HÉROE SOLAR
# 7361 61 PIEZAS
8+ IMIPULSA TUS MÁQUINAS CON LA ENERGÍA SOLAR Y EXPERIMENTA LA MAGIA DEL PODER SOLAR!
EQUIPARSE: Transmisiones Páginas 4 a 9 Cómo mover la energía mecánica de un punto a otro
› › › CONTENIDO Modelos Parte 1 Páginas 25 a 38
Arma autos que funcionan con energía solar
Modelos Parte 2 Páginas 39 a 56
lares ENERGÍA: Paneles so Páginas 9 a 24
Arma otros dispositivos y máquinas que funcionan con energía solar
los paneAprende cómo logran luz solar la ir les solares convert usar esa mo en electricidad y có electricidad
!
MIRA ESTO
Encontrarás info rmación adiciona l en las páginas 9, 16 a 17, 21 a 24 y 38. 1
› › › INFORMACIÓN IMPORTANTE
INFORMACIÓN IMPORTANTE ››› ¡Precaución! Juguete no apropiado para niños menores de 3 años. Peligro de asfixia- las partes pequeñas pueden ser tragadas o inhaladas. ››› Los modelos de este kit tienen piezas movibles. Por favor, sea siempre cuidadoso de que sus dedos, pelo, otras partes del cuerpo u objetos delicados no sean dañados o atrapados por estas partes movibles. Trate las piezas cuidadosamente. ››› Conserve el envoltorio y las instrucciones ya que contienen información importante. ››› Mantenga el material de experimento y los modelos de ensamble fuera del alcance de los niños.
QUERIDOS PADRES Y ADULTOS SUPERVISORES, La Física es una ciencia variada y fascinante que no es difícil de entender, especialmente cuando se usan modelos divertidos para demostrar los principios físicos en acción. Puede ser de gran diversión comprender los fenómenos físicos asombrosos que encontramos a diario y poder utilizar este conocimiento. Este kit de experimento y los modelos de funcionamiento que se pueden construir introducen a su hijo a conceptos de física como la distribución de engranaje, células y energía solar. Con esta cantidad de ejemplos sencillos, su hijo/a tendrá un entendimiento básico del mundo de la física y sus leyes-lo que lo/la ayudará a entender e involucrarse activamente en las lecciones enseñadas en la escuela. Los modelos de experimento individuales son ensamblados paso a paso con un sistema de construcción ajustable. Al principio, se requiere un poco de práctica y paciencia. Su hijo/a estará especialmente contento de recibir su ayuda con los modelos que le generen más dificultad.
¡DESEAMOS QUE USTED Y SU NIÑO SE DIVIERTAN MIENTRAS EXPERIMENTAN, DESCUBREN Y APRENDEN!
Algunos experimentos quizás requieran utilizar elementos domésticos comunes. Ayude a su hijo/a elegir estos elementos.
2
QUÉ HAY DENTRO DE TU KIT DE EXPERIMENTO: 1
×2
2
3
4
×2
×2
×14
11
×3
6
×2
×2
12
×2
16
5
17
×2 24
8
×4
×1
13
×2
18
7
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25
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×2
10
15
×4
×2 ×1
×1
20
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23
×1
×2
×1
×2
×4
×1
9
×1
×1
Lista de control: Encuentre - Inspeccione - Marque N°
CANT.
N°
DESCRIPCIÓN
3620-W10-A1D
ITEM N°
21
2
7061-W10-A1D
2
7026-W10-J3R
22
1
9060-W10-B1D
2
1156-W10-A1R
23
14
7061-W10-C1R
24
C- eje de 30 mm. C- eje de 60 mm. C- eje de 100 mm. B- removedor de clavijas
2
7061-W10-J1SK
25
C- Set de energía solar de 1.5V.
2
7061-W10-J2SK
7
4
7061-W10-V1SK
8
C- varilla de 3 agujeros con lateral cerrado
1
7026-W10-Q1SK
2 3 4 5 6
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
3
DESCRIPCIÓN
C- eje de fijación C- conector de leva C- eje conector C- clavijas largas C- conversor lateral C- conversor frontal C- varilla curva
1
2
C- varilla de 5 agujeros C- varilla de 5 agujeros dúos
2
7413-W10-K1SK
4
7026-W10-S1SK
C- varilla de 7 agujeros C- varilla de 11 óvalos C- varilla de 11 óvalos C- marco de 5x5 C- marco de 5x10 C- engranaje de 20 dientes C- engranaje de 40 dientes C- engranaje de 60 dientes C- rueda C- eje del motor
2
7362-W10-D1SK
2
7362-W10-D2SK
2
7413-W10-P1SK
1
7026-W10-V1SK
1
7026-W10-U1SK
3
7026-W10-D2R
2
7026-W10-E2B
1
7026-W10-W4Y
4
880-W25-Q1
1
7026-W10-L1SK
CANT.
ITEM N°
2
7413-W10-L1D
2
7061-W10-B1Y
2
1114-W85-A1
NAELEMENTOS ADICIO ÁS: LES QUE NECESITAR de Luz del solar, lámpara escritorio con bulbo incandescente, luz papel, fluorescente, ficha de a cubos de madera, cint métrica, tiza o cinta, madera. cronómetro, tabla de
EQUIPARSE TRANSMISIONES
Las transmisiones permiten mover la energía mecánica de un lugar a otro. Tus modelos funcionan con energía solar y dependerán en gran medida de las transmisiones para hacer que sus ruedas y otros componentes trabajen. En esta sección, aprenderás cómo se utilizan los engranajes para hacer transmisiones que o bien aumentan la velocidad de una rueda o aumentan la fuerza de giro de una rueda.
