¿A DÓNDE VAMOS?

Las máquinas de todos los días La invención de las máquinas es una de las múltiples maneras en que la sociedad ha superado sus dificultades para transformar la naturaleza, mejorar la producción y evitar riesgos. Los antiguos pobladores del planeta construyeron máquinas que les ayudaron entre otras cosas a cultivar la tierra, moldear materiales, obtener agua, moler granos e hilar fibras para fabricar telas. Las primeras máquinas resultaron muy útiles, ya que facilitaron tareas como desplazar, levantar o deformar objetos y materiales aumentando la rapidez de la acción y disminuyendo el esfuerzo. Eso permitió tener más tiempo para otras actividades sociales y culturales. Fuerza aplicada al empujar una caja. La fuerza que aplican los niños se suma al jalar la caja. También hay que aplicar fuerzas para hacer girar la caja. Fuerza aplicada para frenar la caja. Es necesario aplicar fuerzas para mover la caja, para que se desplace más rápido, para frenarla o para hacerla girar. Como ya estudiaste en tu libro de Ciencias Naturales de quinto grado, en ocasiones se necesita hacer trabajo mecánico para mover un objeto. Recuerda que para que un objeto comience a moverse, se mueva más despacio o más rápido o para hacer que gire o se detenga, necesitamos aplicar fuerzas. Ejemplos de aplicaciones de máquinas simples a distintas situaciones cotidianas. También hay que aplicar fuerzas para que algunos materiales cambien su forma; esto ocurre, por ejemplo, cuando haces una figura de plastilina moldeándola con las manos o con algún utensilio, o bien cuando exprimes un limón. Desde hace muchos siglos las personas descubrieron que con las máquinas podían llevar a cabo las mismas labores pero con menos esfuerzo y en menos tiempo. Entre las primeras que se inventaron, y que constituyen la base de muchas otras máquinas posteriores, están la palanca, el plano inclinado, el sistema de eje con ruedas y la polea. Estos dispositivos reciben el nombre de máquinas simples y son útiles ya que reducen la fuerza que hay que aplicar para hacer cierto trabajo mecánico. Para exprimir el limón, la niña aplica una fuerza en el punto de esfuerzo. A la fuerza que se aplica en una máquina para que funcione se le llama esfuerzo. Por ejemplo, la fuerza que aplicas sobre unas tijeras para cortar papel es el esfuerzo. La fuerza que se opone al esfuerzo es la carga o fuerza de resistencia y hace que las cosas sean más o menos difíciles de mover o cambiar de dirección. En el ejemplo de las tijeras, el papel representaría dicha resistencia. Según la herramienta, el punto de esfuerzo puede estar en distintos lugares. La función de una máquina es que el esfuerzo sea mayor que la resistencia. A continuación vamos a estudiar cómo funcionan las palancas y el plano inclinado; en la próxima lección aprenderás cómo trabajan las poleas. Palancas Las palancas son las máquinas más sencillas que existen. Hay varios tipos y generalmente se usan para levantar objetos y desplazarlos. ¿Has visto cómo algunas personas abren una lata de pintura? Se usa una barra rígida cuya punta se coloca debajo de la tapa, se apoya en el borde de la lata y después se empuja hacia abajo. Esta es una palanca típica. Pero también un sube y baja, un exprimidor y una pala son ejemplos de palancas con distintas formas y usos. En una palanca siempre se pueden ubicar tres puntos esenciales: el punto de apoyo, el punto de resistencia o donde está la carga que hay que desplazar, levantar o deformar y el punto donde se ejerce el esfuerzo. Las palancas nos pueden ayudar a levantar, deformar a mover objetos. Una palanca es una barra que se mueve libremente sobre un punto fijo o de apoyo. Hay otras dos partes de la