13
LES FORCES I LES MÀQUINES
Isaac Newton: la innocència d'un geni. Isaac Newton va nàixer el 25 de desembre de 1642 a Woolsthorpe (Anglaterra), i fou el fill pòstum d'un terratinent analfabet. Nascut prematurament, no hi havia esperança que sobrevisquera. El jove Newton era sensible als ritmes de la natura i insensible als dels homes. De xiquet construïa rellotges mecànics i de sol, i era conegut per saber dir l'hora pel sol, però habitualment oblidava presentar-se a menjar, tret que va persistir tota la seua vida. A la universitat, va omplir amb llibres la seua vida solitària. Durant en temps es va inspirar de René Descartes, un esperit afí al seu. Descartes, como Newton, havia sigut un xiquet fràgil i ambdós van concebre una visió totalitzadora quan tenien poc més de vint anys; la revelació de Newton va ser la gravitació universal; la de Descartes suposava ni més ni menys que una ciència de tot el coneixement humà. Poc després de graduar-se, la universitat va ser tancada a causa d'una epidèmia de pesta, i Newton se n'anà a casa: Allà va tenir molt de temps per a pensar. Un dia trobà la grandiosa teoria que no havien aconseguit concebre Kepler ni Galileu: una explicació única i general de com la força de la gravitació causa el moviment de la Lluna i dels planetes. EUGENIO FERNÁNDEZ
1
Científicos universales (traducció)
1 1.
13
La força i el moviment
Definició i tipus de força
Denominem força a qualsevol acció que canvia la velocitat i la direcció dels cossos o els deforma. Les forces poden actuar per contacte o a distància. Quan dos objectes xoquen o s'espenten, s'exerceix una força per contacte, també anomenada de fricció. La força que exerceix un imant sobre un objecte de ferro és un exemple de una acció a distància. Aquesta força es denomina força magnètica.
2.
En tensar l'arc es venç una força per contacte
Elements d'una força
Els elements d'una força són: ! El punt d'aplicació, que es el lloc del cos on s'aplica
o fricció que impedeix el moviment de l'arc.
la força. ! La direcció, que és una recta que indica cap a on es dirigeix la força. ! El sentit, que es cadacusna de les dues orientacions possibles en una mateixa direcció. Tota direcció té dos sentits. ! La intensitat, que és la quantitat de força aplicada. La força aplicada sobre la pilota en moviment
3.
Efectes que produeixen les forces
1.
Augmenten o disminueixen la velocitat d'un cos.
canvia la seua direcció.
És el que s'anomena acceleració o frenada. 2. Canvien la direcció d'un cos en moviment. 3. Deformen els cossos de manera permanent quan el cos pateix transformacions. Per exemple la plastilina es deforma en rebregar-la. I de manera no permanent si el cos recupera la forma original. Si pressionem una pilota de goma i la soltem, torna Gran Telescopi a recuperar la forma. Els cossos que no es deformen es denominen rígids con una pedra o un got de vidre. Els cossos que recuperen la forma, flexibles. Deformació no permanent d'un cos (pilota)
Qüestions
produïda per una força.
1.Explica de quines maneres poden actuar les forces. 2. Elabora un esquema que resumisca els efectes que produeixen les forces en els objectes. 3. Anota el nom de quatre objectes rígids i el de quatre flexibles.
2
1
13
1 La força de gravetat Tots els objectes s'atrauen entre ells amb una forca anomenada atracció gravitatòria. Aquesta força solament es percep quan uns del objectes és prou gran, com ocorre amb els astres. A la Terra tots el cossos són atrets cap al centre per una força anomenada força de gravetat.
5. El moviment Si exercim una força sobre un cos, aquest adquireix un moviment. En el moviment d'un cos hem de tindre en compte:
A l'espai no es nota la força de gravetat perquè és lluny de l'atracció d'algún astre.
