Máquinas simples a nuestro alrededor
Lo que vas a aprender
- Reconocer la palanca, el plano inclinado, la polea, la rueda y eje, la cuña y el tornillo en objetos de la casa y del colegio.
- Explicar qué ayuda da cada máquina simple: fuerza pequeña para lograr una grande, movimiento pequeño para lograr uno grande, o cambiar la dirección de la fuerza.
- Explicar con un ejemplo que una máquina no crea fuerza: lo que se ahorra en fuerza se paga recorriendo más camino.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Sábado en la tienda del barrio. Don Aurelio tiene que subir bultos de papa al camión. No los levanta a pulso: pone una tabla larga desde el suelo hasta el camión y los sube empujando. Mientras tanto, su nieta abre una gaseosa con un destapador. Con los dedos no podría, pero con el destapador la tapa salta en un segundo.
La tabla y el destapador son máquinas simples. En esta lección vas a encontrarlas en tu casa y en el colegio, y vas a descubrir qué ayuda da cada una. También vas a descubrir su secreto: ninguna máquina regala fuerza.
Explicación
¿Qué es una máquina simple?
Una máquina simple es un objeto sencillo que nos ayuda con un trabajo que pide fuerza: levantar, subir, partir, apretar o girar. No tiene motor ni pilas. La fuerza la pones tú, con tus brazos o con tus piernas. La máquina solo cambia cómo la pones.
Hay seis máquinas simples. Seguro ya las has usado.
- La palanca. Es una barra firme que gira sobre un punto de apoyo. Las tijeras, el destapador, el sube y baja del parque y la carretilla son palancas.
- El plano inclinado. Es una rampa. La tabla de don Aurelio, la rampa del bus para las sillas de ruedas y la carretera que sube la montaña dando curvas son planos inclinados.
- La polea. Es una rueda con un canal por donde pasa una cuerda. Está en el pozo de la finca y en el asta de la bandera del colegio.
- La rueda y eje. Es una rueda grande pegada a un palo más delgado, el eje. Los dos giran juntos. La manija del molino de maíz y la perilla de la puerta son ruedas con eje.
- La cuña. Es una pieza que termina en filo. Cuando entra en un material, lo abre hacia los lados. El hacha, el cuchillo y la punta de una puntilla son cuñas.
- El tornillo. Es una rampa enrollada alrededor de un palito. Esa rampa en espiral se llama rosca. La tapa de un frasco también tiene rosca.
Las seis máquinas simples. La palanca gira sobre su punto de apoyo; la caja sube por el plano inclinado; en la polea se hala hacia abajo y el balde sube; en la rueda y eje se gira la manija y la cuerda se enrolla en el eje; la cuña abre el tronco hacia los lados; el tornillo tiene su rampa enrollada, la rosca.
Tres ayudas distintas
Cada máquina simple nos ayuda de una de estas tres maneras.
1. Una fuerza pequeña logra una fuerza grande. Con el destapador empujas suave el mango y la tapa sale con mucha fuerza. Con la rampa empujas el bulto con menos fuerza de la que necesitarías para levantarlo. Con el tornillo, tu mano gira suave y la rosca entra con fuerza en la madera.
2. Un movimiento pequeño logra un movimiento grande. Mira la escoba: tus manos se mueven poquito y la punta barre un pedazo grande del piso. Con la caña de pescar, un giro corto de las manos lanza el anzuelo lejos.
3. La fuerza cambia de dirección. En el pozo, halas la cuerda hacia abajo y el balde sube. Halar hacia abajo es más cómodo, porque te ayuda el peso de tu cuerpo.
El secreto: ninguna máquina regala fuerza
Mucha gente cree que una máquina crea fuerza. No es así. Una máquina hace un trato contigo: si te pide menos fuerza, te pide más camino.
- Por la rampa empujas más suave, pero caminas más que si levantaras el bulto derecho.
- Con el destapador, tu mano baja un buen trecho y la tapa se levanta apenas un poquito.
- Con el tornillo das muchas vueltas para que avance un poquito.
El trato también funciona al revés. Con la escoba ganas movimiento, pero tus manos hacen más fuerza de la que haría la punta. Lo que ganas en fuerza lo pagas en camino, y lo que ganas en camino lo pagas en fuerza.
Y la polea del pozo no hace más liviano el balde. Con una polea fija halas con la misma fuerza que si lo subieras con la mano. Lo único que cambia es la dirección.
La carga de la izquierda pesa tres veces más que la fuerza de la derecha, y aun así la barra queda derecha: el apoyo está cerca de la carga. Mueve el apoyo hacia la derecha y mira cómo baja la carga: la misma fuerza pequeña ya no alcanza. Muévelo hacia la carga y la fuerza la levanta.
El trato de la rampa. A la izquierda, la caja sube derecho hasta la tarima: el camino es corto, pero la flecha de la fuerza es larga, porque hay que hacer mucha fuerza. A la derecha, la caja sube por la rampa hasta la misma tarima: el camino punteado es largo, pero la flecha de la fuerza es corta.
