máquinas simples - infobase · 2016. 4. 12. · máquinas simples viewing clearances the video and...

Visual Learning Company 1-800-453-848125 Union Streetwww.visuallearningco.com Brandon, Vermont

Editors:Brian A. Jerome, Ph.D.Stephanie Zak Jerome

Assistant Editors:Heidi Berry

Jessica KassisLouise MarrierAriella Weiner

Adina NeumannMarta Manrique-Gomez

Graphics:Matt WimmerFred Thodall

guía del profesorMáquinas Simples

Simple Machines

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Máquinas simples

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Use and CopyrightThe purchase of this video program entitles the user the right to reproduce or duplicate, in whole or in part, this teacher’s guide and the blackline master handouts for the purpose of teaching in conjunction with this video, Simple Machines. The right is restricted only for use with this video program. Any reproduction or duplication, in whole or in part, of this guide and student masters for any purpose other than for use with this video program is prohibited.

The video and this teacher’s guide are the exclusive property of the copyright holder. Copying, transmitting or reproducing in any form, or by any means, without prior written permission from the copyright holder is prohibited (Title 17, U.S. Code Sections 501 and 506).

Copyright © 2000

ISBN 978-1-59234-003-3

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Máquinas simples

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Table of ContentsPage

A Message From Our Company

National Standards Correlations

Student Learning Objectives

Assessment

Introducing the Video

Video Viewing Suggestions

Video Script

Student Assessments and Activities

Answers to Student Assessments

Answers to Student Activities

Assessment and Student Activity Masters

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Viewing ClearancesThe video and accompanying teacher’s guide are for instructional use only. In showing these programs, no admission charges are to be incurred. The programs are to be utilized in face-to-face classroom instructional settings, library settings, or similar instructional settings.

Duplication rights are available, but must be negotiated with the Visual Learning Company.

Television, cable or satellite rights are also available, but must be negotiated with the Visual Learning Company.

Closed circuit rights are available, and are defined as the use of the program beyond a single classroom but within a single campus. Institutions wishing to utilize the program in multiple campuses must purchase the multiple campus version of the program, available at a slightly higher fee.

Discounts may be granted to institutions interested in purchasing programs in large quantities. These discounts may be negotiated with the Visual Learning Company.

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A Message from our Company. . .Dear Educator:

Thank you for your interest in the educational videos produced by the Visual Learning Company. We are a Vermont-based, family owned and operated business specializing in the production of quality educational science videos and materials.

We have a long family tradition of education. Our grandmothers graduated from normal school in the 1920’s to become teachers. Brian’s mother was an elementary teacher and guidance counselor, and his father was a high school teacher and superintendent. This family tradition inspired Brian to become a science teacher, and to earn a Ph.D. in education, and led Stephanie to work on science educational programs at NASA.

In developing this video, accompanying teacher’s guide, and student activities, our goal is to provide educators with the highest quality materials, thus enabling students to be successful. In this era of more demanding standards and assessment requirements, supplementary materials need to be curricular and standards based - this is what we do!

Our videos and accompanying materials focus on the key concepts and vocabulary required by national and state standards and goals. It is our mission to help students meet these goals and standards, while experiencing the joy and thrill of science.

Sincerely,

Brian and Stephanie Jerome


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National Standards CorrelationsNational Science Education Standards (Content standards: 5-8, National Academy of Sciences)

Benchmarks for Science Literacy (Project 2061 – AAAS)

Science as Inquiry - Content Standard A:As a result of activities in grades 5-8, all students should develop: • Abilities necessary to do scientific inquiry. • Understandings about scientific inquiry.

Physical Science- Content Standard B:As a result of their activities in grades 5-8, all students should develop an understanding of:

• Motions and Forces

The Pysical Setting - Motion (4F)By the end of the 8th grade, students should know that:

• In the absence of retarding forces such as friction, an object will keep its direction of motion and its speed. Whenever an object is seen to speed up, slow down, or change direction, it can be assumed that an unbalanced force is acting on it.

By the end of the 12th grade, students should know that:

• The change in motion of an object is proportional to the applied force and inversely proportional to the mass. • All motion is relative to whatever frame of reference is chosen.

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Student Learning ObjectivesUpon viewing the video and completing the enclosed student activities, students will be able to do the following:

• Define and calculate work as a function of force and distance.

• Define and calculate power as a function of work and time.

• Understand the two ways by which simple machines make work easier.

• Identify the effort force and the resistance force of a machine.

• Calculate the mechanical advantage of a simple machine.

• Identify the three classes of levers and describe how they function.

• Identify an inclined plane and describe how it makes work easier.

• Understand how a wedge and screw, two variations of an inclined plane, function to make work easier.

• Identify the parts of a wheel and axle and understand how they function together as a simple machine.

• Understand the functioning of fixed and movable pulley systems.


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Assessment

Preliminary Assessment:The Preliminary Assessment, provided in the Student Masters section, is an assessment tool designed to gain an understanding of students’ pre-existing knowledge. It can also be used as a benchmark upon which to assess student progress based on the objectives stated on the previous pages.