La posició. És el lloc que ocupa a cada moment. El desplaçament:.Es la distància que recorre en el moviment. La trajectòria. És la línia que descriu en el desplaçament, que pot ser: Rectilínia, quan es mou en línia recta . Curvilínia, quan no es desplaça en línia recta. La velocitat. Indica la rapidesa amb que es mou un
Exemple de trajectoria rectilínia
cos. Pot ser: Uniforme, quan es mou sempre a la mateixa velocitat. Variable, quan la velocitat té canvis. La nostra galàxia la Via Làctia Galileo Galilei (o Galileu) Nasqué a Pisa (Itàlia) al segle XVI. Era el major de set germans. Estudià medicina i, encara que va mostrar interès per les ciències i les arts, estudià música i pintura, tot i que preferia les matemàtiques. Fou un gran científic i pensador. Entre els seus invents destaca el telescopi, amb què va observar l'Univers i va descobrir, entre
Exemple de trajectoria curvilínia
altres coses, els anells de Saturn. Una volta va dir; “No he trobat mai una persona tan ignorant de qui no puga aprendre res”.
Qüestions 4. Què és l'atracció gravitatòria? I la força de gravetat? 5. Descriu tres moviments rectilinis i tres curvilinis. 6. Indica dos exemples de moviment uniforme i 3 dos més Alguns cossos assoleixen grans velocitats
de moviment variable.
3
2
13
Les màquines
1. La utilitat de les màquines Durant tota la historia de la humanitat, l'ésser humà ha buscat solucions als seus principals problemes. L'origen de les primeres màquines va ser donar resposta, per exemple, al fet de com alçar una pedra molt pesada o com desplaçar-se d'un lloc a un altre. Les màquines són objectes creats per l'ésser humà per a fer treballs amb menys esforç. Hi ha màquines molt diverses per+o totes tenen alguna cosa en comú: fan més fàcils les activitats humanes. Pràcticament qualsevol objecte pot convertir-se en una màquina si ens facilita el treball. Un simple pal es converteix en una màquina si l'usem com una palanca. Des d'un caragol fins a una grua, passant per una bicicleta, tots aquests objectes són
Per a perforar i fer forats al terreny hi
màquines.
ha màquines que faciliten el treball.
Les màquines són objectes fabricats per l'ésser humà que ens permeten fer tasques més fàcilment.
2. Els tipus de màquines Les màquines són molt diverses: Es poden classificar segons els elements que les componen: Màquines simples. Són màquines senzilles. Tenen molts pocs elements i un funcionament molt fàcil. Per exemple, objectes quotidians com un ganivet, unes tisores o una corriola són màquines simples. Màquines compostes. Tenen molts elements o components i un funcionament més complex que el de les màquines simples. Les màquines compostes tenen dos tipus de components:
Les màquines compostes tenen un
Mecànics. Son peces connectades entre si per a transmetre força i moviment. Per exemple, en una bicicleta, les rodes són
funcionament molt complex i
components mecànics. Elèctrics. Són elements connectats entre si que produeixen llum, imatges o sons, com els fars d'un cotxe. Si són molt xicotets s'anomenen electrònics, com els components interns d'un ordinador, Les màquines es classifiquen en simples i compostes. Els components de les màquines compostes poden ser mecànics i elèctrics.
4
coordinat.
2
13
3. Les màquines i l'energia Totes les màquines necessiten energia per a funcionar. Planeta nan Aquesta energia pot ser de tres tipus: · Energia humana. Quan cal el treball d'un ésser humà perquè funcione, com un obrillandes. · Energia animal. Quan s'utilitza el treball d'un animal perquè la màquina funcione, com un bou estirant un carro. · Altres fonts d'energia. Quan l'energia que s'utilitza perquè les màquines funcionen no procedeix del treball dels éssers vius. Si s'utilitza l'electricitat és energia
Els aerogeneradors produeixen energia
elèctrica, com en una batedora. Si s'utilitza l'energia del sol és energia solar, com en les plaques solars. Si
eòlica
s'utilitza l'energia del vent, és energia eòlica, com es els molis de vent. Les màquines necessiten energia per a funcionar. Aquesta energia procedeix dels éssers vius o d'altres fonts.