4
ENGRANAJES
Modelo
1
EXPERIMENTO 1
NECESITARÁS
7 PIEZAS DEL KIT
HAZLO ASÍ: 1. Arma las piezas como se muestra. 2. Lentamente gira el engranaje A una vez exactamente; esto es una rotación. Observa cuidadosamente el engranaje B a medida que se hace esto. ¿Cuántas veces gira el engranaje B por cada rotación completa del engranaje A? 3. Ahora gira lentamente el engranaje B una vez. Observa el engranaje A mientras haces esto. ¿Cuántas veces gira el engranaje A por cada rotación completa del engranaje B?
DE? ¿QUÉ SUCE
eB A, el engranaj del engranaje y ón s ci te ta ro en di da Por ca e A tiene 60 s. El engranaj gira tres vece s. tiene 20 diente el engranaje B granajes han o de que los en anaje Entonces, lueg entes, el engr acto con 20 di nt e el co qu en s ra do entra vez mient ha girado una io de la rc te un más chico ya o ch de solo ha he engranaje gran granaje B, el rotación del en da ca r Po vuelta. vuelta. la de ra un tercio engranaje A gi e en su centro qu gira más rápido e usar El engranaje B ed pu Entonces se locidades el engranaje A. ve s la ar ific ra mod engranajes pa angulares.
5
A 60 dientes
B 20 dientes
¿Cuál/es de las siguientes ubicaciones del engranaje rojo permite que gire cuando lo hace el engranaje amarillo?
A
B
C
D
問題
問題：
：
EXPERIMENTO 2 NECESITARÁS
Modelo
問題：
2
ENGRANAJES
A
7 PIEZAS DEL KIT
HAZLO ASÍ: 1. Arma las piezas como se muestra.
問題： haz una predicción: 2. Antes de hacer nada Cuando giras el engranaje amarillo grande en sentido horario (como se indica con la flecha azul), ¿en qué sentido girará el engranaje rojo más pequeño?
Respuesta A: El engranaje rojo gira en SENTIDO ANTIHORARIO.
A
問題：
3. Ahora gira los engranajes y pon a prueba tu hipótesis.
DE? ¿QUÉ SUCE
ido antihorario jo gira en sent ro o e aj an gr en El gira en sentid anaje amarillo contacen n cuando el engr tá A es e 問題： granajes qu ntido de rohorario. Los en cambian el se ro ot s el lo n ar co us o to un pueden es, no solo se rios va de n tación. Entonc xió ne anajes - la co trenes de engr velocidad de ra cambiar la pa es aj engran también se e qu anaje sino giro de un engr la dirección de para cambiar los puede usar anaje. giro de un engr
Respuesta B: El engranaje rojo gira en SENTIDO HORARIO.
BA
6
A
B
B
ENGRANAJES Model Modelo 3 Transmissions NECESITARÁS
1
X1
22
問題：
問題：
2
19
X1
X1
21
EXPERIMENTO 3
X1 X2
A
A B
18
X1 17 X1
10 X2
HAZLO ASÍ: 1. Arma las partes como se muestra. predicción: 2. Ahora haz una A 問題： Cuando giras el engranaje rojo más pequeño hacia la izquierda, ¿en qué sentido giran el engranaje azul y el amarillo?
Respuesta A: El engranaje azul gira en SENTIDO ANTIHORARIO y el engranaje amarillo en SENTIDO HORARIO.
B
A
3. Ahora gira los engranajes y pon a prueba tu hipótesis.
DE? ¿QUÉ SUCE
ido horario y el ul gira en sent az e aj an gr en El antihorario. En ce en sentido ad gira id al re amarillo lo ha en illo anaje amar tonces el engr granaje rojo ntido que el en se o A ism m el en cción dos re di la o cambiad ó porque se ha granajes sufri en ces el tren de a rv se ob o es veces. ¿Enton a r Para responde en relaillo algun cambio? ar am e aj l engran la velocidad de e rojo. aj an gr en al ción
7
Respuesta B: El engranaje azul gira en SENTIDO HORARIO y el engranaje amarilloen SENTIDO ANTIHORARIO.
B
B
Modelo EXPERIMENTO 4
Modelo
4
ENGRANAJES
NECESITARÁS
1
2
19
X1
X1
21 X1
22
X1 X2
18
X1 17 X1
10 X2
HAZLO ASÍ: Arma las piezas como se muestra Ahora haz tu predicción: Cuando giras el engranaje amarillo en sentido horario, ¿en qué dirección gira el engranaje azul?
Respuesta A: SENTIDO HORARIO
DE? ¿QUÉ SUCE
Respuesta B: SENTIDO ANTIHORARIO
ntido horario. ul girará en se El engranaje az rar cambiando gi do granajes pu ¡El tren de en se pueden e puedes ver qu los rectos de plano! Aquí gu án en es granaj ubicar estos en de o an cambia el pl entre sí lo que o. nt ie movim
Núme ro de d en el engra ientes Relaci naje ó n = impuls ado Núme ro de diente en el s en impul granaje sor
8
MIRA ESTO
MÁQUINAS
AUMENTAR EL TORQUE
Para que algo sea llamado una máquina, tiene que tener una fuente de poder y una forma de transmitir la energía de un lugar a otro - una transmisión. El poder puede provenir de muchas fuentes, como el calor o la electricidad. La potencia puede ser transmitida de muchas maneras. Los trenes de engranajes como los que acabas de armar en los experimentos 1-4 son buenos ejemplos.