palanca que se llaman punto de resistencia y punto de esfuerzo. Para hacerla funcionar se aplica el esfuerzo, la barra gira alrededor del punto de apoyo y entonces se desplaza la carga. Observa la figura de la izquierda. Para levantar un objeto, ¡la palanca! Para levantar objetos podemos ayudarnos con las palancas. El esfuerzo que hay que aplicar para lograrlo depende del lugar donde se localiza el punto de apoyo. ¿Qué tal si lo investigas? Necesitas: una regla de 30 cm y una barra de plastilina Toma una cuarta parte de la plastilina, divídela en tres partes iguales y forma tres bolas. Utiliza el resto de la plastilina para formar un cubo. Colócalo en el extremo de la regla, es decir, donde indica 30 cm. Presiónalo un poco para que se adhiera a la regla y no se caiga. Levanta la regla y apóyala suavemente sobre una de las bolas de plastilina que colocarás en la marca de los 15 cm. Trata de levantar el cubo de plastilina apoyando el dedo sobre el otro extremo de la regla. Repite los pasos 3 y 4 con la segunda y tercera bolas. Deberás colocarlas en las marcas de los 5 cm y 20 cm, respectivamente. Observa y compara las bolas de plastilina que utilizaste. Comenta con tus compañeros las siguientes preguntas: ¿Cuál tuvo mayores cambios? ¿En qué caso tuviste que aplicar un esfuerzo menor para levantar tu carga? ¿Por qué? Elabora en tu cuaderno un dibujo en el que indiques dónde se ubican, en cada caso, el punto de apoyo, la carga o resistencia y el punto de esfuerzo. Compara y comenta tus respuestas con las de tus compañeras y compañeros. ¿Sabías que... una balanza de platillos funciona con el principio de la palanca? Las balanzas se conocen desde la antigüedad. Los egipcios ya las utilizaban y las elaboraban de madera. La balanza es una palanca en la que el punto de apoyo está ubicado exactamente en el punto medio, entre los dos extremos de una barra, de manera que sólo se equilibra cuando en los dos lados hay objetos con el mismo peso. Su uso hizo que los tratos comerciales en la venta de mercancía agrícola y ganadera fueran más justos, que se pudieran repetir recetas de cocina y experimentos sin errores y que las personas conocieran el peso de su cuerpo, entre otras aplicaciones. El plano inclinado La resbaladilla es un plano inclinado. Hace miles de años los seres humanos descubrieron que al utilizar un plano inclinado se requería hacer menos esfuerzo para mover y subir objetos que al arrastrarlos una distancia y luego levantarlos. Este descubrimiento fue rápidamente utilizado con la invención de las rampas que se aplicaron en las grandes construcciones donde se tenían que levantar piedras grandes o materiales muy pesados. Hoy día, los albañiles y los cargadores de mercancías en puertos y almacenes siguen utilizando el plano inclinado para transportar materiales y objetos con mayor facilidad. Los automóviles o camiones también suben por rampas a los estacionamientos elevados. El plano inclinado permite desarrollar el mismo trabajo mecánico pero aplicando un esfuerzo menor. Por ejemplo, ¿por dónde subirías a lo alto de una montaña, por una pendiente poco inclinada o por una ladera muy empinada? ¿En qué se fundamenta tu decisión? También podemos encontrar el plano inclinado en un aparato con el que probablemente te has divertido, la resbaladilla. En distintos planos Las personas que usan planos inclinados para realizar su tarea, saben cómo colocar las rampas. Observa las figuras. ¿Qué plano inclinado será el mejor para desplazar hacia arriba un objeto? Mide con un transportador el ángulo de inclinación de cada plano y compara estos valores. Anota las respuestas en tu cuaderno y analízalas con tu maestra o maestro y con tus compañeras y compañeros.