Video Review:The Video Review, provided in the Student Masters section, can be used as an assessment tool or as a student activity. There are two main parts. The first part contains questions that can be answered during the video. The second series of ten questions consists of a video quiz to be answered at the conclusion of the video.

Post Assessment:The Post Assessment, provided in the Student Masters section, can be utilized as an assessment tool following completion of the video and student activities. The results of the Post Assessment can be compared against the results of the Preliminary Assessment to evaluate student progress.

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Introducing the Video

Video Viewing SuggestionsThe student Master “Video Review” is provided for distribution to students. You may choose to have your students complete this Master while viewing the program or to do so upon its conclusion.

The program is approximately twenty minutes in length and includes a ten question video quiz. Answers are not provided to the Video Quiz on the video, but are included in this teacher’s guide. You may choose to grade student quizzes as an assessment tool or to review the answers in class.

The video is content-rich with numerous vocabulary words. For this reason you may want to periodically stop the video to review and discuss new terminology and concepts.

Begin by asking students to formulate a general definition of work to share with the class. Discuss this definition until the class can reach an agreement. Next, attempt to define the term machine. Divide the class into small groups. Ask each group to compile a list of everyday activities made easier by machines. Next, ask students to make a list of the machines they see everyday, at home or at school. Have one representative from each group write their list on the board. Discuss the lists as a class. Allow the lists to remain on the board during the video. Following the video, ask students for new examples of machines that they learned about from watching the video.


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Video Script: Simple Machines 1. Imagine how strong your hand would have to be to turn this screw into this piece of wood without a screwdriver,... 2. ...or how long it would take to dig a deep hole with a spoon, instead of a shovel. 3. Imagine how frustrating it would be to ride a bike with no wheels,... 4. ...or how difficult it would be to open a can without a can opener. 5. These simple tasks are very difficult to accomplish without the right tools,... 6. ...but with some simple, common sense tools these tasks become much easier. 7. Everyday we use simple tools or simple machines to make our lives easier. 8. Whether brushing your teeth,... 9. ...or screwing in a light bulb,...10. ...or riding a skateboard,...11. ...or cutting your food, you are using simple machines.12. A simple machine is a tool used to make work easier.13. During the next few minutes we are going to take a look at the different kinds of simple machines, and how we use them to do work everyday.14. Graphic Transition- Work15. This girl is pulling on this cow in order to get her to move.16. You Decide! Is the girl doing work?17. No, even though it looks as if she is working very hard, she is technically not doing work.18. Similarly, if you push against a brick wall as hard as you can and it doesn’t move, then you are not doing any work.19. That is because in order for work to occur the object has to move and the movement must be in the direction in which the force is applied.20. For example, when pushing a lawn mower, the mower moves in the direction in which it is pushed.21. We have just discussed the definition of work, now let’s see how we can measure and calculate work.22. Graphic Transition- Calculating Work23. Different tasks require different amounts of work. 24. You Decide! What task requires more work- lifting the large rock one and a half meters off the ground...25. ...or lifting this marshmallow one and a half meters off the ground?26. Of course it takes more work to lift the rock because it weighs more than the marshmallow and requires a greater force to lift it.27. We can actually use a mathematical formula to calculate the amount of work necessary. The formula for work is: Work = Force x Distance.28. The amount of force exerted on an object is measured in newtons...29. ...and the distance the object is being moved is measured in meters.30. When multiplied together we get units called newton-meters, also called joules.31. Going back to our rock, let’s say it takes 40 newtons of force to lift it over a distance of 1.5 meters.32. When multiplied together we get 60 newton-meters or 60 joules.33. But the marshmallow required only 2 newtons of force to move it 1.5 meters,...34. ... resulting in a total amount of work of just 3 newton-meters or 3 joules.35. Therefore we can see that it took a lot more work to lift the rock than the marshmallow.36. Graphic Transition- Power37. The oxen pulling this plow have tremendous power.38. You Decide! Which has greater power, the oxen pulling the plow or the tractor?39. The tractor has greater power. Power is the rate at which work is done.40. So even though both the oxen and the tractor can plow the field,...41. ...the tractor has the power to do the work quicker or in less time.