En el Experimento 1 tu tren de engranajes tenía una relación 1:3. Por cada rotación del engranaje amarillo el engranaje impulsado rojo giraba tres veces. Dentro de la unidad de motor solar sucede lo opuesto. Una serie de cuatro engranajes hacen que un eje que gira muy rápido reduzca la velocidad.
Este kit contiene una máquina especial llamada unidad de motor solar. Se trata de un dispositivo de una sola pieza que toma la luz y la convierte en movimiento. La fuente de luz puede ser la luz del sol o incluso la luz de una lámpara potente. El movimiento es el giro de un eje que sobresale de cada lado de la unidad.
Pero, ¿por qué querríamos una velocidad baja? La respuesta es simple: cuando se reduce la velocidad al final de una transmisión de engranajes se aumenta el torque que entrega el sistema. El torque es una medida de la fuerza de giro de un objeto en rotación. En este caso se puede pensar como la fuerza que ejerce un engranaje sobre otro para girar.
Pero ¿cómo hace exactamente la unidad de motor solar para convertir la luz en movimiento? El panel solar en la parte superior - una serie de paneles fotovoltaicos - genera corriente eléctrica cuando se expone a la suficiente cantidad de luz. Esa corriente eléctrica a su vez va a la alimentación de un motor eléctrico, lo que resulta en el giro del eje del motor. A partir de ahí, una transmisión que consta de cuatro engranajes lleva el movimiento hasta el final, a los ejes en los lados de la unidad, ¡que se pueden usar para activar los modelos!
¡Entonces al disminuir la velocidad, la unidad de motor solar incrementa la fuerza del motor para girar los engranajes y ejes y así dar energía a tus vehículos y dispositivos!
El panel solar y el motor eléctrico se explicarán en la siguiente sección. En primer lugar, vamos a ver cómo funciona la transmisión en la unidad de motor solar.
30 DIENTES 36 DIENTES 8 DIENTES
8 DIENTES
9
ENERGÍA:
PANELES SOLARES Para hacer que un motor funcione vas a necesitar electricidad suministrada por un panel solar. En este capítulo vamos a realizar una serie de experimentos con un auto de prueba que te enseñará cómo es que funciona un panel solar y bajo qué condiciones funciona mejor.
10
Modelo
PANEL SOLAR
2
19
X1
X1
21 X1
22
EXPERIMENTO 5 Experimento 5
20 PIEZAS DEL KIT
NECESITARÁS
1
5
X1 X2
18
X1 17 X1
10 X2
CONSTRUYE TU AUTO DE PRUEBA
1
HA ZLO AS Í: Ensambla todas las piezas como se muestra siguiendo el paso a paso de cada imagen.
2
3
TIP ¡Para extraer pernos de anclaje usa la herramienta de separación de piezas como una palanca!
11
22
Modelo
5
PANEL SOLAR
4 20
5 23
6 El modelo funcionará mejor con una separación de 1mm entre los engranajes y el marco.
7
DE? ¿QUÉ SUCE ba simple y hículo de prue ¡Armaste un ve perimentos ex s realizar vario r ahora puedes a poner a anda para aprender r! la so la energía
12
PANEL SOLAR
Modelo
6
EXPERIMENTO 6
FUENTES DE LUZ
1
NECESITARÁS:
. . . .
Modelo de auto de prueba Un día soleado Un día nublado Una lámpara de escritorio con un foco incandescente
.
Luz fluorescente
2 3
HAZLO ASÍ: Verifica qué tan bien funciona la unidad de motor de energía solar bajo las siguientes condiciones de luz. 1. Afuera en un día soleado, con el sol bien alto. 2. Afuera en un día nublado.
4
3. Adentro con una lámpara de escritorio con un foco incandescente (se recomienda de 75 vatios o más). 4. Adentro con una lámpara fluorescente, ya sea con tubos o focos fluorescentes.
¿Bajo qué fuente de luz el modelo funciona a mayor velocidad? ¿Qué fuente de luz no provee la energía necesaria para que el motor siquiera funcione? ¿Cuál es tu conclusión respecto de la relación entre la intensidad de la luz y la velocidad de funcionamiento del motor?
13
DE? ¿QUÉ SUCE ado debería en un día sole La luz del sol funcione más e qu otor para én bi m alimentar el m ta e incandescent rápido. Un foco o el motor, si funcionamient en r ne te cerca al podrá po en em tá lo suficient la lámpara es fo un co fluorepesar de que panel solar. A para nosotros, e nt muy brilla scente parece gía necesaria ntidad de ener no emite la ca . Un día nublaor ot m el r iona para hacer func ede proporpu ad o en realid do sin embarg ra alimentar el e luz solar pa cionar suficient roso! de po l es así de motor - ¡El so
EXPERIMENTO 7
Modelo
7
PANEL SOLAR
PONER A PRUEBA DIFERENTES INTENSIDADES NECESITARÁS:
. .
Modelo de auto de prueba Un día soleado o una lámpara con foco incandescente
.
Una ficha o un trozo de papel
HAZLO ASÍ: 1. Pon el auto afuera bajo la luz del sol o bajo una lámpara de escritorio para que el motor comience a funcionar. 2. Con una ficha o con un trozo de papel pequeño cubre un tercio de la superficie del panel solar y observa qué sucede con la velocidad del motor. 3. Cubre la mitad de la superficie del panel solar y vuelve a observar qué sucede con la velocidad. 4. Cubre dos tercios del panel solar. ¿Sigue funcionando el motor?