El tallado de piedras se inicia aproximadamente hace 500 000 años. Puntas de flecha y lanza elaboradas en piedra hace 400 000 años. Desde hace 400 000 años, los homínidos controlan el fuego. Las agujas de hueso se usaban para coser las pieles de animales con fibras vegetales, hace 20 000 años. Las primeras balsas se construyeron con troncos unidos por enredaderas, hace aproximadamente 17 000 años. Las pinturas rupestres a menudo representaban actividades relacionadas con la caza que incluían figuras de animales. Las más antiguas datan de hace 12 000 años. El uso de metales comenzó en Europa con el cobre y el oro. El primero se fundía para producir herramientas y armas (5500 a.C.). La rueda se utilizó por primera vez en Mesopotamia (5000 a.C.). Barco de vela (4000 a.C.). El arado se enganchaba a bueyes mediante un yugo de madera y lo guiaba el labrador (3500 a.C.). El papiro se cultivaba para obtener láminas donde escribir (3000 a.C.). Escritura en papiro.

Eje y aspas de un molino de trigo impulsado con agua (3000 a.C.). Los cristaleros egipcios utilizaban hornos de carbón vegetal hacia el año 3000 a.C. Las primeras máquinas para taladrar incluían un arco, una cuerda y una flecha (2500 a.C.). Los carros de guerra fueron útiles para el transporte en las batallas (2000 a.C.). El bronce alcanzó un amplio uso en Europa alrededor del año 2000 a.C. Era más duro que el cobre. El hierro comenzó a utilizarse en la India; los trabajos con este metal pronto sustituyeron a los de cobre y bronce (1200 a.C.). La lana se convirtió en una fibra útil para la elaboración de ropa, alrededor del año 1200 a.C. La balanza romana fue inventada aproximadamente en el año 1000 a.C. El sello y el troquel de barro mesoamericanos se empleaban para decorar tejidos y pieles en el año 700 a.C., aproximadamente.

Primeras monedas de plata usadas en Europa (600 a.C.). El faro de Alejandría servía para guiar las embarcaciones a puerto (280 a.C.). Los instrumentos de viento se fabricaban con cañas huecas, huesos y arcilla (200 a.C.). Palanca de riego que facilitó las labores de siembra (100 a.C.). Vasos de vidrio soplado del imperio romano (100 d.C.). En China la tinta sólida se frotaba sobre una piedra y se mezclaba con agua para producir tinta líquida (100 d.C.). La carretilla china permitió transportar con facilidad cargas muy pesadas (230). Algunas figuras mesoamericanas tenían ruedas (500). La energía del viento se utilizaba en Europa para mover aspas de madera y moler granos (650). El hilo de algodón se comercializó rápidamente, en el año 700 aproximadamente. Las primeras impresiones sobre papel se hicieron en China (750). Invención de la pólvora en China (900). El uso de la brújula mejoró mucho la orientación y fue muy útil para los viajeros (1000).

La rueca se inventó en Europa para producir hilo de lana o de algodón (1000). Los anteojos empezaron a usarse en Europa entre 1280 y 1290. Cañón primitivo construido en China hacia el año 1300. El telar horizontal tenía un marco para separar los hilos. Se usó hacia el año 1300 aproximadamente. El reloj mecánico europeo permitió medir el tiempo con mayor precisión, a partir de 1300 aproximadamente. Johann Gutenberg inventó la imprenta en 1445 y a partir de entonces fue posible editar muchos más libros. Cristóbal Colón llegó a América en 1492 y con ello se iniciaron viajes de exploración por todo el mundo. Nicolás Copérnico explicó el movimiento de la Tierra y de otros planetas alrededor del Sol (1530). Galileo Galilei inventó un termómetro en el que los cambios de temperatura eran registrados por el subir y bajar de unas esferas (1593). Hans Lippershey creó el telescopio refractor (1608). Primeras armas de fuego que utilizaron llave de pedernal en lugar de mecha (1630). Isaac Newton explicó las leyes de la mecánica e inventó el telescopio reflector (1668). Anton van Leeuwenhoek fue el primero en observar bacterias, con el microscopio que él mismo construyó (1673). Las primeras máquinas de vapor se construyeron en Europa entre 1705 y 1712.

Antoine de Lavoisier fue uno de los creadores de la química moderna (1777). Algunos viajes se realizaron en globos aerostáticos (1783). Hacia el año de 1797 aparecen los primeros tornos para hacer tornillos. Jean-Baptiste Lamarck propuso la teoría sobre la evolución de las especies por adaptación al medio (1815). La locomotora de vapor favoreció el transporte de viajeros y mercancías. Empleaba el vapor como fuerza motriz (1825). Nicephore Niepce inventó la primera cámara fotográfica (1827). Las máquinas de coser facilitaron la confección de prendas de vestir (1829). Samuel Morse inventó el telégrafo. El primer mensaje se envió en 1844. Charles Darwin publicó en 1859 su teoría sobre la evolución por medio de la selección natural. El petróleo se obtuvo por perforación de pozos, por primera vez, en Estados Unidos de América en 1859. Primer buque acorazado de guerra, es decir, construido con planchas de acero (1861). Máquina de escribir (1874). Alexander Graham Bell inventó el teléfono (1876). Thomas Alva Edison inventó el fonógrafo y la primera lámpara incandescente en 1878.

