Máquinas simples y complejas

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
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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
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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.
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Contenidos
Introducción..........................................................4
Introducción
Tipos de máquinas simples.................................7
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
Resumen de las máquinas simples..................19
Máquinas complejas...........................................21
Conclusión...........................................................22
máquinas simples. Un martillo es una máquina
simple. Algunas máquinas combinan varias
máquinas simples. Los relojes y las bicicletas
son máquinas complejas. En este libro,
Glosario................................................................23
aprenderás cómo hacen las máquinas
Índice....................................................................24
para que un trabajo sea más fácil.
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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
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?
es la distancia que recorre algo, mayor es el
trabajo hecho.
Cada vez que empujas, jalas, giras o levantas
Las máquinas hacen que el trabajo sea más
un objeto, usas fuerza. La cantidad de fuerza
fácil al reducir la cantidad de fuerza que se
que se necesita depende de cuán pesado es
necesita para mover un objeto, o carga.
el objeto. Se necesita mucha más fuerza para
mover una roca grande que para mover una
Pero hay un intercambio. Las máquinas
roca pequeña.
te facilitan el trabajo, pero debes trabajar
en una distancia mayor.
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6
Tipos de máquinas simples
nevera de
110 kilos
Hay solo unos pocos tipos de máquinas
fuerza de
80 kilos
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.
Plano inclinado
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.
Plano inclinado
Una rampa es un plano inclinado común.
Cuña
Los servicios de mudanzas usan rampas.
Es más fácil deslizar una caja pesada hacia
arriba por una rampa que levantar la caja
Engranaje
directamente. Subir la caja por la pendiente
Palanca
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
Un plano inclinado se enrosca alrededor
del centro del tornillo. A medida que el
tornillo gira, se introduce en el objeto.
Cuña
La cuña en realidad son dos planos inclinados
Tornillo
que se juntan. Una cuña te ayuda a dividir
cosas. El filo de un cuchillo es una cuña. Tus
El tornillo es un plano inclinado enroscado
dientes frontales también son cuñas. Las cuñas
alrededor de una varilla. La rosca del tornillo
cortan cosas dividiéndolas. Cuanto más angosta
es el plano inclinado. A medida que vas
es una cuña, más
haciendo girar el tornillo, la rosca hace que el
CUÑA
sencillo será
tornillo se meta en la madera o en el metal.
dividir una cosa.
Los tornillos generalmente mantienen dos
cosas unidas, como
por ejemplo dos
maderas. También
plano
inclinado
pueden mover cosas
plano
inclinado
hacia adelante
al empujarlas
con la rosca.
Una cuña parte una madera.
Los tornillos unen cosas.
9
10
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,
Cuando el fulcro está cerca de un objeto, el objeto se puede
levantar con más facilidad pero no tan alto.
colócalo en una de las partes de la palanca.
Luego, empuja sobre otra parte de la palanca.
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
Si el fulcro se encuentra lejos del objeto, es más difícil levantar
el objeto, pero lo podemos levantar más alto.
que es mucho más pesado que tú. Te sientas
lejos del fulcro y la persona más pesada se
sienta cerca del fulcro.
El fulcro se puede colocar en cualquier parte
de una palanca, no solo en el centro. Si cambias
PALANCA
más peso
la ubicación del fulcro puedes facilitar tu tarea.
Cuanto más cerca está el objeto del fulcro,
menos
peso
más fácil es moverlo. Cuanto más lejos está la
fuerza del fulcro, más fácil es mover el objeto.
barra
En el diagrama de arriba, la primera palanca
fulcro
requiere la mitad de fuerza que requiere la
segunda palanca.
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12
Hay varias maneras de armar una palanca.
rueda
mayor
distancia
El fulcro puede estar entre la fuerza y el
menor
distancia
objeto, como en un sube y baja. O el objeto
puede estar entre la fuerza y el fulcro. Una
carretilla es un ejemplo. La fuerza también
eje
puede estar entre el fulcro y el objeto.
rueda
Palanca de
primera clase
Palanca de
tercera clase
eje
La rueda gira una distancia
mayor que el eje pero con
menos fuerza.