DE? ¿QUÉ SUCE lar es directade un panel so La superficie ncia de salida te po la cional a mente propor as condicioism m niendo las eléctrica. Supo ayor sea el ión, cuanto m nes de iluminac ectricidad generará. ás el panel solar, m
14
PANEL SOLAR
Modelo
8
INCLINACIÓN ÓPTIMA DEL PANEL SOLAR NECESITARÁS:
. .
Modelo de auto de prueba Un día soleado con el sol en lo alto
.
Pequeños trozos de madera
HAZLO ASÍ: 1. Lleva el auto afuera en un día soleado y trábalo con un bloque de madera para que no se vaya solo. 2. Usa diferentes bloques, ubica el auto para que el panel solar esté en ángulos diferentes relativos al sol.
¿Qué orientación de los paneles solares hace que el motor funcione más rápido?
DE? ¿QUÉ SUCE
ando el panel más rápido cu El motor gira amente al sol. nta más direct s solar se enfre lejos, sus rayo n ta tá el sol es los le ra pa Debido a que te en ra prácticam l panel solar golpean la Tier la superficie de do an Cu sí. s rayos de entre lo l, so al ente frente Cuando la . está directam te endicularmen rp pe n en ea a lp ad go luz tá inclin panel solar es e superficie del rayos de luz qu s lo l, so el n enrp pe ás un ángulo co to m ángulo. Cuan energía la golpean en un rá se or ay ángulo, m na dicular sea el nsulte la pági superficie. Co de ad id un r esto. po de ca er ac r más 23 para conoce
15
EXPERIMENTO 8
¿CÓMO FUNCIONA UN PANEL SOLAR? Un panel solar es un dispositivo plano que usa un material electrónico llamado semiconductor para convertir fotones, o partículas de energía lumínica, en energía eléctrica. El semiconductor crea un voltage, o una diferencia en el potencial de la energía eléctrica, entre dos superficies cuando se lo expone a la luz. Puedes pensar en esto como si fuera una pila ya que tiene voltage entre dos extremos. Esta tecnología se llama energía fotovoltaica. El fenómeno de la electricidad no es más
que el movimiento de partículas con carga negativa, llamadas electrones, a través de un material, llamado conductor. La electricidad fluye con facilidad por ciertos materiales como el metal y poco o nada por otros materiales, como el plástico. Hemos descubierto materiales, como el silicio, que son naturalmente malos conductores en su estado puro, pero que se los puede tratar para que sean mejores conductores en cir- cunstancias determinadas. Estos se llaman semiconductores. -
En un panel solar se excitan los electrones para que comiencen a moverse al exponerlos a la energía de la luz. El panel solar está diseñado para hacer que los electrones fluyan en un sentido determinado y así se crea un polo negativo donde hay más electrones y un polo positivo donde hay menos electrones, o más "espacios libres" entre electrones. Para alcanzar este flujo de electrones se debe tratar el silicio puro para convertirse en un mejor conductor. Esto se hace al agregar impurezas u otros elementos al silicio en un proceso denominado dopaje.
2. LAS CAPAS SE UNEN La capa de silicio de tipo n se coloca justo al lado de la capa de tipo p. Todos los electrones adicionales libres en la capa de tipo n fluyen para llenar los espacios en la capa de tipo p, creando así un campo eléctrico. Justo lo largo de la línea en la que las dos capas se encuentran, algo
1 n-type layerN-TYPE LAYER P-TYPE LAYER p-typeN-TYPE layer LAYER n-type layerp-type layer P-TYPE LAYER
1. DOS CAPAS DE SILICIO Hay dos capas de silicio tratado en la célula solar. El fósforo se añade a la primera capa, lo que resulta en una abundancia de electrones libres. Debido a que los electrones tienen una carga negativa, esta capa tiene una carga negativa, y por lo tanto se llama de silicio dopado tipo n. La otra capa se dopa con boro, que resulta en una ausencia de electrones, o más agujeros para los electrones. Esto le da a la capa de una carga positiva en general, y por lo tanto se llama de tipo silicio dopado tipo p.
ELECTRÓN
electron
HOYO DE ELECTRONES
electron hole
free electron
p-n junction
2
UNIÓN P-N
sun photons (sunlight)
contact layer
ELECTRÓN LIBRE
sun
16
n-typen-type layer p-typep-type layer layer
p-n junction MIRA ESTO p-n junction
p-typep-type layer layer n-typen-type layer layer
MIRA ESTO
INTERESANTE SUCEDE: los electrones se pueden mover desde la capa tipo n a la capa tipo p pero no desde la capa p a la capa n. Este sector en el que las capas se unen se conoce como unión p-n. Puedes considerarlo como una colina en la que los electrones pueden bajar fácilmente (a la capa p) pero es muy difícil para que vuelvan a subir (volver a la capa n).