Màquines segures per a treballar Les màquines es fabriquen de manera que no hi haja perill en el muntatge ni en la seua utilització. Els fabricants tenen en compte les normes de seguretat: !Eliminen arestes tallants que pugen produir ferides. !Protegeixen les màquines que es calfen. !Afigen sistemes de protecció per a màquines elèctriques. !Eviten fuites, incendis o explosions en les màquines que produeixen gasos, vapors o residus perjudicials per a la salut. !Redueixen els sorolls i les vibracions perquè no danyen la salut. Com creus que els usuaris podem evitar els accidents quan manegen una màquina?
Qüestions 1. Copia i completa l'esquema per a organitzar el que has après. Les màquines poden ser
{
..... .....
Te n e n c o m p o n e n t s
{
..... .....
2. Explica què són les màquines i escriu-ne tres exemples. 3. Quina és la diferència entre les màquines simples i les compostes?
5
3
13
Les màquines simples
Les màquines simples són màquines senzilles que tenen molts pocs elements. El seu funcionament és molt fàcil. Encara que hi ha molt tipus de màquines simples, tots són variacions de tres tipus: el pla inclinat, la palanca i la corriola.
1.
El pla inclinat lla
El pla inclinat és una rampa que serveix per a pujar-hi o baixar-hi alçària
objectes. Té tres elements: · Llargària. Es la distància des del principi fins al final de la rampa. · Alçaria. És la distància des de la part més alta de la rampa fins al terra.
rg
àr ia
Angle
Primer gènere
· Angle. És el que forma la rampa amb el terra. Els plans inclinats son rampes, on distingim la llargària, l'alçaria i l'angle.
2.
Segon gènere
La palanca
La palanca és una barra rígida que es recolza en un punt i sobre la qual s'exerceix una força. Serveix, per exemple, per a alçar un objecte. Les palanques tenen tres parts: ? Punt de suport. És el lloc on es recolza la barra rígida. ? Força. És la força que exercim sobre la palanca. ? Resistència. És la força que s'oposa a la que exercim.
Tercer gènere
Segons on se situen aquestes parts, les palanques poden ser: de primer gènere, de segon gènere o de tercer gènere. Les palanques tenen: punt de suport, força i resistència. Espiral
Primer gènere
El punt de suport es troba entre la força i la resistència.
Segon gènere
La resistència es troba entre la força i el punt de suport.
6
Irregular
Tercer gènere
La força es troba entre el punt de suport i la
3 3.
13 Gorja
La corriola
La corriola és una roda que gira al voltant d'un eix que té una canal al lateral per on passa una corda. S'usa per a pujar i baixar objectes. Les corrioles tenen tres parts: · Roda. És la part central de la corriola. Al centre de la roda hi ha un forat que és l'eix al voltant del qual gira la corriola.
Cos
Roda
· Gorja. És el solc que està en contacte amb la corda. La gorja està dissenyada per a aconseguir que l'adherència de la corda siga la màxima possible. · Cos. És l'element que uneix la roda amb la gorja. Les corrioles estan formades per la roda, la gorja i el cos.
Els bossells De vegades, hem d'alçar un objecte molt pesat, Si en lloc d'utilitzar una corriola, n'associen diverses, l'esforç és molt menor. Aquestes associacions s'anomenen bossells. =Per què creus que les grues tenen bossells?
Qüestions 1. Escriu una oració amb les paraules següents per a resumir el que has aprés. Corriola
màquines simples
3.
Dibuixa un pla inclinat en el quadern i
assenyala les parts que el formen.
pla
inclinat palanca 2. Indica a quin tipus de màquines simples
4.
Indica el tres tipis de palanques que hi
ha i posa un exemple de
corresponen aquest dibuixos.
cada un. 5.
R
Copia aquesta
corriola en el quadern i escriu el nom de les parts assenyalades.
7
4 1.
13
Les màquines compostes
Tipus de màquines compostes
Segons els components hi ha tres tipus de màquines compostes: · Mecàniques. La majoria dels components són mecànics, per exemple, la bicicleta. · Elèctriques o electròniques. La majoria dels components són elèctrics o electrònics, com per exemple, la batedora o l'ordinador. · Mixtes. Combinen elements mecànics i elèctrics o electrònics. Son la gran majoria, com el cotxe.
