¡Eres mas fuerte de lo crees!

“¡Eres mas fuerte de lo crees!”
Elvira García Mora
Erasmo Cadenas Calderón
Milton Montes Gallardo
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
México
Objetivo
Emplear una estructura con un arreglo de una polea, un polipasto de cuatro poleas y una
báscula a tensión, mostrar la manera real cómo se distribuye el peso de un objeto que se
desea levantar. Asimismo, visualizar la simplificación del trabajo empleando máquinas
simples para fines didácticos y recreativos.
Objetivo especifico
Por medio de la experiencia y la interacción con un sistema de poleas, los alumnos de
primaria, secundaria y bachillerato observarán las ventajas de utilizar alguna máquina
simple dependiendo del trabajo a desarrollar, en este caso para levantar objetos pesados.
Durante la lucha continua del hombre por vencer las condiciones de la naturaleza y
mejorar las condiciones de los lugares donde habita se fueron conociendo las normas del
comportamiento de los fenómenos de la Tierra. La búsqueda de la comodidad ha llevado
a la humanidad a desarrollar artefactos que permiten una vida más agradable, como la
televisión, el teléfono, la licuadora, los automóviles.
Todas las cosas sobre nuestro planeta tienen un peso, el peso de cada objeto
presenta una determinada oposición a que alguien lo mueva. Para vencer dificultades
como la de mover un objeto se desarrollaron desde hace ya muchísimos años aparatos
sencillos pero muy útiles como las máquinas simples.
Cuando nos referimos a las máquinas nos viene a la mente grandes conjuntos de
piezas metálicas que golpean con fuerza, giran rápidamente y cortan sin parar o nos
imaginamos enormes barcos o sofisticadas naves espaciales, y no consideramos que
cualquier cosa que nos permita realizar un trabajo de manera más rápida y fácil también
es una máquina.
Entonces, una máquina es un objeto que permite hacer un trabajo más cómodamente,
aumentar la velocidad con que trabajamos o bien disminuir la fuerza que se necesita o
también cambiar la dirección de la fuerza que se aplica. Una máquina no es una fuente de
energía, o sea que no nos va a dar la capacidad para realizar un trabajo, una máquina
“multiplica” el trabajo que aplicamos sobre ella, por lo que vemos que el trabajo efectuado
por la máquina sobre el objeto es mayor al aplicado directamente sobre la máquina.
Las máquinas simples nos han ayudado desde la antigüedad a facilitar las actividades
de nuestra casa, de la escuela o de nuestro trabajo. Por ejemplo, el sacapuntas es una
máquina simple, la cuña; y las tijeras aplican dos veces la misma máquina simple, la cuña
nuevamente pero una contra otra… son cosas bien sencillas, fáciles de usar y muy
útiles, ¿verdad?
Existen diversas máquinas simples y con base a ellas se han ido construyendo equipos
y maquinaria más sofisticada cada día, hasta llegar a los increíbles mecanismos tan
complejos de la actualidad como las naves espaciales, los satélites, por mencionar algunos
y que aunque los veas tan avanzados no son más que la combinación de muchas piezas
pequeñitas y sencillas: máquinas simples.
Entre las máquinas simples tenemos la polea, que es un disco metálico más o menos
grueso que tiene uno o varios canales en su circunferencia exterior, este disco dicen
algunos autores que se deriva de las palancas.
La característica de la polea es que cambia la dirección de una fuerza que apliquemos
sobre ella, ya sea de arriba hacia abajo, al frente hacia atrás, dependiendo de cómo
coloquemos la polea y de dónde o hacia dónde apliquemos la fuerza, no nos diminuye el
trabajo a realizar, por ejemplo si queremos levantar un costal de comida que peso 100
kilos, necesitamos aplicar una fuerza que venza los 100 kilos para levantarlo con ayuda
de una polea que simplemente nos permitirá que colocando una cuerda alrededor de ella
y sujetando por un extremo el costal podremos levantarlo con tan solo jalar de la cuerda
ya sea hacia abajo o hacia atrás.
Si una polea hace eso, entonces ¿qué pasa si tenemos varias poleas? Al combinar
una o varias poleas fijas con varias poleas móviles obtenemos un arreglo conocido como
“polipasto” o “motón”, este arreglo además de cambiar la dirección de la fuerza aplicada,
distribuye el peso del objeto que se desee levantar en el número de poleas usadas, de
esta forma, se necesitará menos fuerza para levantar el objeto. Si fijamos un par de
poleas y dejamos otro par móvil, entonces la cuerda que los sujeta se pasa por todas las
poleas una sola vez, así tenemos cuatro secciones de cuerda para cuatro poleas, el
número de secciones de cuerda que se tengan nos indicará las veces que se distribuye el
peso. Retomando el ejemplo anterior, sujetando el costal en esta ocasión de uno de los
extremos de la cuerda que pasa por el polipasto el peso del costal se distribuirá en las
cuatro poleas de manera que en lugar de ocupar vencer los 100 kilos, ocupamos vencer
tan solo la cuarta parte del peso total, que son ¡25 kilos!. Al hecho de distribuir el peso
y por lo tanto requerir de una fuerza varias veces menor para levantar un objeto se
conoce como “ventaja mecánica”, entonces, el polipasto nos proporciona una “ventaja
mecánica” de 4.