SOL
CAPA DE CONTACTO
FOTONES ( LUZ DEL SOL)
photons (sunlight) CAPA TIPO N
contact layer
n-type layer
CARGA (MOTOR)
load (motor)
CAPA TIPO P
Cuando se expone la celda a la luz, la energía de la luz excita los electrones en la capa tipo p y se salen de sus lugares. Con terminales y cables conectados para conducir a los electrones fuera de la capa tipo p, a través de una carga como un foco o un motor y de regreso a la capa tipo n ahora tenemos un circuito de energía solar completo.
sun
p-type layer
3. HÁGASE LA LUZ
CAPA DE CONTACTO FLUJO DE ELECTRONES
contact layer electron flow
sun
CAPA TIPO P
p-type layer n-type layer CAPA TIPO N
SOL
4. Cuando un electrón se mueve, el espacio que ocupaba previamente queda vacío y otro electrón puede ocupar su lugar. Debido a que los electrones solo pueden moverse en un sentido a través de la unión p-n, deben pasar por el cable y la carga para volver a la capa tipo n. Esto crea una corriente eléctrica.
load (motor) CARGA (MOTOR)
electron flow FLUJO DE ELECTRONES
Un panel solar básico tiene una capa tipo p, una capa tipo n y una unión p-n y se llama panel fotovoltaico de primera generación. Un Panel fotovoltaico de segunda generación tiene muchas capas y muchas uniones p-n para así poder absorber más luz. Tambien hay paneles fotovoltaicos de tercera generación que no usan la unión p-n tradicional en absoluto. Todo esto es una descripción funcionamiento de los paneles solares. Puedes encontrar información en libros, en internet o con tu profesor de ciencia. 17
CTO RIO NTA VID FLEJO E CO TO DE RE RD TAC TA NTIR PERIO N IER CON A B U U O A DE P C CAP APA S IO TIP TIPO ERIOR IC C ICIO A INF SIL SIL CAP
Modelo
EXPERIMENTO 9
9
PANEL SOLAR
PRUEBAS DE TIEMPO NECESITARÁS:
. . . . .
Modelo de auto de prueba Cinta métrica Tiza o cinta Cronómetro Superficie suave y plana afuera en un día soleado
HAZLO ASÍ: 1. Con tu cinta métrica o una vara de medir, mide
una distancia a lo largo del suelo liso y marca los cinta. Para nuestro ejemplo, vamos a elegir un metro. Sin embargo, se puede experimentar con diferentes distancias.
AUTO DE PRUEBAS A
2. Usa el cronómetro o temporizador y medir el
tiempo que tarda el coche de pruebas para tiempo.
DISTA NCIA
(D)
18
PANEL SOLAR
Modelo
9
EXPERIMENTO 9 AUTO DE PRUEBAS B
PRUEBAS DE TIEMPO HAZLO ASÍ: (CONTINUACIÓN)
DISTA NCIA 3. Ahora, cambia los engranajes rojo y azul
de tu auto de prueba para hacer una versión diferente del auto. Vamos a llamar a esta nueva versión "auto de prueba B", y la versión original "auto de prueba A". Tendrás
(D)
4. Al igual que lo hiciste antes con el auto de prueba A,
utiliza el cronómetro para medir el tiempo que tarda el auto de prueba B en viajar entre los puntos inicial y
de cambiar los engranajes, y luego vuelve a colocarlos.
DE? ¿QUÉ SUCE ás te se mueve m ba A claramen do el an Us El auto de prue B. ba auto de prue to rápido que el verás que el au locidad aquí, ve la de o más rápido s ce cálcul ve s do rededor de A se mueve al los engranajes El cambio de bió B. to au el e qu . También cam to au l de cidad ra pa to en cambia la velo rim pe siguiente ex el par. Pasa al . ás m er nd apre
EJEMPLOS VELOCIDAD DEL = AUTO A
19
VELOCIDAD DEL = AUTO B
D T
D T
=
=
VELOC
IDAD
(S) =
DISTA
NCIA
TIEMP
(D)
O (T)
TUS EJEMPLOS
1m 4s
= 0,25 M/S
1m 8s
= 0,125 M/S
METROS
=
M/S
=
M/S
SEGUNDOS
METROS SEGUNDOS
EXPERIMENTO 10
Modelo 10
PANEL SOLAR
PAR O VELOCIDAD NECESITARÁS:
. Autos de prueba A y B del experimento 9 . Cinta métrica . Una tabla grande o un cartón grueso u otro panel . Bloques de madera o libros . Cronómetro . Día soleado
Altura (H) Distancia (D)
HAZLO ASÍ: Toma una tabla grande o un cartón grueso u otro tipo de panel que mida por lo menos un metro de largo por 60cm de ancho para usarlo como rampa. Ubica la rampa con un extremo de ella sobre un bloque de madera o un libro no muy grande para hacer una pendiente de bajo grado (con una pendiente ligeramente hacia arriba). Ahora toma el tiempo que tarda para que los dos autos (A y B) suban de un extremo al otro de la rampa.
¿Los dos autos logran subir? Agrega otro bloque de madera o libro y aumenta la pendiente de la rampa. Nuevamente pon a prueba a los autos A y B. Sigue aumentando la pendiente de a poco y poniendo a prueba los modelos hasta que uno de ellos ya no pueda subir.
Ahora sigue poniendo a prueba al auto que quedó hasta que este tampoco pueda subir. ¿Qué auto pudo subir por una pendiente más empinada? ¿Fue el auto más rápido o el más lento del experimento 9?
