OBSERVA Y EXPERIMENTA UNIDAD 6

OBSERVA Y EXPERIMENTA

SOLUCIONARIO

UNIDAD 6: Mecanismos

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1. ÊÊPiensa en las tareas que realizas en el aula. ¿Las haces todas por ti mismo o necesitas ayuda de alguna máquina? ¿Encuentras a tu alrededor algún mecanismo? (Fíjate en la cremallera de tu estuche o en cómo sacas la punta al portaminas, por ejemplo). Copia en tu cuaderno todas las actividades que haces desde que te sientas en clase y abres tu mochila hasta que la clase finaliza, y anota junto a cada actividad las máquinas o mecanismos que crees que utilizas.

En este apartado se trata de que el alumno reflexione sobre el uso de máquinas y mecanismos en las actividades cotidianas, y sin conocimientos previos sea capaz de identificar varios mecanismos distintos.

2. ÊÊSeguramente, aunque no debas hacerlo, alguna vez has lanzado objetos a un

compañero utilizando la regla a modo de catapulta. ¿De qué forma crees que podrías llegar más lejos al lanzar los objetos: con una regla más larga o con una más corta? ¿Por qué? Al ser una práctica común, el alumno tendrá los conocimientos necesarios para contestarla. Si no fuese así, puede hacer fácilmente la prueba en la clase.

3. ÊEscribe en tu cuaderno diez actividades que el ser humano no pueda realizar por sí solo. Indica al lado de cada una de ellas mediante qué máquinas es capaz de hacerlas.

Respuesta abierta en función de los conocimientos previos de cada alumno

EN EL TALLER (Pág. 111)

4.

ÊConstruye un pequeño balancín, como los de los parques de juego, utilizando materiales

Localiza cuatro tuercas de dimensiones parecidas y haz las siguientes pruebas:

a. Sitúa dos tuercas en la marca de 0 cm y otras dos en la de 30 cm. ¿El balancín queda más o menos equilibrado? Anota el resultado en tu cuaderno.

b. Sitúa dos tuercas en la marca de 0 cm y una en la marca de 20 cm. ¿Qué ocurre ahora? Anota el resultado en el cuaderno.

c. Sitúa una tuerca en la marca de 0 cm y dos tuercas en la marca de 20 cm. ¿Qué ocurre ahora? Anota el resultado en tu cuaderno.

Ejercicio para realizar en el taller. El alumno responderá una vez realizada la práctica.

5.

ÊObserva los siguientes objetos del taller: un tornillo de banco, un taburete, unos alicates

.

Ejercicio para realizar en el taller. El alumno responderá una vez realizada la práctica.

EN EL ORDENADOR (Pág. 111)

6.

ÊUno de los grandes inventores de la historia fue Leonardo Da Vinci. Busca en Internet

La información existente en internet sobre Leonardo Da Vinci es mucha y muy variada. El alumno puede visitar páginas como “Leonardo Da vinci. El rincón de la ciencia”

(http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Cie-Hist/Leonardo/Leonardo.htm) o otra dedicada a sus inventos: www.educar.org/inventos/Leonardo.asp

7. Ê Abre en la unidad 6 del CD el ejercicio UD06 0B Máquinas y selecciona las máquinas compuestas y las máquinas simples.

CONOCE

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1. ÊDescribe cuáles son los tres componentes de todas las máquinas. En todas las máquinas existen tres componentes:

••Elemento motor. Es el encargado de aportar la energía inicial a la máquina ••Elemento receptor o conducido. Recibe la fuerza generada en la máquina

••Elemento transmisor y/o transformador del movimiento. Se encarga de transmitir y/o transformar el movimiento desde el elemento motor hasta el receptor

2. ÊÊLos alicates son una máquina. Indica cuáles son el elemento motor, el receptor y el transmisor del movimiento.

Elemento motor: la mano, elemento receptor: la pieza sobre la que se realiza la fuerza, transmisor del movimiento: las palancas que forman el alicate

3. ÊEscribe en tu cuaderno un ejemplo de cada uno de los movimientos estudiados en este apartado.

Movimiento lineal. Ejemplo: un pestillo para cerrar una puerta. ••Movimiento circular. Ejemplo: una noria al girar.

••Movimiento alternativo. Ejemplo: la aguja que sube y baja en una máquina de coser. ••Movimiento oscilante. Ejemplo: el péndulo de un reloj.