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Script (cont.)42. We can write the mathematical formula for power as follows:43. Power = Work/ Time44. We have already learned that work is measured in units of newton-meters or joules. Time can be measured in seconds.45. When divided we get a unit of power, which is referred to as a joule per second. This is also called a watt.46. The watt is a common term used when discussing electric power.47. One watt is about equivalent to the amount of power it takes to lift a glass of water 1 meter in one second.48. This 100-Watt light works at a rate of 100 watts or 100 joules per second.49. Graphic Transition- Machines50. Earlier we mentioned how hard it would be to do certain jobs by hand,...51. ...such as turning a screw...52. ...or digging a hole with a spoon,...53. ...but simple machines help make the tasks much easier.54. There are many different types of machines, from complex machines such as car engines...55. ...and computers,...56. ...to simple machines that don’t have any moving parts, such as this crowbar lever.57. A machine is an instrument that makes work easier.58. In order to make machines do useful work it is necessary to put work into machines. This is called work input.59. For example, to make these hedge clippers do work it is necessary to put work or effort into the clippers by moving the handles back and forth.60. The clippers then exert a force called the work output. The moving of the clipper blades is the work output.61. In the process, the branches are resisting the work output. This is called the resistance force.62. In most cases the work output of the blades is able to overcome the resistance force.63. But when the blades attempt to cut a thicker branch, the resistance force is too great and the blades cannot cut through the branch.64. While machines cannot increase the amount of work put into them, they can make work easier by either changing the amount of force put into the machine...65. ...or by changing the direction of the force.66. When a machine enables you to use less force, such as using a crowbar to pull a nail from a board, the effort force must be applied over a greater distance.67. Let’s take a look at how simple machines multiply effort force.68. Graphic Transition-Calculating Mechanical Advantages69. You Decide! How does this screw driver easily remove the lid that was firmly attached this paint can?70. This screwdriver is multiplying the effort needed to pry open the lid of this can.71. Most simple machines increase or multiply the effort force.72. Mechanical advantage is the number of times a machine multiplies the effort force.73. For example, a simple machine such as this inclined plane has a mechanical advantage of 3, meaning it triples the effort force of a person pushing the barrel up the ramp.74. It is possible to compute the mechanical advantage of a machine using a simple mathematical formula. The formula is as follows:75. Mechanical Advantage = Resistance Force / Effort Force76. Let’s put the formula to use with this pulley system used for hoisting this brick.77. The brick represents a resistance force of about 40 newtons and the effort force is 20 newtons.78. When divided we get a mechanical advantage of 2. This means that the pulley system doubles the effort force required to raise the brick.


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Script (cont.) 79. Now that we have learned a little bit about how simple machines multiply effort, let’s take a look at some of the different types of simple machines. 80. Graphic Transition - Levers 81. Chances are that you’ve already used a lever today to open a door,... 82. ...written something with a pencil,... 83. ...or eaten your food. 84. There are hundreds of ways levers are used. A lever consists of a straight part that pivots about a fixed point. 85. The fixed point is referred to as the fulcrum. 86. As is the case with other simple machines, levers either multiply the effort force or change its direction. 87. There are 3 main classes of levers. 88. In the first class lever, the fulcrum is located between the effort force and the resistance force. 89. Most of you probably played on a seesaw when you were younger. This is a classic example of a first class lever. 90. Have you ever used a bottle opener? If so, you’ve used a second class lever. 91. In a second class lever the resistance force lies between the fulcrum and the effort force. 92. Take a wheelbarrow for example - this is also a second class lever. You exert an effort force when you pick up the handles, while the load in the wheelbarrow acts as the resistance force and the wheel acts as the fulcrum. 93. This type of lever makes work easier by multiplying the effort force. 94. In exchange for multiplying the effort force, the handles must be lifted a greater distance than the actual load. 95. Third class levers include levers such as a fishing pole. 96. In this type of lever, the effort force lies between the fulcrum and the resistance force. 97. Picture yourself curling a dumbbell. Your forearm exerts the effort force and the dumbbell serves as the resistance force. Your elbow serves as the fulcrum because the forearm pivots at that point. 98. In the case of third class levers, the effort force is not multiplied. Instead, the distance the object is moved is increased. 99. We have already learned that the mechanical advantage is the amount by which an effort force is multiplied.100. For levers, mechanical advantage may be calculated by dividing the distance from the effort force to the fulcrum by the distance from the resistance force to the fulcrum.101. Graphic Transition-Inclined Planes and Screws102. An inclined plane is a simple machine with a sloped surface. This machine will not change the amount of work necessary to complete a task. Rather, it will reduce the effort force.103. Take a ramp for example. It would require much less effort to push a heavy object up a ramp than it would take to lift it straight up.104. In return for the reduction in the amount of force necessary to move the object, you must pull the object over a longer distance than if you lifted it straight up.105. You Decide! What type of simple machine are you using when you split wood with an ax?106. When you use an ax, you are using a wedge. A wedge is composed of two inclined planes put together.107. The wedge of the ax decreases the amount of effort force needed to split a log. As a trade-off, the effort force must be applied over a longer distance.108. A screw is a fourth type of simple machine which functions much like an inclined plane. A common example of a screw is a jack.