DE? ¿QUÉ SUCE el auto más ba B, que era El auto de prue ría haber sido be de rimento 9, lento del Expe empinada que subir la rampa más capaz de resultados de bas A. De los el auto de prue s, se puede to en rim os expe estos dos últim eden utilizarpu se engranajes ad o para ver cómo los id mentar la veloc ya sea para au lo que se de ión nc fu r en oporcionar aumentar el pa pr e ed pu lar nel so í necesita. El pa de energía, as idad limitada ra pa s aje sólo una cant an gr que utilizar en o que tenemos ner velocidad gía para obte er en a es ar us ia. potenc para obtener
20
MIRA ESTO
VELOCIDAD, PAR Y UNA CANTIDAD DE DIENTES A partir de los experimentos hasta ahora, hemos aprendido que el par y la velocidad de giro tienen una relación inversa en un tren de engranajes. Cuando aumenta una, la otra disminuye. La velocidad de giro del engranaje y el número de dientes también tienen una relación inversa. Por lo tanto, esto significa que el par y el número de dientes de los engranajes son directamente proporcionales. Aquí vamos a calcular cuánto difieren el par y la velocidad entre los modelos de autos de prueba A y B. MODELO A: ENGRANAJE DE 40 DIENTES QUE IMPULSA UN ENGRANAJE DE 20 DIENTES
N° DE DIENTES EN EL ENG. IMPULSADO RELACIÓN=
=
N° DE DIENTES EN EL ENG. IMPULSOR
ENGRANAJE IMPULSOR
1 2
BUENO PARA IR RÁPIDO EN SUPERFICIES PLANAS
MODELO B: ENGRANAJE DE 20 DIENTES QUE IMPULSA UN ENGRANAJE DE 40 DIENTES.
N° DE DIENTES EN EL ENG. IMPULSADO RELACIÓN=
=
N° DE DIENTES EN EL ENG. IMPULSOR
ENGRANAJE IMPULSOR
40 20
EL PAR AUMENTA DOS VECES LA VELOCIDAD DISMINUYE DOS VECES
BUENO PARA SUBIR COLINAS
ENGRANAJE IMPULSADO
LA RELACIÓN ENTRE NÚMERO DE DIENTES, VELOCIDAD Y PAR EN UN TREN DE ENGRANAJES ES ASÍ: N° DE DIENTES DEL ENG. IMPULSADO N° DE DIENTES DEL ENG. IMPULSOR
21
40
=
LA VELOCIDAD AUMENTA DOS VECES
ENGRANAJE IMPULSADO
TASA =
20
=
VELOCIDAD DEL ENG. IMPULSOR VELOCIDAD DEL ENG. IMPULSADO
=
PAR DEL ENG. IMPULSADO PAR DEL ENG. IMPULSOR
=
2
La mayor parte de la energía que usamos proviene del sol, de una manera u otra. Incluso los combustibles fósiles son los restos de plantas y animales prehistóricos, que vivían de la energía del sol y la almacenaban. Con los paneles solares podemos convertir la energía del sol en electricidad de forma más directa de lo que podemos convertir los combustibles fósiles en electricidad. Pero, ¿cuánta energía tiene todavía el sol para nosotros?
Energía Solar
EL SOL El sol emite luz - al igual que una lámpara, pero mucho, mucho más brillante. Mientras que una lámpara necesita electricidad para iluminar, el sol tiene su propia fuente de combustible en su interior. El sol es tan poderoso que ni siquiera todas las lámparas en el mundo podrían producir tanta luz como el sol. La energía del sol se llama energía radiante. Alrededor de 600 millones de toneladas de hidrógeno se fusionan para formar helio en el interior del Sol cada segundo. Cuando esto sucede, enormes cantidades de energía se liberan en forma de luz y calor. Cada segundo, el sol produce una energía radiante de 63.000 kilovatios-hora por metro cuadrado (kWh / m2).
22
MIRA ESTO
EL ÁNGULO DE LA RADIACIÓN SOLAR El sol está tan lejos de la Tierra que los rayos del sol golpean la Tierra en líneas casi paralelas. Por eso, cuando el sol está directamente sobre la cabeza, sus rayos golpean la Tierra perpendiculares al suelo (en un ángulo de 90°). Cuando el sol está bajo en el cielo relativamente a su posición en la Tierra, los rayos del sol golpean el suelo en un ángulo. También pasan a través de más capas de la atmósfera llegando en un ángulo.
Cuando los rayos de luz golpean una superficie en un ángulo más bajo, la energía por unidad de superficie es menor.
Y RA
OS
S
A OL
RE
S
Cuanto más notorio sea el ángulo al cual - mayor impactan los rayos del sol sobre el suelo, será la superficie alcanzada por esos rayos, o fotones, por lo que se esparcen más. Debido a que la misma cantidad de energía se esparce sobre una superficie mayor, la energía por cada unidad de superficie es menor. Es por esto que el sol pareciera ser más intenso cuando está más arriba en el cielo en verano que cuando está más abajo en invierno.
Incluso a una distancia de 150 millones de kilómetros, distancia a la que la Tierra orbita el Sol, la potencia de esta radiación suma 1,4 kWh/m2. Nuestro planeta solo absorbe una fracción de esa
todos nosotros es aproximadamente 1.3x10(14) kWh, ¡entonces el sol produce cerca de 8.000 veces la cantidad de energía que necesitamos!
se pierde.
Esto quiere decir que en aproximadamente una hora el sol entrega toda la energía que consumen todas las personas en un año.