4. ÊÊIndica cuáles son el elemento motor, el receptor y el transmisor del movimiento en un sacacorchos.

Elemento motor: la mano que actúa, elemento receptor: el corcho que se quiere extraes, transmisor del movimiento: las palancas, los piñones y la cremallera que forman el sacacorchos.

Pág. 115

5. ÊA veces, para abrir un bote de pintura, utilizamos un destornillador. ¿De qué tipo de palanca se trata?

Se trata de una palanca de primer grado. El punto de apoyo se sitúa entre la potencia aplicada y la resistencia a vencer.

6. ÊDibuja en tu cuaderno un ejemplo de cada tipo de palancas y señala sobre ellos la posición de la potencia, la resistencia y el fulcro.

La respuesta es abierta, el alumno puede copiar los ejemplos del libro o buscar otros. A modo de ejemplo:

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Primer género Segundo género Tercer género

7. Ê¿Por qué utilizamos poleas cuando queremos sacar agua de un pozo?

Las poleas nos facilitan la tarea, ya que cambian el sentido de la fuerza necesaria. para levantar un peso sin la ayuda de una polea, haríamos el esfuerzo hacia arriba, mientras que, con una polea, el esfuerzo necesario para levantar el peso lo ejercemos hacia abajo

8. ÊÊ¿Existe ahorro de esfuerzo cuando usamos una polea? ¿Por qué?

Si utilizamos poleas fijas, no existe ahorro de esfuerzo al levantar pesos, pero nos permite hacerlo con más comodidad. Si utilizamos poleas móviles, el ahorro de esfuerzo es proporcional al número de poleas móviles utilizadas. Esto es, el esfuerzo se reduce a la mitad si utilizamos una polea móvil, a la cuarta parte si utilizamos dos, y así sucesivamente.

Pág. 119

9. ÊÊ¿Qué es un engranaje? ¿Qué ventaja tiene en comparación con el sistema de transmisión de las ruedas de fricción?

El engranaje es un mecanismo formado por dos ruedas dentadas. La rueda mayor se denomina corona, y la menor, piñón. Los engranaje, a diferencia de las ruedas de fricción, posibilitan la transmisión de grandes potencias, ya que el engrane se produce diente a diente y las ruedas nunca patinan.

10. ÊÊ¿Qué mecanismos podrías utilizar para transmitir el movimiento giratorio entre ejes alejados? ¿Qué diferencias presentan entre ellos?

Se podría utilizar poleas y correas y piñones y cadenas. Ambos mecanismos transmiten el movimiento giratorio entre ejes que pueden estar a una cierta distancia. El mecanismo de polea y correa es más barato, pero no permite la transmisión de grandes potencias, ya que las ruedas o las correas pueden patinar. El mecanismo de piñón cadena es más ruidoso y necesita lubricación, sin embargo, permite la transmisión de grandes potencias porque el engrane se realiza diente a diente.

11. ÊPara conseguir que el eje receptor del movimiento gire más rápido que el eje motor, ¿Utilizaré engranajes mayores o menores que el engranaje motor?

CONOCE

Tecnologías nivel I Editorial Donostiarra.

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12. ÊÊUna rueda de 30 cm de diámetro gira a 300 r. p. m. y está en contacto con otra rueda de 10 cm de diámetro. ¿A qué velocidad girará esta última rueda?

A partir de la ecuación

ω

d

=

ω

d

ω

=

300

rpm

que

ω

=

900

rpm

13. Ê¿Qué es la relación de transmisión? ¿Qué fórmula utilizamos para calcular la relación de transmisión entre engranajes?

La relación de transmisión (i) es la relación que se establece entre el tamaño de las ruedas y su velocidad de giro. En el caso de engranajes, la relación de transmisión relaciona el número de dientes de las ruedas que engranan (z1 y z2) y su velocidad de giro (w1 y w2). La relación se

establece como 1 2 2 1

z

z

=

ω

ω

SOLUCIONARIO UNIDAD 6: Mecanismos

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14. ÊHaz en tu cuaderno un esquema de los mecanismos de transformación del movimiento que conoces.

En este ejercicio el alumno deberá realizar un esquema en el que se incluyan al menos los siguientes mecanismos: tornillo-tuerca, piñón-cremallera, biela-manivela, leva. El esquema podría incluir un dibujo del mecanismo y una pequeña explicación de su funcionamiento

15. ÊÊ¿Qué significa que un mecanismo sea reversible? Anota en tu cuaderno el nombre de cuatro mecanismos de este tipo y describe cómo funcionan.