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Script (cont.)109. Even though it takes many turns of the jack to move the jack only a little bit, the force produced by the jack is much greater then the force applied.110. Graphic Transition - Wheel and Axle111. Have you ever turned the handle on a water faucet? If so, you’ve experienced a fifth type of simple machine called the wheel and axle.112. This simple machine is composed of two circular parts.113. The axle, the part of the machine about which the wheel turns, is smaller than the wheel. When an effort force is applied to the wheel, it is multiplied at the axle, overcoming the resistance force.114. Since the effort force is always multiplied, the mechanical advantage is always over 1. It may be calculated by dividing the radius of the wheel by the radius of the axle.115. Graphic Transition - Pulleys116. Have you ever raised a flag up a flagpole...117. ...or raised and lowered a window shade?118. If so, you have already used the last type of simple machine - the pulley.119. Like the other simple machines we’ve explored, pulleys make work easier by multiplying the effort force or changing its direction.120. A pulley consists of a rope wrapped around a grooved wheel.121. There are two types of pulley configurations that can make work easier.122. A fixed pulley works by changing the direction of the effort force.123. Since the effort force is not multiplied, the distance the object travels is equal to the distance you pull.124. The second type of pulley configuration does multiply the effort force. This is called a movable pulley and is attached to the object that is being moved.125. Like the other simple machines we have discussed, there is a trade-off for multiplying the effort force. The effort force must be applied over a longer distance.126. A pulley system consists of more than one pulley. The mechanical advantage of a pulley system is equal to the number of ropes which are exerting a pull on the resistance force.127. Graphic Transition - Summing Up128. During the past few minutes we have explored the world of simple machines.129. We have defined work and learned how to calculate the amount of work accomplished.130. We’ve also learned what power is and how to calculate power using work and time.131. We’ve explored the different types of simple machines and how they make our everyday activities much easier. Finally, we learned how to calculate the mechanical advantage of each of these types of simple machines.132. Next time you see someone at work with a hammer or eating their food, remember the different types of simple machines we’ve discussed. You might just look at them a little differently.133. Graphic Transition - Video Quiz 1. When an object is moved in the direction of the applied force, __________ is occurring. 2. In order to calculate work, you multiply the force needed to move an object by the _______ it is moved. 3. __________ is the amount of work accomplished per unit time. 4. Joules per second are also known as_________. 5. A _________ is an instrument that makes work easier. 6. In most simple machines the work output of a machine will overcome the _______ ______. 7. _______ ________ is the number of times a machine multiplies the effort force. 8. A seesaw is an example of a first class ________. 9. An ________ _______ is a simple machine with a sloping surface.10. A _________ may be either fixed or stationary..


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• Water Meals

• Biotic Indicators

• Locating Marine Animals

• Vocabulary of Simple Machines

Student Assessments and ActivitiesAssessment Masters:

• Preliminary Assessment

• Video Review

• Post Assessment

Student Activity Masters:

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Respuestas para la evaluación de los estudiantesEvaluación preliminar (págs. 20-21)

1. trabajo 2. distancia 3. potencia 4. vatios 5. máquina 6. fuerza de resistencia 7. ventaja mecánica 8. palanca 9. plano inclinado10. polea

Resumen del video (pág. 22)

Evaluación posterior (págs. 23-24)

Evaluación del video (pág. 22)

1. trabajo 2. tiempo 3. máquina 4. vatio 5. ventaja mecánica 6. plano inclinado 7. palanca 8. fuerza de resistencia 9. polea10. punto de apoyo11. verdadero12. falso13. verdadero14. falso15. falso16. verdadero17. falso18. falso19. verdadero20. verdadero

1. verdadero 2. falso 3. verdadero 4. falso 5. falso 6. verdadero 7. verdadero 8. falso 9. verdadero10. falso11. palanca12. punto de apoyo13. máquina14. polea15. vatio16. plano inclinado17. trabajo18. fuerza de resistencia19. tiempo20. ventaja mecánica

Decida:1. No2. Levantar la roca requiere más trabajo.3. El tractor tiene el mayor poder.4. El destornillador está multiplicando la fuerza necesaria para levantar la tapa de la lata.5. Una cuña (plano inclinado doble).


Máquinas simples

Respuestas de los estudiantes a los ejercicios

Vocabulario de Máquinas simples (pág. 30)

Calculando las ventajas mecánicas (pág. 23-24)

El arte de las máquinas (págs. 25-26)

Calculando el trabajo (pág. 27)

Las respuestas pueden variar.

Conclusiones: Las respuestas pueden variar. Si levantas un objeto al doble de altura, la cantidad de trabajo realizado se duplicará. Las respuestas variarán dependiendo de los objetos utilizados.

1. j - polea 2. m - palanca 3. l - vatio 4. i - ventaja mecánica 5. e - potencia 6. h - punto de apoyo 7. g - plano inclinado 8. k - cuña 9. o - rueda y eje10. n - tornillo11. b - máquina12. a - trabajo13. f - julios14. c - fuerza de esfuerzo15. d - fuerza de resistencia

El poder de las poleas (págs. 28)

Conclusiones: La fuerza de esfuerzo disminuye conforme el punto de apoyo se aleja del área en donde esta siendo aplicada la fuerza. La ventaja mecánica que tiene una palanca se calcula dividiendo el largo del brazo de esfuerzo entre el largo del brazo de resistencia. Por lo tanto, a medida que el brazo de esfuerzo se alarga, el de resistencia se acorta y la ventaja mecánica aumenta. Esta es una palanca de primera clase.

1. 52. 1.53. 1.25 pies4. 25. 75 cm

Conclusiones: La polea fija hizo el trabajo más fácil al cambiar la dirección de la fuerza de esfuerzo. La polea móvil hizo el trabajo más fácil al multiplicar la fuerza de esfuerzo. Se podrían mejorar estos sistemas de poleas al combinar una polea fija y una polea móvil. A medida que aumenta el número de poleas en un sistema, se incrementa el número de segmentos de cuerda que están ejerciendo una fuerza con dirección hacia arriba sobre el objeto. Por lo tanto, se requiere de un menor esfuerzo.