La batedora és una màquina elèctrica.
Les màquines compostes poden ser mecàniques, elèctrics o electrònics i mixtes.
2.
Els elements mecànics
Els elements mecànics que transmeten el moviment s'anomenen elements de transmissió. El més comuns són: · La manovella. És una barra doblegada en angle recte que gira i transmet el moviment a un eix, com els pedals d'un tricicle. · Els engranatges. Són rodes dentades amb mosses que encaixen en un altre element. N'hi ha de dos tipus: O Engranatges de rodes dentades. Una roda dentada encaixa amb una altra i la fa girar en sentit contrari. Alguns rellotges tenen aquests
La manovella és un element de transmissió que es troba en les canyes de pescar.
engranatges. O Engranatges de roda dentada i cadena. Una roda dentada encaixa en una cadena i en produeix el moviment . És el cas de la bicicleta. La manovella i els engranatges són elements mecànics.
Com funciona un engranatge 3
Fixat en l'exemple. Si la roda 1 es mou en sentit contrari a les agulles del rellotge, mourà la roda i aquesta a la 3 en sentit de les agulles del rellotge. La 3 farà que la roda 4 es
2 1 4
·
moga en el sentit contrari. Cap on es mouria una roda 5 que estiguera connectada a la roda 4?
8
4
13
3. Una màquina composta: la bicicleta
l Manetes dels frens. Son palanques que es troben als mànecs del manillar. D'aquestes
La bicicleta és una màquina composta
ixen els cables dels frens, que transmeten el
formada per diferents tipus d'elements
moviment a les peces dels frens. l Pedals. Són manovelles que fan girar una
mecànics i que utilitza l'energia humana per a funcionar.
roda dentada anomenada plat que, al seu torn
En una bicicleta distingim màquines simples i elements de transmissió: l Manillar. És una palanca que permet
mou la cadena. El moviment el produeixen els peus de la persona que hi va muntada. l Cadena. Es una peça que transmet el
canviar l'orientació de la roda de davant. Amb
moviment fins a una altra roda dentada
el manillar es pot modificar la direcció en què
anomenada pinyó, que mou la roda posterior.
és desplaça la bicicleta. LFrens. Son palanques que pressionen unes
Una bicicleta és un conjunt de màquines
peces de goma, les sabates que frenen el
simples i elements de transmissió que
moviment de la roda.
funcionen gràcies a l'energia humana. Manetes dels frens
Pinyons
Manillar
Sabates
Pedals
Qüestions
Plat
Cadena
1. Completa les oracions en el quadern per a resumir el que has après. ·
3. Indica si els engranatges següents son de rodes dentades o de roda dentada i cadena.
Les màquines compostes poden ser ......., ....... i ..... . ·
R
Els elements de les màquines compostes que transmeten el moviment s'anomenen ...., com per exemple .... i .... .
2. Indica quin tipus de màquines compostes són i
4. Classifica els elements següents d'una bicicleta
explica per què.
en màquines simples i elements de transmissió. Pedals
R R
manillar
cadena manetes de fre
5. Quins engranatges formen el plat i la cadena d'una bicicleta? I la cadena i el pinyó?
9
5
13
Aprén a aprendre
i Recorda Les màquines són objectes fabricats per l'ésser humà que utilitzen energia per a fer alguna tasca amb menys esforça. L'energia que utilitzen per a funcionar pot ser de tres tipus energia humana, energia animal i altres fonts d'energia.. MÀQUINES SIMPLES
MÀQUINES COMPOSTES
Ü Estan fornades per pocs elements, que poden fer directament una tasca en aplicar-los una força. Ü Les màquines simples són: a Pla inclinat: és una rampa que serveix per apujar-hi o baixar-hi objectes. a Palanca: és una barra rígida que té punt de suport, força i resistència. a Corriola: és una roda que gira al Ü
Estan fornades per molts elements o components. Ü
Segons els components, les màquines compostes poden ser: a Mecàniques: si la majoria dels components són mecànics, com els elements de transmissió. (manovella i engranatges). a Electròniques: di la majoria dels
voltant d'un eix amb una gorja per
components don
on passa una
elèctriques o electrònics. ` Mixtes: si combinen
corda.
elements mecànics i elèctriques o electrònics.