Fuerza aplicada.
Sentido invertido de la fuerza por la polea.
1 a 4 segmentos de la cuerda en que se divide el peso del objeto.
Actividad
Para ejemplificar de manera real cómo se distribuye el peso empleando un polipasto,
desarrollamos en el taller de metal-mecánica de la facultad una estructura metálica
que albergara tanto una polea como un conjunto de poleas y una báscula a tensión o
báscula romana.
La báscula se colocó en el centro y a los extremos se fijaron las poleas, con una
estructura de acero similar a los asientos de los columpios suelta con un gancho en la
parte superior que sirve como plataforma para colocar sobre ella el objeto empleado
como muestra. De manera que colocando la canastilla a la báscula se conoce el peso en
kilogramos del objeto, y cambiando la canastilla a la polea o al polipasto se experimenta
la ayuda que ofrece cada arreglo para levantar el objeto.
Aquí va imágen
Con ayuda de este arreglo se puede visualizar la simplificación del trabajo mediante el
empleo de máquinas simples, al tiempo que se enseña a los alumnos conceptos como
“máquina simple”, “polea”, “polipasto” y “ventaja mecánica”. Dependiendo de la edad y
grado de los visitantes se pueden afianzar conceptos de “vectores”, “fuerza”, “segunda
ley de Newton”, “trabajo”, por citar algunos.
El modelo es interactivo y se diseñó originalmente para su exposición durante el XI
Tianguis de la Ciencia que se realiza año con año en nuestra universidad, orientado a
niños de primaria se llamó “Pastilla ponte-fuerte”. Iniciando la exposición con dos
voluntarios de físico visiblemente diferente: un niño delgado y un niño de complexión
llenita, un niño de baja estatura y un niño alto, por ejemplo. Continuamos llevando a los
dos voluntarios a la báscula, lo que es muy divertido ya que la báscula registra el peso
del individuo en relación a un resorte de cierta rigidez, entonces al tiempo de subir a los
voluntarios en la canastilla ésta se balanceaba de arriba hacia abajo.
Aquí va otra imágen
Tomados los pesos de los dos voluntarios se pasa la canastilla al arreglo con una sola polea,
se pide al voluntario que registró en la báscula mayor peso se siente en la canastilla colocada
sobre el piso y el otro voluntario tratará sin esforzarse demasiado de subir a su compañero.
Como la diferencia en los pesos es notable, el voluntario que trata de levantar al que
está sobre la canastilla en la mayoría de los casos lo logra con dificultad.
La exposición continúa preguntado al voluntario que trata de levantar a su compañero:
“¿no desayunaste?, como te vemos algo débil te vamos a dar unas pastillas que inventamos
en Ingeniería Mecánica: las pastillas ponte-fuerte”, el voluntario toma una pastilla de menta
que colocamos en un frasquito especialmente decorado, ahora cambiamos la canastilla y el
otro voluntario al polipasto, de manera que cuando intenta por primera vez levantar a su
compañero lo hace como en la ocasión anterior, aplicando la mayor fuerza que puede y
¡sorpresa!, ha sido mucho más fácil, digamos que ahora le “sobró fuerza”.
Resultados
Esta experiencia fue llamativa y divertida para los asistentes, desde los más grandes
hasta los más pequeños introdujeron un nuevo concepto a sus vidas: la ventaja mecánica.
Como los asistentes al foro de exposición de la estructura son de edades, escuelas,
profesiones y ocupaciones variadas, las preguntas fueron igual de diversas.
Los estudiantes de licenciatura se acercaban inicialmente para conocer su peso, lo
cual les permitíamos y los introducíamos a la exposición, como eran estudiantes de
carreras como odontología y medicina en su mayoría se interesaban rápidamente en
comprobar que un simple arreglo de poleas permitiría facilitar que un compañero de
clase levantara a otro de peso y estatura visiblemente mayor. De hecho, los jóvenes de
licenciatura fueron de los más interesados, lo cual nos sorprendió por que consideramos
muy sencillo el principio aplicado y se puede llegar a pensar que los talleres interactivos
no serán de interés para éste grupo. Tanto chicos como grandes se divirtieron y
aprendieron, los hijos cargaron a los papás, los compañeros se cargaron entre ellos
mismos, las jóvenes se divirtieron tratando de convencer a sus compañeras de pesarse,
pero lo más importante: Todos aprendimos y como lo vimos y lo experimentamos, no lo
vamos a olvidar.
Planes
Entre las diferentes actividades de divulgación de la universidad se tiene planeado llevar
la estructura a diferentes foros, enfocando la exposición para alumnos desde primaria,
secundaria, bachillerato y licenciatura.
Bibliografía
Stollberg y Hill. Física, fundamentos y fronteras, Publicaciones Cultural, S.A.
Tippens. Física, conceptos y aplicaciones, Mc Graw Hill.
Varios. “La fuerza motriz”, en Enciclopedia de conocimientos universales, Editorial
Cumbre, S. A.