzada cuando ha llovido y el suelo está mojado?
Competencia matemática
Proponga a los alumnos calcular la velocidad a la que caminan. Para ello deben elegir un recorrido cuya longitud conozcan con exactitud (como la pista polideportiva del centro), caminar a velocidad nor- mal durante 10 minutos y multi- plicar por 6 el espacio que hayan recorrido para saber el que reco- rrerían en una hora.
Soluciones
Ilustraciones
1. No, no hay ninguna fuerza ac-
tuando sobre ella.
Cuestiones
1. No necesariamente; un cuerpo
puede estar en movimiento sin que ninguna fuerza lo esté empu- jando en tanto no intervenga otra que lo frene o lo detenga.
2. La fuerza de rozamiento apa-
rece cuando el cuerpo se mueve; se opone al movimiento y está causada por el roce con el suelo y por la resistencia que ofrecen el agua o el aire. Cuando vamos en bicicleta y dejamos de pedalear, nuestra velocidad disminuye poco a poco debido a esta fuerza.
3. La velocidad de Laura habrá
sido de 12 kilómetros por hora.
4. El freno de una bicicleta funcio-
na empleando la fuerza de roza- miento para frenar el movimiento: las pastillas de freno rozan contra las ruedas y la detienen.
UNIDAD
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Las fuerzas hacen que los cuerpos comiencen a moverse y que se detengan. Pero también tie- nen otros efectos.
1. La fuerza de la gravedad
La fuerza de la gravedad es la fuerza que hace que los cuerpos sean atraídos hacia la superficie de la Tierra. Por eso, cuando saltamos, volvemos a caer al suelo en vez de salir volando y perdernos por el espacio.
La fuerza de gravedad afecta al movimiento. Como cualquier fuerza, puede hacer que un cuerpo co- mience a moverse y puede hacer que se detenga. Pero, además, puede modificar el movimiento de otras maneras.
2. Arriba y abajo
Para ver cómo afecta la gravedad al movimiento de los cuerpos, veamos qué ocurre en un caso muy sencillo: alguien deja caer una pelota desde un bal-
cón o algún lugar elevado. q
Cuando se suelta la pelota, la fuerza de gravedad hace que la pelota vaya hacia abajo. Como es una fuerza que no se interrumpe, hace que la veloci-