BARQUITO POP-POP TORNILLO DE ARQUÍMEDES


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1 BARQUITO POP-POP TORNILLO DE ARQUÍMEDES Enrique González Gisbert Vicente Manzana Mondragón Carlos Colás Pérez COLEGIO LICEO CORBÍ Valencia Introducción: Cómo conseguir movimiento? Cómo actúan las fuerzas que nos rodean? Cómo conseguir aprovechar las leyes físicas en nuestro beneficio? El barquito pop-pop es un proyecto sencillo de realizar, así como el tornillo de Arquímedes. De este modo esperamos acercar a los alumnos al estudio de las fuerzas, ayudar a comprender mejor las leyes de Newton, así como buscar aplicaciones a los planos inclinados. También podemos relacionar el barquito con el Principio de Arquímedes. Objetivos: Aprender a trabajar en el Taller-Laboratorio y apreciar el orden, la limpieza y el rigor al trabajar en el mismo. Aprender a trabajar en equipo. Buscar aplicaciones prácticas a la teoría. Dibujar y descomponer las fuerzas que intervienen. Reconocer los efectos de las fuerzas. Reconocer la existencia de la pareja de fuerzas acción-reacción. Relacionar los movimientos con las causas que los producen. Relación del tema propuesto con el currículo del Curso: Está relacionado con el concepto de fuerzas de la asignatura Física y Química de 4º de la ESO. 1

2 Cuestiones previas y motivadoras para los alumnos Por qué se desplaza un avión a reacción? Cómo se produce el desplazamiento? Por qué flotan los barcos? Cómo utilizar la 3ª ley de Newton en nuestro beneficio? Cómo superar un desnivel para elevar grano o agua por ejemplo? Cómo pudieron construir las pirámides de Egipto? Y los dólmenes? Material y recursos necesarios: 1 tetrabrik. 1 lata de refresco Pistola de silicona 1 vela Pegamento de dos componentes. 3 pajitas Cútex Tijeras 1 regla Tornillos 2 recipientes 1 tubo transparente 1 manivela Destornillador Corcho Normas de seguridad: Despejar la zona de trabajo. No tener equipos electrónicos cerca de la zona de prueba del barquito. Máxima precaución al utilizar el cútex. Preferiblemente lo utiliza el profesor. No acercar nada inflamable a la pistola de silicona. Precaución con las quemaduras. Procedimiento: 1. Se recorta el tetra-brik según indica la plantilla proporcionada por el profesor (anexo 2), así como 2 rectángulos de 7x8cm. 2. Se arma el casco. 3. Se construye la caldera con el bote de refresco siguiendo las indicaciones pertinentes (anexo 3). 4. Se une la caldera al casco. 5. Se termina de ensamblar. 6. Probar el barco. 2

3 1. Realizar 2 agujeros en los extremos del tubo y de la manguera. 2. Enrollar la manguera alrededor del tubo. 3. Poner la tapa en uno de los extremos. 4. Insertar la manivela en la tapa. Fijar con silicona. 5. Probar que funciona. Tiempo necesario para desarrollar esta práctica: 3 sesiones. Sesión Previa Primero, en los últimos cinco minutos de clase, se plantean a los alumnos las cuestiones previas y motivadoras, mencionadas anteriormente. También se pide a los alumnos que investiguen en casa (internet). 1ª Sesión. En esta sesión abordamos la teoría, así como contestamos a las preguntas planteadas con anterioridad. Explicamos el Principio de Arquímedes. Hablamos del 3 er Principio de la dinámica. Ilustramos en qué consiste el tornillo de Arquímedes Anexo 1 2ª Sesión En esta sesión, 2 grupos pasarán a construir el tornillo de Arquímedes y 4 grupos el barquito pop-pop. Los grupos son de 2 o 3 alumnos con el fin de que todos aporten su granito de arena. Anteriormente ya hemos hablado de los materiales necesarios y pasos para la construcción, así como de las normas de seguridad. Armando el casco Fabricando el depósito El depósito 3

4 El tornillo 3ª Sesión Terminar los proyectos y probarlos. 4

5 Principio de Arquímedes Anexo 1 Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje, de abajo hacia arriba, igual al peso del líquido desalojado. Cuerpos sumergidos Sobre un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas; su peso, que es vertical y hacia abajo y el empuje que es vertical pero hacia arriba. Entonces, se pueden producir tres casos: 1. Si el peso es mayor que el empuje (P > E), el cuerpo se hunde 2. Si el peso es igual que el empuje (P = E), el cuerpo no se hunde ni emerge. 3. Si el peso es menor que el empuje (P < E), el cuerpo flota Cuerpos sumergidos: tres casos. Tercera ley de Newton La tercera ley de Newton establece lo siguiente: Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero. Con frecuencia se enuncia como "A cada acción siempre se opone una reacción igual". En cualquier interacción hay un par de fuerzas de acción y reacción, cuya magnitud es igual y sus direcciones son opuestas. Las fuerzas se dan en pares, lo que significa que el par de fuerzas de acción y reacción forman una interacción entre dos objetos. 5