Ejemplo resuelto
El destapador de la tienda
La nieta de don Aurelio abre una gaseosa con el destapador. ¿Qué máquina simple es el destapador y qué ayuda le da?
Ver la solución paso a paso
Buscamos una barra firme: el destapador es una barra de metal. Buscamos dónde gira: el borde de arriba de la tapa sirve de punto de apoyo. Es una palanca.
Ella empuja el mango hacia arriba con una fuerza suave. Del otro lado, el destapador muerde la tapa y la levanta con una fuerza grande. La ayuda es lograr una fuerza grande con una fuerza pequeña.
¿Y el trato? Su mano recorre un buen trecho, mientras la tapa se mueve apenas un poquito. Ahorra fuerza, pero la paga con camino.
Respuesta: Es una palanca: con una fuerza pequeña en el mango logra una fuerza grande en la tapa, a cambio de mover la mano más camino.
Ejemplo resuelto
La tabla de don Aurelio
Don Aurelio tiene que subir un bulto al piso del camión. Puede levantarlo derecho, a pulso, o empujarlo por una tabla larga que usa como rampa. ¿Qué gana y qué paga si usa la tabla?
Ver la solución paso a paso
Si lo levanta derecho, el bulto solamente sube lo que mide la altura del camión, pero don Aurelio tiene que hacer toda la fuerza del peso del bulto.
Por la rampa, el bulto recorre todo el largo de la tabla, que es mucho más que la altura del camión: el camino es más largo.
A cambio, don Aurelio empuja mucho más suave. La rampa no crea fuerza: cambia fuerza por camino.
Respuesta: Con la tabla gana fuerza, porque empuja más suave, y paga camino, porque el bulto recorre más.
Ejemplo resuelto
Las vueltas del tornillo
Lucía arma una repisa con su papá. Con el destornillador da muchas vueltas completas, y el tornillo apenas se hunde un poquito en la madera. ¿Por qué el tornillo es una máquina que ayuda, si hay que dar tantas vueltas?
Ver la solución paso a paso
La mano de Lucía da muchas vueltas: recorre un camino largo.
El tornillo avanza muy poco con cada vuelta, pero entra con mucha fuerza en la madera, más de la que Lucía podría hacer empujándolo derecho.
Otra vez el trato de las máquinas: mucho camino a cambio de fuerza.
Respuesta: El tornillo ayuda porque la mano gira suave y la rosca entra con mucha fuerza; el precio es dar muchas vueltas.
Cacería de máquinas en el salón
Con tu docente, busca máquinas simples en el salón y en tu cartuchera: las tijeras de punta roma, el sacapuntas, la tapa de rosca de tu botella de agua, la manija de la puerta. Para cada una, di cuál es y qué ayuda da.
Cuidados: la cacería se hace con el docente, mirando y moviendo los objetos con calma. Las tijeras se usan solo las de punta roma y nunca se apuntan a nadie. La cuchilla del sacapuntas no se toca ni se saca. El hacha y el cuchillo quedan solo en los dibujos.
Práctica
Valeria dice: «La rampa es tan buena que crea fuerza: con ella cualquiera sube lo que quiera sin hacer esfuerzo». ¿Qué le respondes?
Ninguna máquina regala fuerza. La rampa hace un trato: menos fuerza a cambio de más camino. La fuerza la sigue poniendo la persona.
En la finca, Tomás saca agua del pozo con una polea fija: hala la cuerda hacia abajo y el balde sube. ¿Qué ayuda le da la polea?
La polea fija no reduce la fuerza. Solo cambia su dirección: en vez de levantar el balde hacia arriba, Tomás hala hacia abajo y se ayuda con su peso.
Mariana barre el patio con una escoba de palo largo. ¿Qué ayuda le da la escoba?
La escoba es una palanca que gana movimiento: las manos se mueven poco y la punta barre mucho. El precio es que las manos hacen más fuerza que la que llega a la punta.
Un leñador tiene que partir un tronco en dos. ¿Qué máquina simple usa su herramienta para abrir la madera hacia los lados?
La cabeza del hacha es una cuña: termina en filo y, al entrar, empuja hacia los lados con fuerza y abre el tronco.
Para abrir la puerta, Samuel gira la perilla redonda, que está pegada a un palito delgado que mueve el pestillo. ¿Qué máquina simple es la perilla y qué ayuda da?
La perilla es la rueda y el palito que mueve el pestillo es el eje: giran juntos. La mano recorre la vuelta grande de la perilla y el eje gira con más fuerza. Sin perilla, girar el palito con los dedos costaría mucho.
Don Aurelio lleva tres bultos de arena en la carretilla: alza los mangos y la carretilla se apoya en la rueda. ¿Qué máquina simple es la carretilla y qué ayuda le da?