Los mecanismos reversibles son aquellos en los que los elementos pueden actuar tanto de motores como de receptores del movimiento. Ejemplos son:

• biela-manivela: Está formado por una barra rígida (biela) articulada en su extremo y unida a una manivela. El movimiento circular de la manivela (motor) se transforma en movimiento lineal alternativo de la biela (receptor). De la misma forma, al ser reversible, el movimiento alternativo de la biela produce el giro de la manivela

• tornillo-tuerca: Está formado por un tornillo (o husillo) y una tuerca. El movimiento circular de la tuerca se transforma en movimiento lineal de avance en el tornillo, o también, el movimiento giratorio del tornillo, puede producir el movimiento lineal de la tuerca

• piñón-cremallera: Está formado por una rueda dentada (piñón) que engrana con una barra dentada (cremallera). El movimiento circular del piñón se transforma en movimiento lineal en la cremallera otambién, el movimiento lineal de la cremallera, hace moverse circularmente al piñón.

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16. ÊHaz un dibujo en tu cuaderno de los mecanismos que transmiten el movimiento en una bicicleta y explica la función de cada uno de ellos.

Respuesta abierta en función del trabajo realizado por los alumnos. Los alumnos pueden utilizar la información contenida en el libro de texto para responder a la cuestión planteada

17. ÊÊÊAnaliza los siguientes objetos de uso cotidiano e indica qué mecanismos crees que actúan en cada uno de ellos: pinza de la ropa, batidora, máquina de coser.

Pinza de la ropa (hacer un dibujo similar) formada por dos palancas, unidas por su punto medio

Batidora (hacer un dibujillo similar) Tiene una manivela que mueve una rueda dentada. Esta rueda dentada engrana con dos pequeños piñones que mueven las paletas

hacer un Dibujo similar

Máquina de coser:

Uno de los mecanismos que podemos encontrar en la máquina de coser es el de biela-manivela para obtener el movimiento alternativo de la aguja. Un motor eléctrico hace girar rápidamente la manivela para conseguir movimiento rectilíneo alternativo en un extremo de la biela en el que se coloca la aguja.

ACTIVIDADES DE REFUERZO

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SOLUCIONARIO UNIDAD 6: Mecanismos

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1. ÊÊHaz un dibujo de las siguientes palancas e indica en cada uno de ellos dónde se encuentran la potencia, la resistencia y el fulcro: tijeras, cascanueces, pinzas de depilar, carretilla, abrebotellas, caña de pescar, columpio.

Tijeras

Cascanueces

Pinzas de depilar

Carretilla

hacer un dibujo similar y cambiar fuerza

por potencia, escribir resistencia debajo de la flecha de

la carga y cambiar apoyo por fulcro

ACTIVIDADES DE REFUERZO

SOLUCIONARIO

UNIDAD 6: Mecanismos

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SOLUCIONARIO UNIDAD 3

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Dibujo similar

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UNIDAD 6: Mecanismos

2. ÊIndica de qué grado son cada una de las palancas del ejercicio anterior.

De primer grado: tijeras, columpio

De segundo grado: cascanueces, carretilla, abrebotellas De tercer grado: pinzas de depilar, caña de pescas

3. ÊÊDibuja en tu cuaderno las situaciones siguientes e indica en qué casos hay equilibrio y en qué casos no lo hay:

a. Una palanca que tiene los dos brazos iguales y que soporta en cada extremo una carga de 30 kg.

De acuerdo con la ley de la palanca:

1 2 2 1 2 2 1 1

d

d

P

P

d

P

d

P

=

⇒

=

ACTIVIDADES DE REFUERZO

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b. Una palanca que tiene los dos brazos iguales y que soporta en un extremo una carga de 60 kg y en el otro extremo una carga de 30 kg.

La palanca no está en equilibrio porque en este caso, las distancias son iguales, pero las cargas no.

c. Una palanca que tiene un brazo que mide el doble que el otro brazo y que soporta una carga de 60 kg en cada uno de sus extremos.

La palanca no está en equilibrio porque en este caso, aunque las cargas son iguales, las distancias no lo son.