6 Otra forma de verlo es la siguiente: Si dos objetos interactúan, la fuerza F 12, ejercida por el objeto 1 sobre el objeto 2, es igual en magnitud y opuesta en dirección a la fuerza F 21 ejercida por el objeto 2 sobre el objeto 1: Ejemplos: 1. Si una persona empuja a otra de peso similar, las dos se mueven pero en sentido contrario. 2. Cuando brincamos empujamos a la tierra hacia abajo y ésta nos empuja con la misma intensidad hacia arriba. 3. Una persona que rema en una lancha empuja el agua con el remo en una dirección y el agua responde empujando la lancha en dirección contraria. 4. Cuando caminamos empujamos a la tierra hacia atrás con nuestros pies, a lo cual la tierra responde empujándonos a nosotros hacia delante con la misma fuerza haciendo que avancemos. 5. La turbina de un avión ejerce una fuerza hacia atrás con el aire que suelta, lo cual ocasiona una reacción en sentido contrario y con la misma intensidad que hace que el avión avance hacia delante. 6. Cuando se dispara una bala, la explosión de la pólvora ejerce una fuerza sobre la pistola, la cual reacciona ejerciendo una fuerza de igual intensidad pero en sentido contrario sobre la bala. 7. Cuando se cuelga un objeto de una cuerda el objeto ejerce una fuerza hacia abajo, pero la cuerda ejerce una fuerza hacia arriba de igual intensidad, que hace que el objeto no se caiga. 8. Cuando una persona salta de una lancha al muelle empuja la lancha hacia atrás y la lancha impulsa al hombre hacia adelante. 9. Al golpear un clavo con un martillo, el clavo ejerce una fuerza contraria que hace que el martillo revote hacia atrás. Barquito pop-pop 6

7 Tornillo de Arquímedes Un Tornillo de Arquímedes es una máquina gravimétrica helicoidal utilizada para elevación de agua, harina, cereales o material excavado. Fue inventado en el siglo III a. C. por Arquímedes, del que recibe su nombre, aunque existen hipótesis de que ya era utilizado en el Antiguo Egipto. Desde su invención hasta ahora se ha utilizado para el bombeo. También es llamado Tornillo Sin fin por su circuito en infinito. El tornillo de Arquímedes consiste en un tornillo ( superficie helicoidal que rodea a un cilindro ) dentro de un tubo. El movimiento de este aparato suele ser gracias a un molino o por trabajo manual. Gracias a que el tornillo rota, este hace que el líquido que se encuentra debajo ascienda por la superficie helicoidal que lo rodea. Su uso fue principalmente para sistemas de irrigación y para sacar agua de minas u otros sitios poco accesibles. Tenemos que tener en cuenta que no es necesario que el tornillo y el tubo estén sellados herméticamente mientras que el agua que consiga subir sea considerablemente menor a la cantidad de agua que se cae de nuevo. Además, si existe agua que se cae de una sección, caerá encima de la siguiente que probablemente haga que suba de nuevo. 7

8 Anexo 2 8

9 Anexo 3 Del bote de refresco debemos obtener una rectángulo de unos 5 o 6 cm de ancho y lo que de de largo. Para ello cortaremos con un cútex la parte superior e inferior del bote. De este modo obtendremos un cilindro, el cual deberemos cortar con unas tijeras. Doblamos el rectángulo por la mitad: A continuación, ayudándonos con una regla doblamos los bordes Por último introducimos las 2 pajitas y sellamos todos los bordes con pegamento de 2 componentes. 9

10 Análisis de los resultados: A continuación podemos observar los trabajos una vez acabados: Tornillo de Arquímedes Ambos grupos optaron por unir la manivela con corcho, plastilina y silicona. De momento funcionaba, pero nada más probarlo ya se veía que no iba durar mucho, con lo cual le expliqué que la unión debería ser más resistente y tuvieron que repetirlo. Optando un grupo por chapa y cola y el otro por un tapón de plástico y silicona. 10

11 Barquito pop-pop En el caso de los barquitos, casi todos los grupos han tenido que retocar el barco. Sobre todo porque tenían una vía de agua. Normalmente repasando las juntas con silicona ha sido más que suficiente. Ahora bien, el barco de un grupo se volcaba, con lo cual tuvieron que idear otro tipo de solución y le añadieron unos listones de madera Conclusiones del proyecto: - El hecho de ver una aplicación práctica a la teoría y hacer algo distinto a resolver ejercicios, ha motivado y despertado la curiosidad y el interés de los alumnos. - Como los alumnos no están acostumbrados a trabajos de ésta índole, ha costado un poco organizarlos. - Gracias a éstos trabajos los alumnos relacionan los conceptos más fácilmente cuando se les explica. - Aunque no estaba previsto, también hemos introducido el concepto de centro de masas. 11

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