Rueda y eje
La rueda y el eje forman otra máquina simple.
objeto
Está compuesta por una rueda unida a un eje
objeto
fuerza
con forma de varilla. Cuando la rueda gira, el
fuerza
eje también gira.
fulcro
La rueda es más ancha que el eje. Cuando
fulcro
una fuerza hace girar la rueda, la fuerza se
Palanca de
segunda clase
transfiere al eje. La rueda recorre una distancia
mayor al dar una vuelta con menor fuerza.
objeto
El eje recorre una distancia menor al dar la
fuerza
vuelta con mayor fuerza, por eso puede mover
objetos pesados. El picaporte de una puerta
fulcro
es una rueda y un eje. Hace que abrir una
puerta sea más fácil. Las ruedas y ejes se
Mover el fulcro y el objeto en una palanca
te ayuda a hacer cosas diferentes.
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
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
las ruedas, habría mucha más fricción entre
a otro. Los engranajes están unidos a ejes.
la carreta y el piso.
Aumentan o disminuyen la velocidad de un
objeto o cambian la cantidad de fuerza que se
La rueda más antigua
encontrada fue descubierta
por unos arqueólogos
en Eslovenia. Se cree que
tiene más de 5,100 años.
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.
15
16
Polea
POLEA
POLISPASTO
una polea
La polea combina una rueda y una cuerda.
La cuerda cambia la dirección de la fuerza.
Observa el diagrama. Al jalar hacia abajo la
cadena
objeto
dos
poleas
cuerda que es parte de la polea, se eleva el
heno que se encuentra en la otra punta.
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.
Al jalar la cuerda hacia abajo se eleva el heno.
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Resumen de las máquinas simples
La tabla siguiente muestra las siete máquinas
Palanca
Para levantar
cosas pesadas
simples principales y sus usos.
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
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Máquinas complejas
Las máquinas
hacen cosas que
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 personas no
podemos hacer.
Por esta razón,
enviamos robots
a explorar el
Los robots como este podrían explorar
los mares de la luna de Júpiter, Europa.
Las máquinas complejas hacen que las tareas
espacio y las partes más
difíciles o peligrosas sean más fáciles. Las
profundas de los mares.
batidoras eléctricas baten la masa una y
Conclusión
otra vez. Las grúas nos ayudan a construir
edificios. Los robots construyen carros
Usamos muchas máquinas para que nos
y excavan escombros. Cada una de estas
ayuden a hacer el trabajo. Las máquinas
máquinas combina máquinas simples
pueden ser simples, con solo una o pocas
para hacer que el trabajo sea más fácil.
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?
21
22
Glosario
plano inclinado s uperficie oblicua que facilita el
movimiento de un objeto entre un
nivel más bajo y un nivel más alto;
tipo de máquina simple (pág. 8)
carga a lgo que se levanta o se transporta
(pág. 6)
cuña
áquina simple con un extremo
m
angosto o puntiagudo y un extremo
ancho, que se usa para dividir dos
objetos o partes (pág. 9)
polea
alanca circular, generalmente
p
una rueda con una cuerda a su
alrededor; tipo de máquina simple
(pág. 17)
eje
arilla o vara alrededor de la cual
v
gira una rueda (pág. 14)
rampa
engranaje
r ueda dentada que se conecta con
otro objeto dentado para cambiar
la velocidad o la dirección; tipo
de máquina simple (pág. 16)
c amino en pendiente que se usa
para mover cosas entre un nivel más
bajo y un nivel más alto (pág. 8)
rueda
bjeto redondo que gira alrededor
o
de un punto central (pág. 14)
rueda y eje
bjeto redondo que gira alrededor
o
de una varilla o una vara; tipo
de máquina simple (pág. 14)
tornillo
lano inclinado enrollado
p
alrededor de una varilla, que
se usa generalmente para unir
cosas; tipo de máquina simple
(pág. 10)
trabajo
acción de mover algo (pág. 4)
fricción
f uerza que se crea cuando dos
objetos frotan entre sí (pág. 15)
fuerza
igor o energía que mueve un
v
objeto (pág. 5)
fulcro
unto sobre el que pivota o gira
p
una palanca (pág. 11)
máquina
c ualquier aparato que use energía
para ayudar a una persona a hacer
un trabajo (pág. 4)
Índice
máquinas
aparatos compuestos por más de
complejas una máquina simple; máquinas
compuestas (pág. 4)
distancia 5, 6, 8, 14, 18, 22
máquinas
aparatos básicos que funcionan con
simples el uso de una sola fuerza (pág. 4)
jalar 5, 8, 17, 18
palanca
empujar 5, 8, 10, 11
arra rígida que pivota o gira sobre
b
un fulcro; tipo de máquina simple
(pág. 11)
23
levantar 5, 8, 11, 18, 20
mover 5, 6, 8–12, 14–16, 18, 20
trabajo 4–6, 21, 22
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