Una lección sobre palancas (pág. 29)

Assessment and Student

Activity Masters

18©2002

NombreMáquinas simples

Instrucciones: Completa el espacio vacío con la palabra correcta. Las posibles respuestas se encuentran listadas en la parte inferior.

Evaluación preliminar

1. Cuando una niña levanta una caja pesada, está haciendo un _______________.

2. La potencia es la cantidad de trabajo realizado por unidad de _______________.

3. Una _________________ se utiliza para hacer el trabajo más fácil.

4. Un término comúnmente usado para medir la potencia eléctrica es el _______________. 5. Si una máquina triplica la fuerza de esfuerzo, tiene una ____________ ______________ de tres. 6. Una rampa es un ejemplo de una ____________ ___________.

7. Una carretilla es un ejemplo de _______________ de segunda clase.

8. A la fuerza que actúa en contra de la producción de trabajo de una máquina se le llama ____________ ____________.

9. Una _________________ fija se une con un objeto estacionario.

10. El punto fijo de una palanca se conoce como _______________.

fulcroventaja mecánicatrabajoplano inclinadovationewton

máquinatiempopoleapalancafuerza de resistenciaentrada

19©2002


Instrucciones: Decide si los enunciados son Verdaderos (V) o Falsos (F).

Evaluación preliminar11. Un metro-newton es igual a un joule.

12. Si un niño empuja un coche y no se mueve, está realizando un trabajo.

13. El trabajo es igual a la fuerza aplicada multiplicada por la distancia a la que se desplazó un objeto.

14. La potencia es una medida de la distancia en que un objeto es desplazado por unidad de fuerza.

15. Las máquinas simples no son capaces de multiplicar la fuerza de esfuerzo aplicada.

16. Las máquinas simples son capaces de cambiar la dirección de la fuerza de esfuerzo aplicada.

17. Si una máquina duplica la fuerza de esfuerzo, tiene una ventaja mecánica de 4.

18. Un subibaja es un ejemplo de una cuña.

19. Una rueda de la fortuna es un ejemplo de una rueda y un eje.

20. Los sistemas de poleas pueden ser fijos o móviles.

V F

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Resumen del videoInstrucciones: Durante el transcurso del video, contesta a las preguntas tal y como se presentan en el mismo. Al finalizar, contesta a las preguntas de la sección de evaluación del vídeo.¡Tu Decides! 1. ¿La niña está haciendo trabajo?

¡Tu Decides! 2. ¿Qué tarea requiere más trabajo, levantar una piedra grande 1,5 m del piso o levantar este malvavisco 1,5 m del piso?

¡Tu Decides! 3. ¿Quién tiene más potencia: los bueyes que tiran del arado o el tractor?

¡Tu Decides! 4. ¿Cómo saca fácilmente este destornillador la tapa que estaba firmemente adhercia a la lata?

¡Tu Decides! 5. ¿Qué tipo de máquina simple usa al cortar leña con el hacha?

Evaluación del Video:

1. Cuando un objeto se mueve en la dirección de la fuerza aplicada, _____________ se produce. 2. Para poder calcular el trabajo, se muliplica la fuerza necessaria para mover un objeto por ______________ a la que se mueve. 3. ______________ es la cantidad de trabajo logrado por unidad de tiempo. 4. Los joules por segundo también se denominan ______________. 5. Una _______________ es un instrumento que facilita el trabajo. 6. En la mayoría de las máquinas simples, la producción de una máquina superará la __________________.

7. ____________________ es la número de veces que una máquina multiplica la fuerza de esfuerzo. 8. Un sube y baja es un ejemplo de _______________ de primera clase. 9. Un _______________________ es una máquino simple con superfice oblicua. 10. Una ______________ puede ser fija inmóvil.

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Evaluación posteriorInstrucciones: Decide si los enunciados son Verdaderos (V) o Falsos (F).

V F

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V F

1. Las máquinas simples son capaces de cambiar la dirección de la fuerza de esfuerzo aplicada.

2. La potencia es una medida de la distancia en que un objeto es desplazado por unidad de fuerza.

3. Una rueda de la fortuna es un ejemplo de una rueda y un eje.

4. Si un niño empuja un coche y no se mueve, está realizando un trabajo.

5. Las máquinas simples no son capaces de multiplicar la fuerza de esfuerzo aplicada.

6. Un metro-newton es igual a un joule.

7. Los sistemas de poleas pueden ser fijos o móviles.

8. Un subibaja es un ejemplo de una cuña.

9. El trabajo es igual a la fuerza aplicada multiplicada por la distancia a la que se desplazó un objeto.

10. Si una máquina duplica la fuerza de esfuerzo, tiene una ventaja mecánica de 4.

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Evaluación posterior

11. Una carretilla es un ejemplo de _______________ de segunda clase.

12. El punto fijo de una palanca se conoce como _______________. 13. Una _________________ se utiliza para hacer el trabajo más fácil.