La radiación del sol es muy variable en diferentes zonas de nuestro planeta. Eso tiene que ver con la nubosidad y la inclinación del eje. En Nueva York se estima que hay 1.000 kWh/m2 de energía solar disponible por año, mientras que este número es aproximadamente 1.700 en Los Ángeles, 2.000 en el caribe y 2.200 en el desierto del Sahara. Compara estas cifras con el hecho de que un ciudadano promedio usa solo 13.500 kWh en todo un año. En total la Tierra recibe aproximadamente 1.1x10(18) kWh de energía del sol cada año. Para poner esto en perspectiva, la cantidad de energía producida y consumida en un año por
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MIRA ESTO
HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA DE PANELES SOLARES Un físico francés llamado Alexandre-Edmond Becquerel descubrió el efecto fotovoltaico en 1839. Pudo demostrar que la luz puede afectar una corriente eléctrica en distintos materiales. Su experimento demostró que los electrodos metálicos sumergidos en ácido producen más electricidad cuando reciben luz del sol. Más adelante otros científicos nombraron este efecto como el efecto fotovoltaico. Este descubrimiento importante mostró claramente que en ciertas circunstancias la luz puede convertirse en elergía eléctrica. En 1883 Charles Fritts, un inventor estadounidense, construyó el primer panel solar usando placas hechas de un elemento llamado selenio. Era muy ineficiente según los estándares de hoy en día. A lo largo de los años muchos científicos investigaron el efecto fotovoltaico. En 1939 Russel Ohl, un ingeniero estadounidense, descubrió la unión p-n en el silicio y para el año 1946 patentó el primer panel solar moderno.
CRISTAL SIMPLE DE SILICIO
En el año 1958 Estados Unidos mandó al espacio al Vanguard I, el primer satélite que funcionaba con energía solar y logró mostrar el gran avance que evidencia la tecnología fotovoltaica y cuánto ha progresado en poco más de 100 años. Desde la década de 1980 se han instalado sistemas fotovoltaicos en todo el mundo para generar electricidad con fines comerciales, residenciales e industriales.
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MODELOS:
HACER FUNCIONAR TU PANEL SOLAR En este capítulo podrás aplciar tus conocimientos sobre transmisiones y paneles solares y ponerlos a prueba al construir diez modelos diferentes que trabajan con energía solar y que usan la electricidad de distintas maneras.
El prototipo Helios de la NASA era un vehículo volador controlado por control remoto y operaba por celdas de combustible y energía solar.
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Modelo 11
EXPERIMENTO 11
AUTO
NECESITARÁS
1
2
19
X1
X1
21 X1
22
X1 X2
18
X1 17 X1
10
1
X2
2
22 PIEZAS DEL KIT
3
22
26
AUTO
Modelo 11
4
22
5
20
6
27
Modelo 11
AUTO
7
8
El modelo funcionarรก mejor con un espacio de 1mm entre el engranaje y el marco.
9
28
Modelo 12
MOTOCICLETA
EXPERIMENTO 12
NECESITARÁS
1
2
19
X1
X1
21 X1
22
X1 X2
18
X1 17 X1
10 X2
1
2
22 PIEZAS DEL KIT
29
Modelo 12
MOTOCICLETA
3
4
20
23
5
30
MOTOCICLETA
Modelo 12
EXPERIMENTO 12
6
22
El modelo funcionarรก mejor con un espacio de 1mm entre el engranaje y el marco.
7
31
Modelo 13 GYROCAR
EXPERIMENTO 13 NECESITARÁS
1
2
19
X1
X1
21 X1
22
X1 X2
18
X1 10
17 X1
1
X2
35 PIEZAS DEL KIT
21
2
20
11
3 20
11
32
GYROCAR
Modelo
13
5
6
33
4
Modelo 13 GYROCAR
7
8
El modelo funcionarรก mejor con un espacio de 1mm entre el engranaje y el marco. 22
9
34
Modelo 14
DEPORTIVO
EXPERIMENTO 14
NECESITARÁS
1
2
19
X1
X1
21 X1
22
X1
18
X1 10
17 X1
X2
1
X2
2
44 PIEZAS DEL KIT
3
4
5
20
11
11
15
35
Modelo 14
DEPORTIVO
6
23
7
8
22
22
9
36
DEPORTIVO
Modelo 14
10 11
12
El modelo funcionarรก mejor con un espacio de 1mm entre el engranaje y el marco.
37
MIRA ESTO
VEHÍCULOS SOLARES
EN EL MUNDO REAL
En el diseño de los vehículos solares hay dos factores de suma importancia, el peso y la superficie: a menor peso, menor es la cantidad de energía necesaria para hacer que el vehículo funcione - a mayor superficie, mayor es la cantidad de electricidad que puede producir. El desafío es que cuando se incrementa la superficie generalmente también aumenta el peso. Cada año ingenieros de todo el mundo compiten en el desafío World Solar Challenge, una carrera de autos que funcionan con energía solar. Es una carrera de aprox. 3.000 km y se lleva a cabo en Australia.
TO STE AU QUE E NSAS ? UÉ PIE STA FORMA Q R O E ¿P TIENE
LOS AVIONES QUE FUNCIONAN CON ENERGÍA SOLAR NECESITAN DE ALAS ENORMES PARA PROPORCIONAR LA CANTIDAD NECESARIA DE SUPERFICIE PARA GENERAR LA CANTIDAD ADECUADA DE ELECTRICIDAD Y ASÍ LOGRAR QUE EL AVIÓN DESPEGUE (NASA).
ÍTICO, ES CR ONAVE GEROS. A AER DE UN ATERIALES LI L TA O TO NM EL PES SO SE USA POR E
38
Modelo 15
EXCAVADORA
EXPERIMENTO 15
NECESITARÁS
2
19
X1
X1
1
21 X1
22
X1 X2
18
X1 17 X1
10
1
X2
2
44 PIEZAS DEL KIT 3 4
6
5
39
Modelo 15
EXPERIMENTO 15
EXCAVADORA
7 8
20
9
10
11 12
22
40
EXCAVADORA
Modelo 15
EXPERIMENTO 15
13 14
15
22
17
16
11
11
10
El modelo funcionarĂĄ mejor con un espacio de 1mm entre el engranaje y el marco.