4. ÊLas poleas posibilitan la transmisión de movimiento tanto entre ejes cercanos como entre ejes alejados. Explica cómo deben colocarse en cada caso. Haz un dibujo de cada

situación.

Para posibilitar la transmisión entre ejes cercanos, usamos las poleas una a continuación de la otra, formando el mecanismo de ruedas de fricción.

ACTIVIDADES DE REFUERZO

SOLUCIONARIO

UNIDAD 6: Mecanismos

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SOLUCIONARIO UNIDAD 3

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Para posibilitar la transmisión del mecanismo entre ejes alejados, usamos las poleas unidas por una correa.

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UNIDAD 6: Mecanismos

5. ÊÊIndica en qué sentido giran las siguientes poleas, sabiendo que la de la izquierda es la polea motriz, que gira siempre en el sentido de las agujas del reloj. Señala, además, si se trata de mecanismos reductores o multiplicadores de la velocidad.

A B C D

A: La polea motriz (naranja) gira en el sentido de las agujas del reloj y la conducida (verde) también. Es un mecanismo multiplicador de velocidad al ser la rueda motriz mayor que la conducida.

B: La polea motriz (naranja) gira en el sentido de las agujas del reloj y la conducida (verde) en sentido contrario. Es un sistema multiplicador de velocidad al ser la rueda motriz mayor que la conducida.

C: La polea motriz (naranja) gira en el sentido de las agujas del reloj y la conducida (verde) también. Es un sistema que no modifica la velocidad al ser las dos ruedas, motriz y conducida, del mismo tamaño.

D: La polea motriz (naranja) gira en el sentido de las agujas del reloj y la conducida (verde) también. Es un sistema reductor de velocidad al ser la rueda motriz menor que la rueda conducida

6. ÊÊTenemos una polea de 20 cm de diámetro que gira a 100 r. p. m. conducida por una polea de 60 cm de diámetro mediante una correa.

a. Representa en un dibujo el sistema planteado e indica cuál es la polea motriz y cuál la conducida.

Motriz (verde) Conducida (naranja)

b. Calcula la relación de transmisión i.

3

1

60

20

=

=

=

d

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ACTIVIDADES DE REFUERZO

Tecnologías nivel I Editorial Donostiarra.

SOLUCIONARIO UNIDAD 6: Mecanismos

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La polea conducida gira a 100 rpm. Es un dato que da el ejercicio. Si quisiésemos saber la velocidad de la polea motriz, de acuerdo con la relación de transmisión vemos que debería ser tres veces menor, ya que el tamaño de la rueda es tres veces menor. La velocidad sería 33, 3 rpm.

e. ¿Es un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad?

Se trata de un mecanismo multiplicador de velocidad. La rueda conducida gira más rápido que la rueda motriz

7. ÊHaz una tabla de tres columnas y tantas filas como mecanismos tratados en esta unidad. En la primera columna, anota el nombre del mecanismo; en la segunda, describe

brevemente su movimiento; y en la tercera, pon un ejemplo de objeto, vehículo, etc., en el que aparezca el mecanismo tratado.

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ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN

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8. ÊCompleta las siguientes frases en tu cuaderno incluyendo las palabras siguientes: polea, ruedas de fricción, piñón y cadena, palanca, engranajes.

• Las ruedas de fricción son mecanismos en los que las ruedas giran en sentido contrario y pueden patinar.

• La palanca es una máquina simple que permite levantar mucho peso haciendo poca fuerza.

• En las bicicletas usamos el sistema de piñón y cadena, con el que conseguimos que las ruedas giren en el mismo sentido.

SOLUCIONARIO

UNIDAD 6: Mecanismos

• En los engranajes, cada rueda dentada gira en un sentido.

• No todas las máquinas ahorran esfuerzo: la polea nos ayuda a levantar cargas, pero sin ahorro de esfuerzo.

9. ÊÊTenemos una bicicleta con tres marchas. Dispone de plato y tres piñones (pequeño, mediano y grande). Las marchas corresponden a la siguiente distribución:

Marcha 1 Marcha 2 Marcha 3

Plato + piñón pequeño Plato + piñón mediano

Plato + piñón grande

Haz un dibujo que represente las tres marchas indicadas y contesta a las siguientes preguntas:

• ¿Con qué marcha corre más la bicicleta? Con la marcha 1, porque usa el piñón más

pequeño formando un multiplicador de velocidad

• ¿Con qué marcha corre menos? Con la marcha 3, porque usa el piñón más grande

formando un reductor de velocidad

• ¿Con qué marcha obtenemos la velocidad intermedia? Con la marcha 2, porque usa el

piñón intermedio entre el mayor y el menor

10. ÊÊTenemos un sistema de engranajes formado por una rueda de 20 dientes que engrana con otra de 40 dientes.