~
Organitzalainformació
Són
.... Que
....
usen
....
Que pot ser
....
....
LES MÀQUINES
....
Que són
....
....
....
Segons els
....
components poden ser
Que poden
....
ser
10
....
....
6
COMPETÈNCIES DIGITALS
13
1. MÁQUINAS Y OPERADORES (Arquímedes) a) Realiza las experiencias y anota los resultados. b) Haz un dibujo que contenga las tres máquinas simples. c) Dibuja un esquema de los tres tipos de palancas.
2. EL MOVIMENT DE LES MÀQUINES a) Definix els següents termes: palanca i corriola. b) Dibuixa exemples de tipus de palanques. c) Què són els engranatges? Cita 3 exemples. 3. PEQUEMUSEO (Mecánica) a) ¿Cuáles son las fuerzas de la naturaleza? b) ¿Qué efectos producen las fuerzas? c) Dibuja un velocípedo. d) Anota el tiempo que tardas en hacer el memory final. 4 MÁQUINAS Y MECANISMOS (web) a) Cita algunas máquinas ordenadas cronológicamente (historia). b) Busca en el apartado: los mecanismos. Observa cómo funcionan y dibújalos: Sistema piñon-cremallera Sistema biela-leva Sistema biela-manivela 5. LA PALANCA a) Busca en el pequeño taller la ley de la palanca, escríbela con su fórmula. b) Intenta hacer dos ejercicios y anota los resultados.
7. VÍDEO: EL COCHE DE LEONARDO a) Mira el vídeo y haz un breve resumen. b) Haz una breve biografía de Leonardo Da Vinci, puedes consultar Wikipedia.
8. Busca els tres invents (COM FUNCIONEN LES COSES 2.0) que més et criden l'atenció i dibuixa'ls
11
7
13
Construïm Grua
La grua de construcció funciona a través d'uns torns i fils que passen per unes politges (corrioles) i fan moure el braç o el ganxo. També amb la mà podem fer moure la grua cap un cantó o cap a l'altre. La grua te dos torns amb una maneta a cada extrem. El fil ha de ser molt resistent perquè si no es trenca.
La maqueta de la classe Has de fer primer un pla de la casa i després sobre el pla, vas apegant , les parets en forma perpendicular al pis, les feixos amb cartó i els retalles les portes, finestres, etc. És un treball de molts detalls però no és molt difícil. finalment, li col·loques un sostre. El Cotxe de Carreres El nostre cotxe funciona amb la força de les gomes. Les gomes estan connectades als engranatges. Quan cargolem les gomes estem acumulant energia i quan les deixem l'energia que té acumulada fa rodar els engranatges i giren les rodes del darrera. Quan s'acaba l'energia de les gomes es para a poc a poc.
El Tricicle El nostre tricicle funciona amb una pila que transmet l'energia al motor elèctric i aquest fa girar un eix que té a dins seu. En aquest eix hi hem posat una roda dentada petita que fa girar una altre roda dentada més gran que està posada en un altre eix. En el mateix eix hi ha una roda dentada més petita que en fa girar una de gran. Aquesta està en l'eix que hi ha les rodes. Tot aquest engranatge fa rodar les rodes i llavors es mou el tricicle.
El generador d'electricitat El generador d'electricitat funciona a través amb energia eòlica. El vent fa rodar les hèlices del molí. A l'eix de les hèlices hi ha unes politges que roden quan el molí es mou. Les politges fan girar el generador. El generador fa electricitat perquè hi ha dos imants (un positiu i un altre negatiu) i una bobina de ferro i fil de coure. L'electricitat va a la bombeta a través d'uns cables i la bombeta s'encén. .
12