18
AsegĂşrate de que este eje no sobresalga del engranaje
41
Modelo 16
EXPERIMENTO 16
VENTILADOR
NECESITARÁS
1
2
19
X1
X1
21 X1
22
X1 X2
18
1
X1 10
17 X1
X2
2
38 PIEZAS DEL KIT 3
4
42
VENTILADOR
5
Modelo 16
EXPERIMENTO 16
11
11
6
21
7 20
8
43
Modelo 16 VENTILADOR
9
10
Deja una buena distancia entre la rueda y el marco.
11
44
Modelo 17
ROTATIVO
EXPERIMENTO 17
NECESITARÁS
1
2
19
X1
X1
21 X1
X1
22
X2
18
X1 17 X1
1
10
2
X2
37 PIEZAS DEL KIT
4 3
5 6
45
10
Modelo 17
EXPERIMENTO 17
ROTATIVO
8 7 23
9 22
10 11
12
46
ROTATIVO
Modelo
17
EXPERIMENTO 17
El engranaje pequeĂąo debe estar en contacto con el mediano.
47
Modelo 18
EXPERIMENTO 17
HELICÓPTERO
NECESITARÁS
1
2
19
X1
X1
21 X1
22
X1 X2
18
X1 17 X1
10 X2
11 11
35 PIEZAS DEL KIT
48
HELICÓPTERO
Modelo 18
5
6
7
10
10
23
49
Modelo 18
8
HELICÓPTERO
22
Asegúrate de que haya una buena distancia entre el engranaje pequeño y la unidad de motor solar.
9
50
Modelo 19
MARTILLADORA
EXPERIMENTO 19 EXPERIMENT 19
NECESITARÁS
1
2
19
X1
X1
21 X1
X1
22
X2
18
X1 17 X1
10
1
X2
2
29 PIEZAS DEL KIT
3
5
4 22
51
Modelo 19
EXPERIMENTO 19
MARTILLADORA
6 7
23 10
8
9
22
52
MARTILLADORA
Modelo 19
EXPERIMENTO 19
11
10
12
13
11
14
53
Modelo 20
EXPERIMENTO 20
CABALLERO ROBOT
NECESITARÁS
1
2
19
X1
X1
21 X1
X1
22
X2
18
X1 17 X1
10 X2
2 1
3
44 PIEZAS DEL KIT 4
5 6
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CABALLERO ROBOT
Modelo 20
EXPERIMENTO 20
7
8
11
9
11
10
22 10
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Modelo 20
EXPERIMENTO 20
11
CABALLERO ROBOT
12
22 10 23
13 AsegĂşrate de que las levas (pines del eje) se posicionen en los engranajes medianos como se muestra.
14
57
56
LAS UNIDADES DE MEDIDA MÁS IMPORTANTES EN LA FÍSICA: La unidad de medida es el metro (1m). 1m = 100 centímetros (cm) = 1.000 milímetros (mm) 1.000m = 1 kilómetro (km) La unidad de volumen es el metro cúbico (1m3). 1M3 CORRESPONDE A UN CUBO CON LADOS DE 1 METRO DE LARGO. 1M3 = 1.000 LITROS (L) 1L = 1 DECÍMETRO CÚBICO (DM3) = 1.000 CENTÍMETROS CÚBICOS (CM3) = 1.000 MILILITROS (ML) La unidad para medir ángulos es el grado (°) Un círculo completo se divide en 360° Un ángulo recto tiene 90°, un semicírculo tiene 180°. La unidad para medir el tiempo es el segundo (s). 3.600 S = 60 MINUTOS (MIN) = 1 HORA (H) La unidad de masa es el kilogramo (kg). 1KG = 1.000 GRAMOS (G) = 1.000.000 MILIGRAMOS (MG) La unidad de la velocidad es metros por segundo (m/s). Esta unidad indica la distancia que se cubre en un tiempo determinado, lo cual también se mide en kilómetros por hora (km/h). 1M/S = 3,6KM/H LA UNIDAD DE FUERZA ES EL NEWTON (N). 1N es la fuerza requerida para acerlerar (o hacer que vaya más rápido) una masa de 1kg en 1m/s. La unidad de peso (fuerza de la gravedad) es equivalente al Newton (N). En la vida cotidiana usamos la masa indicada en kilogramos (kg). La fuerza de la gravedad que actúa sobre una masa de 1 kg en la superficie del planeta es igual a 9,81 N.
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LAS PIEZAS SON INTERCAMBIABLES CON OTROS MODELOS GIGO ENERGÍA VERDE.
¡COMPRÁ OTROS MODELOS GIGO ENERGÍA VERDE Y CONVIÉRTETE EN UN GRAN INGENIERO!
#7323 15 MODELOS HIDRO-NEUMÁTICA 165 PIEZAS
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#7324 8 MODELOS WIND POWER 133 PIEZAS
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#7323 15 MODELOS WATER POWER 165 PIEZAS
#7389 6 MODELOS WATER POWER MINI 60 PIEZAS
#7395 20 MODELOS MINI GYRO 88 PIEZAS
#7409 7 MODELOS WIND GECKOBOT 176 PIEZAS
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