• Si la rueda pequeña gira en el sentido de las agujas del reloj, ¿en qué sentido girará la rueda grande? La rueda grande girará en sentido contrario.

• Si la rueda pequeña da 10 vueltas por minuto, ¿cuántas vueltas por minuto dará la rueda grande? Aplicando la ecuación

1 2 2 1

z

z

=

ω

ω

rpm

z

z

5

=

⇒

ω

=

ω

ω

• Si la rueda grande da 10 vueltas por minuto, ¿cuántas vueltas por minuto dará la rueda pequeña? Como la rueda grande tiene el doble de dientes que la rueda pequeña, la rueda

pequeña girará el doble de rápido que la grande, y su velocidad será de 10rpm.

11. ÊÊTenemos una palanca con un brazo que mide el doble que el otro. Queremos colocar una carga de 20 kg en un brazo y una carga de 40 kg en el otro. ¿Cómo las debemos situar para que la palanca permanezca en equilibrio?

De acuerdo con la ley de la palanca, colocaremos la carga mayor en el brazo corto y la carga menor en el brazo largo. Se cumple así: 20.(2b)=40(b), siendo b el brazo corto. La palanca estará en equilibrio.

ACTIVIDADES DE AMPLIACION

Tecnologías nivel I Editorial Donostiarra.

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12. ÊDibuja un mecanismo formado por dos poleas (la de la izquierda, más pequeña) unidas mediante una cuerda. ¿Giran las dos a la misma velocidad? ¿Cuál gira más rápido?

SOLUCIONARIO

UNIDAD 6: Mecanismos

La rueda que gira más rápido es la más pequeña

13. ÊÊTenemos un engranaje de 45 dientes que gira a 3.000 r. p. m. y que engrana con un engranaje de 15 dientes. ¿Cuál es la relación de transmisión en este mecanismo? ¿A qué velocidad gira el engranaje de 15 dientes? Si el engranaje de mayor tamaño gira hacia la derecha, ¿Hacia dónde gira el engranaje menor? ¿Se trata de un mecanismo reductor o multiplicador de la velocidad? • Relación de transmisión:

3

15

45

=

=

=

z

z

i

• El engranaje de 15 dientes gira tres veces más rápido, de acuerdo con la relación de transmisión, esto es, gira a 9000 rpm

• El engranaje menor gira hacia la izquierda

ACTIVIDADES EN INTERNET

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UNIDAD 6: Mecanismos

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1. Tornillo de Arquímedes

Respuesta abierta en función del trabajo realizado por los alumnos. Preguntas concretas planteadas en la actividad

• ¿Qué tipo de máquina es (simple o compleja)? Es una máquina simple • ¿Quién fue su inventor? Arquímedes

• ¿Cómo funciona? Se basa en un tornillo que se hace girar dentro de un cilindro hueco, situado sobre un plano inclinado, y que permite elevar el agua situada por debajo del eje de giro

• ¿Qué ventajas proporciona su uso? permite bombear fluidos viscosos con alto contenido en sólidos, como fangos o petróleo

2. Mecanismo de Anticitera

Respuesta abierta en función del trabajo realizado por los alumnos. Preguntas concretas planteadas en la actividad

• ¿Para qué sirve? para seguir el movimiento de los cuerpos celestes • ¿De qué época es? se cree que data del 87 a.C.

• ¿De qué mecanismos se compone? de engranajes • ¿Dónde se encontró? cerca de la isla de Anticitera

3. Leonardo da Vinci

Respuesta abierta en función del trabajo realizado por los alumnos. Preguntas concretas planteadas en la actividad

• ¿Cuál fue la mayor obsesión de Leonardo en cuanto a inventos se refiere? Conseguir que el hombre volara

• ¿Cómo escribía Leonardo sus anotaciones? Escribía al revés, como si copiase el texto reflejado en un espejo

• ¿Se construyeron todos los inventos de Leonardo? Se construyeron pocos de sus inventos. La mayoría quedaron diseñados o dibujados en papel