14. Una _________________ fija se une con un objeto estacionario.

15. Un término comúnmente usado para medir la potencia eléctrica es el _______________.

16. Una rampa es un ejemplo de una ____________ ___________.

17. Cuando una niña levanta una caja pesada, está haciendo un _______________.

18. A la fuerza que actúa en contra de la producción de trabajo de una máquina se le llama ____________ ____________.

19. La potencia es la cantidad de trabajo realizado por unidad de _______________.

20. Si una máquina triplica la fuerza de esfuerzo, tiene una ____________ ______________ de tres.

Instrucciones: Completa el espació vacío con la palabra correcta. Las posibles respuestas se encuentran listadas en la parte inferior.

fulcroventaja mecánicatrabajoplano inclinadovationewton

máquinatiempopoleapalancafuerza de resistenciaentrada

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Calculando las ventajas mecánicas

Antecedentes: Usamos máquinas simples todos los días para facilitar el trabajo. Utilizamos planos inclinados para levantar objetos pesados. Usamos tornillos tales como los gatos hidráulicos para cambiar llantas desinfladas. Estas máquinas son capaces de facilitar el trabajo multiplicando la cantidad de esfuerzo puesto en ellos, algo también conocido como la fuerza de esfuerzo. Al multiplicar la fuerza de esfuerzo, una máquina simple es capaz de superar tante la fuerza de resistencia como la fuerza que se opone a la fuerza de esfuerzo y a la fuerza de la máquina. El número de veces que la máquina multiplica la fuerza de esfuerzo se llama ventaja mecánica. La ecuación más básica utilizada para calcular una ventaja mecánica es la siguiente:

Instrucciones: Utiliza la información proporcionada para resolver los problemas matemáticos en la página siguiente.

Ventaja mecánica = Fuera de resistencia Fuerza de esfuerzo

Ahora debemos considerar la forma de calcular la ventaja mecánica para cada tipo de máquina simple. A continuación se presentan las ecuaciones necesarias para calcular la ventaja mecánica para cada una de las máquinas simples.

Palanca: Ventaja mecánica = longitud del brazo de esfuerzo longitud del brazo de resistencia

Polea: Cuente el número de segmentos de cuerda que ejercen una fuerza hacia arriba sobre el objeto que se está moviendo.

Rueda y eje: Ventaja mecánica = radio de la rueda radio del eje

Plano inclinado: Ventaja mecánica = longitud de la pendiente(Incluye la cuña y altura de la pendienteel tornillo)

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Preguntas:1. Una barra en línea (palanca) es a menudo utilizada para levantar un objeto grande. Si la palanca mide 100 cm de largo y el objeto se encuentra a 20 cm del punto de apoyo, ¿Cuál es la ventaja mecánica de la palanca?

2. La rueda de una bicicleta pequeña tiene un radio de 30 cm. El eje tiene un radio de 20 cm. ¿Cuál es la ventaja mecánica de la rueda y el eje?

3. Estas usando una rampa para mover una caja pesada a un camión de mudanzas. Si la ventaja mecánica de la rampa es 2 y la vía de acceso mide 2.5 metros de largo, ¿Qué altura presenta la pendiente de la rampa?

4. ¿Cuál es la ventaja mecánica de la polea que se observa a continuación?

5. La ventaja mecánica de un volante es 15. Si el radio del eje de dirección es de 5 cm, ¿Cuál es el radio del volante?

Calculando las ventajas mecánicas

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El arte de las máquinasObjetivo: En esta actividad crearás un diagrama de una máquina compuesta etiquetarás las diferentes máquinas simples representadas y entenderás cómo las máquinas simples pueden hacer el trabajo más fácil.

Procedimiento:1. En grupo, examinen los esquemas de los instrucciones de diferentes dispositivos del hogar. Observen que los diagramas se encuentran etiquetados por partes miren, cómo utilizan flechas para mostrar la dirección y expliquen cómo se conectan. Si el libro de David Macaulay “Cómo funcionan las cosas” está disponible, discutan cómo es que otros artistas han creado esquemas de máquinas para explicar cómo funcionan.2. Divídanse en grupos de cinco. Su profesor les proporcionará a cada grupo papel, lápices, goma y una máquina compuesta.3. Escojan a una persona en su grupo para demostrar cómo funciona su máquina.4. Posteriormente, respondan a las preguntas de la página siguiente en relación a su máquina. Asegúrense de explicar las máquinas simples que la forman.5. Tras examinar las respuestas a las preguntas en grupo, dibujen un boceto de su máquina. Recuerden que al igual que Leonardo da Vinci, es importante mostrar las máquinas simples que la hacen trabajar. Asegúrense de que todos cooperen y consideren la participación de cada uno de los integrantes.6. En su diagrama, marquen los diferentes tipos de máquinas simples. Utilicen flechas para indicar el movimiento, así como anotaciones para explicar cómo se conectan las partes.7. Elijan a un miembro del grupo para presentar el esquema de su máquina al resto de la clase.