Primera bicicleta con cadena de transmisión (1879). Louis Pasteur descubrió diversas vacunas, una de ellas contra la rabia (1880). La energía eléctrica se obtiene a partir de grandes caídas de agua (1881). Primeros automóviles con motor delantero (1891). Cinematógrafo inventado por los hermanos Lumière en 1895. Wilhelm Conrad Roentgen descubrió los rayos X y fotografió los huesos de la mano de su esposa (1895). Guillermo Marconi realizó las primeras comunicaciones mediante la radio en 1901. Los hermanos Wright fueron los iniciadores de la aviación (1903). Hacia 1908 se inventó el material con el cual se elaboraron discos fonográficos. Ventilador que funcionaba con vapor (1910). Marie Curie recibió dos veces el premio Nobel, en 1903 y en 1911, por sus descubrimientos acerca de la radiactividad. Albert Einstein realizó importantes estudios sobre la materia y publicó sus teorías sobre la relación entre la energía y la velocidad de la luz (1913). El uso de los primeros refrigeradores domésticos se generalizó a partir de 1920. El teléfono de disco se utilizó desde 1930 aproximadamente. Microscopio electrónico (1931). Imagen amplificada miles de veces, observada con un microscopio electrónico. La primera grabadora o magnetófono hizo posible registrar y reproducir el sonido empleando una cinta magnética (1935). El radar permite determinar la posición y la distancia de un objeto lejano (1935). Primera máquina copiadora de documentos (1938).

La televisión a color fue inventada por Guillermo González Camarena en 1939. En 1940 se inició el desarrollo y la producción de antibióticos. Su uso disminuyó la mortandad por enfermedades infecciosas. Los cohetes llamados V-2 se emplearon en la segunda guerra mundial y fueron los precursores de los misiles modernos (1942). El plástico y las fibras sintéticas favorecieron la elaboración de diversos productos, a partir de la primera mitad del siglo xx. Las comunicaciones a distancia tuvieron un gran avance con el uso de los satélites artificiales (1960). Los primeros que dieron una vuelta a la Tierra en una nave espacial, fueron los astronautas rusos Juri Gagarin (1961) y Valentina Tereskova (1963). La audiocinta magnética facilitó el registro y distribución masiva de sonido en todo el mundo (1963). Los detergentes biodegradables o suaves se empezaron a producir entre 1963 y 1965. El Boeing 747 se utiliza para el transporte comercial de personas (1969). Con el cohete de la misión Apolo 11, el ser humano logró llegar a la Luna (1969). El Concorde es un avión que viaja más rápido que el sonido, cuyas primeras pruebas de vuelo se realizaron en 1969. El disco compacto permite guardar una gran cantidad de información, datos, imágenes y sonidos (1973). A partir de 1980 se intensifica el uso de la máquina de fax para enviar y recibir información escrita de forma inmediata por vía telefónica. El uso generalizado de computadoras personales, aproximadamente desde 1981, facilitó diversas actividades científicas, culturales, comerciales y administrativas. El transbordador espacial fue un gran avance para la exploración espacial y el lanzamiento de satélites artificiales (1981). La construcción de grandes aspas ha permitido el aprovechamiento de la energía eólica o del viento, para producir energía eléctrica (1982). Las estaciones espaciales usan celdas solares para proveerse de energía y funcionar. Estación espacial construida por varias naciones (1990). El código de barras se inventó para agilizar y organizar las operaciones comerciales. En los años noventa el teléfono digital sustituyó a los teléfonos de disco. El teléfono celular en los años noventa facilitó la comunicación sin el uso de cable para la transmisión de la señal. Telescopio espacial que orbita alrededor de la Tierra para observar objetos lejanos. La nave espacial, llamada Sonda Galileo, se encontraba girando alrededor de Júpiter en 1995.