La carretilla es una barra que gira sobre la rueda, su punto de apoyo. La carga queda cerca de la rueda y las manos lejos: por eso con poca fuerza en los mangos levanta mucho peso. A cambio, las manos suben más camino que la carga.
Julián tiene que subir una caja a una tarima. Puede usar una tabla corta y muy empinada o una tabla larga y poco inclinada. ¿Con cuál empuja más suave, y qué paga a cambio?
La rampa larga y poco inclinada pide menos fuerza, pero el camino hasta la tarima es más largo. Ninguna máquina regala fuerza: lo que se gana en fuerza se paga en camino.
Mariana barre con una escoba de palo largo. Su mano de arriba se mueve poquito y la punta de la escoba barre un pedazo grande del piso. ¿Qué gana y qué paga con la escoba?
La escoba es una palanca que gana movimiento: un movimiento pequeño de la mano da uno grande en la punta. El precio es la fuerza: la mano empuja más fuerte de lo que empuja la punta.
Reto
¿Qué ayuda da cada máquina? Lleva cada objeto a su canasta.
Piensa si la máquina te ahorra fuerza, te da más movimiento o solo cambia hacia dónde halas.
Reto
Une cada objeto con la máquina simple que es.
Busca la barra, la rampa, la rueda con cuerda, la rueda con palo, el filo o la rosca.
Reto
Encuentra las máquinas simples.
Busca las palabras en horizontal y en vertical.
Cierre
En resumen
Las seis máquinas simples son la palanca, el plano inclinado, la polea, la rueda y eje, la cuña y el tornillo.
Están en objetos de todos los días, como las tijeras, el destapador, la rampa del bus, el pozo y la tapa de un frasco.
Una máquina simple ayuda a lograr una fuerza grande con una pequeña, un movimiento grande con uno pequeño, o a cambiar la dirección de la fuerza.
Ninguna máquina crea fuerza: lo que se ahorra en fuerza se paga recorriendo más camino.
La polea fija no hace más liviana la carga: solo cambia la dirección en que se hala.
Vocabulario
- Máquina simple
Objeto sencillo, sin motor, que nos ayuda a hacer un trabajo que pide fuerza, como levantar, subir, cortar o apretar. La fuerza la pone la persona.
- Palanca
Barra firme que gira sobre un punto de apoyo, como el destapador o las tijeras.
- Plano inclinado
Una rampa: una superficie inclinada para subir una carga poco a poco.
- Polea
Rueda con un canal por donde pasa una cuerda, como la del pozo o la de la bandera del colegio.
- Rueda y eje
Una rueda grande unida a un palo más delgado, el eje, que giran juntos, como la manija del molino de maíz.
- Cuña
Pieza que termina en filo y que, al entrar, abre o parte un material, como el hacha o el cuchillo.
- Tornillo
Una rampa enrollada alrededor de un palito: la rosca. Al girarlo, avanza poco a poco.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Muestre un destapador y una botella cerrada, y pregunte por qué con el destapador es fácil y con los dedos no. Anote las ideas sin corregirlas.
- Explicación · 15 min — Las seis máquinas con la figura y con objetos reales del salón. Insista en el trato fuerza por camino con la figura de la rampa: pida que comparen el largo de las flechas y de los caminos.
- Práctica · 20 min — Cacería de máquinas en grupos de tres: cada grupo dibuja tres objetos del salón y escribe qué máquina es y qué ayuda da. Revise que las tijeras sean de punta roma y que nadie desarme el sacapuntas. Luego, preguntas y retos.
- Cierre · 5 min — Pregunte: «¿Alguna máquina regala fuerza?». Pida que cada grupo responda con uno de sus objetos y diga qué paga a cambio.
Preguntas para el salón
- ¿Por qué la carretera que sube a la montaña da tantas curvas en vez de subir derecho?
- Si la rampa nos ahorra fuerza, ¿qué nos cobra a cambio?
- ¿La polea del pozo hace más liviano el balde? ¿Para qué sirve entonces?
Errores típicos
- Creer que las máquinas crean fuerza o energía. Use la figura de la rampa: la flecha corta va con el camino largo. Pida que, en cada objeto, digan qué ahorran y qué pagan.
- Creer que la polea fija reduce la fuerza. Pregunte qué cambia al usar la polea del pozo: no el peso del balde, sino la dirección. Halar hacia abajo es más cómodo porque ayuda el peso del cuerpo.
- Creer que una máquina tiene que tener motor o muchas piezas. Muestre que una tabla apoyada en una silla ya es una máquina simple: no tiene motor, y la fuerza la pone la persona.
- Creer que todas las máquinas ahorran fuerza. Use la escoba y las pinzas: ganan movimiento, no fuerza. La polea fija solo cambia la dirección.
Tarea sugerida
Con un adulto, buscar en la cocina tres máquinas simples (por ejemplo, el destapador, la tapa de un frasco y el cuchillo, sin usarlo) y dibujarlas escribiendo qué máquina es cada una y qué ayuda da.