Antecedentes: Leonardo da Vinci, el famoso artista e inventor del siglo XV fue bien conocida por sus inventos y detallados dibujos de máquinas simples. Cuando dibujó una máquina, Da Vinci detalladó diagramas de máquinas simples que componían máquinas más grandes. El también escribió explicaciones sobre qué mecanismos hacen que las máquinas funcionen y cómo pueden combinarse los diferentes aspectos de las máquinas. En esta actividad harás un diagrama de diferentes aparatos y aprenderás que las máquinas simples hacen el trabajo mas fácil al manipular las cantidad y la dirección de la fuerza que se aplica.

Materiales: papel, lápices y borrador, diagramas, de manuales de instrucciones de productos de casa (ej. coche, gratinador de queso, herramientas), máquinas compuestas o aparatos (ej. alicates, perforadora de tres agujeros, cortadora de papel, batiodor, etc.). “The Way Things Work” by David Macaulay, Houghton Mifflin Co., Boston, 1988 (si está disponible).

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El arte de las máquinasPreguntas:1. ¿Cuál es el propósito de su máquina o qué clase de trabajo está diseñada para hacer más fácil?

2. ¿Qué parte o partes de la máquina sirven como fuente de energía?

3. ¿Qué parte o partes de la máquina representan diferentes máquinas simples? Por ejemplo, ¿Qué parte es una palanca, polea, plano inclinado o rueda y eje? Si hay una palanca representada en la máquina, ¿A qué clase de palanca pertenece? ¿Dónde está el punto de apoyo o punto de giro?

4. ¿Cómo hace más fácil la máquina el trabajo?

5. ¿Cuáles son algunas desventajas de usar esta máquina?

6. ¿Existe alguna cosa que se le pudiera añadir a la máquina para hacerla más eficiente?

Conclusiones:Piensen en otra máquina con la que estén familiarizados. Hagan una lista de las distintas máquinas simples que la componen y expliquen cómo funciona una de ellas para facilitar el trabajo. Si el tiempo lo permite, utilicen las fórmulas de la página 23 de esta guía, para calcular la ventaja mecánica de una de las máquinas simples presentes. Comparen su diagrama con los de un instructivo y con el manual de “Cómo funcionan las cosas”. ¿Qué diagramas son los más fáciles de entender? Mencionen los cambios que le pueden hacer a su diagrama para facilitar su seguimiento.

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Calculando el trabajo

Antecedentes: El trabajo ocurre a nuestro alrededor diariamente. Muchos piensan que un trabajo sólo se realiza cuando se lleva acabo una faena o un proyecto. Pero como ya hemos aprendido, el trabajo se produce cuando se aplica una fuerza sobre una distancia. Si movemos un objeto mediante la aplicación de una fuerza, logramos una cierta cantidad de trabajo. Por supuesto, cuando dan la vuelta a las páginas de un libro o toman el teléfono, están haciendo menos trabajo que si levantaran una caja pesada o empujaran un coche cuesta arriba en una colina. Entonces, ¿Cómo podemos medir la cantidad de trabajo que se realiza? El trabajo puede ser calculado usando la siguiente fórmula simple:

Trabajo = Fuerza X Distancia

Conclusiones:¿Qué objeto requiere de más trabajo para ser levantado? ¿Cómo cambiaría la cantidad de trabajo si tuvieras que levantar los objetos al doble de altura? ¿Qué máquinas simples podrían haber sido utilizadas para levantar cada objeto con mayor facilidad?

Procedimiento:1. Ata un extremo de la cuerda a la balanza de resorte.2. Ata el otro extremo de la cuerda a tu primer objeto.3. Tira de la balanza hasta que levantes el objeto a cierta altura.4. Anota la fuerza requerida para levantar el objeto.5. Utilizando la cinta métrica, mide la distancia a la cual se levantó el objeto (en metros).6. Usa la ecuación anterior para determinar la cantidad de trabajo realizado. 7. Repite los pasos del 2 al 6 para los cuatro objetos restantes.8. Realiza una tabla de datos que incluya la fuerza, la distancia y el trabajo realizado para cada objeto.

Materiales:Balanza de resorteCuerda o cadena (de 1 a 2 pies)5 objetos con masas diferentesLápiz y papelCinta métrica

Objetivo: En esta actividad aprenderás a calcular la cantidad de trabajo que se necesita para levantar objetos de diferentes tamaños.

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El poder de las poleasObjetivo: Que los alumnos construyan dos sistemas de poleas y observen cómo estas máquinas simples facilitan el trabajo.

Conclusiones:¿Cómo ayudó cada uno de los sistemas de poleas a levantar la pesa? ¿Cómo podrías mejorar estos sistemas para que el trabajo resulte aún más fácil?

Procedimiento:1. Ata un extremo de la cuerda a la pesa y el otro a la balanza. Anota el peso en Newtons.2. Fija el anillo a su soporte (3/4 del camino alrededor del soporte del anillo).3. Construye un sistema de polea fija, uniendo la polea al soporte.4. Pasa la cuerda que sostiene la balanza y la pesa por encima de la polea, para que la balanza cuelgue hacia un lado de la polea y la pesa hacia el otro.5. Tira de la balanza hacia abajo lentamente. Registra la fuerza que se necesita para levantar el peso.6. Construye una polea móvil, uniendo un extremo de la cuerda al anillo.7. Pasa la cuerda por debajo de la polea (que está debajo del anillo) y ata el otro extremo a la balanza.8. Después, ata la pesa a la polea.9. Tira de la balanza lentamente hasta que se levante la pesa. Registra la fuerza utilizada para levantar el peso.

Materiales:Anillo y soporte de anilloPolea sencillaPesas pequeñasCuerdaBalanza de resorte (newtons)

Antecedentes: Los sistemas de poleas se utilizan a nuestro alrededor. Si alguna vez has subido y bajado una persiana, lo más probable es que hayas utilizado un sistema de poleas. Como ya hemos aprendido, una polea consiste en una cuerda enrollada en una rueda acanalada. Los sistemas de poleas facilitan el trabajo en una u otra manera. Una polea fija facilita el trabajo cambiando la dirección de la fuerza. Este tipo de polea se adjunta a un objeto fijo. Un segundo tipo de polea facilita el trabajo multiplicando la fuerza de esfuerzo. Esta se llama polea móvil debido a que la polea está conectada directamente al objeto en movimiento.

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Una lección sobre palancasObjetivo: Construir una palanca casera y observar cómo esta máquina simple puede hacer el trabajo más fácil. También entender la relación que existe entre la fuerza de esfuerzo, fuerza de resistencia y la ubicación del punto de apoyo.

Conclusiones:¿Cómo se diferenció la fuerza de esfuerzo durante las 3 pruebas? Explica cómo el aumentar o disminuir la distancia entre la fuerza de esfuerzo y el punto de apoyo afectó a la fuerza de esfuerzo. ¿Qué clase de palanca es ésta?

Procedimiento:1. Apila las 5 monedas y pégalas con cinta adhesiva. Esta será la fuerza de resistencia.2. Construye una palanca utilizando la regla como barra recta y la pluma como el punto de apoyo.3. Coloca la pluma debajo de la regla en la marca de 15 cm. Coloca la pila de monedas en el centímetro 2 de la regla.4. Presiona hacia abajo la marca de 30 cm en la regla. Cuando presionas la regla, estás ejerciendo una fuerza de esfuerzo.5. Mueve el punto de apoyo a la marca de 20 cm y repite el paso 4.6. Mueve la pluma a la marca de 10 cm y repite el paso 4.

Materiales:5 monedas de diez centavosuna regla de 30 cm pluma

Antecedentes: Si alguna vez has usado un calzador o te has subido a un subibaja, entonces has usado una máquina simple llamada palanca. Ya hemos aprendido que una palanca es una barra recta que gira alrededor de un punto fijo conocido como el punto de apoyo. El brazo donde se aplica la fuerza de esfuerzo se llama brazo de esfuerzo y el brazo donde se encuentra la carga se llama brazo de resistencia. Existen tres clases diferentes de palancas. En una palanca de primera clase, el punto de apoyo se encuentra entre la fuerza de esfuerzo y la fuerza de resistencia. Un subibaja es el ejemplo clásico de este tipo de palanca. En una palanca de segunda clase, la fuerza de resistencia reside entre el punto de apoyo y la fuerza de esfuerzo. Una carretilla de mano es un buen ejemplo de este tipo de palanca. Por último, en una palanca de tercera clase, la fuerza de esfuerzo se encuentra entre el punto de apoyo y la fuerza de resistencia. Usamos palancas de tercera clase cada vez que utilizamos nuestro antebrazo para cargar una mancuerna.

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Vocabulario de máquinas simplesInstrucciones: Las letras de la primera columna se encuentran en desorden. Ordénalas para formar la palabra correcta. Una vez realizado esto, relaciona las palabras con su respectiva definición que se encuentra en la siguiente columna.

____ 1. eopal _________________

____ 2. aclnapa _________________

____ 3. twta ______________

____ 4. jtvaena aicenamc _________________________ _______________________

____ 5. ecpinato __________________

____ 6. onput ed yoaop ___________ _______ _______________

____ 7. npola cidalonin _____________ __________________

____ 8. ñcau _______________

____ 9. aduer y jee _______________

_____ ______________

____ 10. litonlor _________________

____ 11. qanimau ________________

____ 12. jatobra _________________

____ 13. lsuej _____________

____ 14. zefrua ed fozersue ____________ _______ ____________________

____15. urafze ed senicateris __________________ _____ ________________________

a. fuerza que actúa sobre una distancia para mover un objeto.

b. un instrumento que facilita el trabajo.

c. fuerza que se le aplica a una máquina.

d. fuerza que se opone a la fuerza de esfuerzo.

e. cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo.

f. 1 newton-metro.

g. máquina simple con superficie inclinada.

h. el punto fijo de una palanca.

i. el número de veces que una máquina multiplica la fuerza de esfuerzo. j. cuerda enrollada en una rueda acanalada.

k. máquina simple que se compone de dos planos inclinados.

l. 1 julio por segundo.

m. barra recta que se mueve sobre un punto fijo.

n. plano inclinado enrollado en una barra para formar una espiral.

o. máquina simple compuesta por dos objetos circulares.

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