FORMA Y FUNCIÓN

I. FORMA

“Forma tridimensional
Es aquella hacia la que nos podemos acercar, de la que nos podemos alejar y a
la que podemos rodear .o Puede verse desde diferentes ángulos y distancias.
No está forzosamente fija  Interaccionan con otras formas tridimensionales
del entorno”

 

El análisis de la forma se puede dar en diferentes campos pero en este documento se realizará una aproximación al análisis de la forma tridimensional  que tiene que ver con lo tangible o palpable sin dejar a un lado el elemento visual. Por estas razones utilizaremos un artefacto como lo es la bicicleta que la mayoría podemos fácilmente relacionar.

La bicicleta está diseñada en cuestiones de forma y dimensiones de acuerdo a la antropometría, ya sea estática o dinámica. En ese sentido es importante mencionar la relación que se encuentra entre montar a caballo y montar en bicicleta. Así, nuestro cuerpo se encuentra en la mitad  del sistema, la dirección la damos con las manos y hay una estructura que soporta nuestro peso. Esto podría determinar la forma de la bicicleta.

En general la bicicleta está compuesta por círculos, ángulos y triángulos (ver figura ). Por un lado, los círculos son los que nos ayudan a desplazarnos o generar un movimiento; los ángulos abiertos nos dan punto de apoyo para manos, glúteos y/o planta de los pies. Finalmente, los triángulos están ligados a elementos de estructura y desempeño; entendiendo esto empezaremos a mirar las partes.

Triángulos en la bicicleta

 

 “El marco no solo se encarga de unir las partes para que formen un objeto completo sino también de definir la geometría y soportar el desempeño estructural de la bicicleta. Del buen diseño del marco depende en gran medida el buen funcionamiento de la bicicleta”
(Valencia, 2016)

La forma básica del marco de la bicicleta está compuesta por dos triángulos (ver figura 1) donde se encuentran en ensamblados los demás elementos; debemos recordar que el triángulo es la figura más eficiente en la distribución de cargas.

Estos triángulos han cambiado sus dimensiones de acuerdo al deporte que se ejerce, pero su proporción entre ellas se mantiene ubicando el triángulo mayor siempre en la parte delantera, donde se ubicarán tanto el tenedor como el manubrio. La relación de estos tamaños se da de acuerdo a las medidas del usuario que la utiliza ya que el manejo de dirección se facilita cuando los brazos están totalmente estirados, en cambio el otro triángulo está pensado en función de la distancia entre rueda y el eje del pedal donde el esfuerzo aumenta de acuerdo como a la longitud de esta medida.

El perfil del marco se encuentra fabricado en tubos, sean redondos o cuadrados, la  selección de este tipo de perfil es por motivos de peso, resistencia a la torsión y costos, entre otras variables.
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                                                                                        Figura 1

 

Círculos en la bicicleta

Los encontramos en las partes de las ruedas y la transmisión mecánica entre plato y cadena, la razón es que el círculo es la figura de menor contacto con una recta y por lo tanto nos generará un rozamiento menor disminuyendo el esfuerzo. Otra característica que podemos vincular  es que el círculo es una figura continua y los piñones no necesitan estar en una posición en particular para funcionar al pedalear.

Ángulos en la bicicleta

Los ángulos están compuesto por dos elementos uno horizontal y otro vertical, el horizontal es el que se encuentra en contacto con nuestro cuerpo sea el sillín con glúteos, manubrio  con manos, pedales con planta de los pies. Y el vertical cumple la función de conectar estos elementos con el marco de la bicicleta.

II. FUNCIONAMIENTO

Para analizar cualquier objeto, artefacto o aparato es importante saber sobre la manera en que funciona y esto lo podemos saber respondiendo las siguientes preguntas:

¿Cómo funciona la bicicleta?

Una de las características más importantes que se le concede a la bicicleta es la de medio de transporte que consta de un marco, ruedas, pedales, piñones, cadena, sillín, cables, entre los más importantes y cuya relación se establece a partir de un mecanismo de transmisión de movimiento giratorio entre ejes distantes. Dicho mecanismo explica el proceso de transmisión de fuerzas que inicia con el movimiento de los pedales y pasa a la rueda trasera a través de una cadena conectada a unos piñones. De modo que estamos frente a un sistema complejo que permite el desplazamiento de la máquina a partir de la propulsión del propio usuario quien debe ejercer una fuerza de pedaleo.

Por sus condiciones de ensamble la bicicleta se mueve a partir de un sistema de transmisión indirecta o mecanismo de piñón-cadena. En ese sentido, el movimiento se produce a partir de tres elementos: una cadena sin fin (cerrada) cuyos eslabones engranan con las ruedas dentadas (piñones) que se encuentran unidas a los ejes del mecanismo conductor y conducido (el piñón conductor también es conocido como “plato”). Lo que permite considerar los niveles de velocidad en la máquina.

 

mec_cadena-pinon011Los dientes de estas ruedas están hechos para que cada uno encaje en los espacios o eslabones de la cadena, y de esa manera tener libertad de movimiento en una sola  dirección.

 

 

Figura 2.

Las partes básicas de las cadenas son: placa lateral, rodillo y pasador. Las ruedas dentadas suelen ser una placa de acero sin cubo (aunque también las hay de materiales plásticos).

                                                                                                      mec_cadena-pinon031

Como podemos ver, la máquina se pone en marcha cuando el piñón conductor gira por efecto del pedaleo de la persona, en ese mismo instante los dientes se agarran a la cadena generando una fuerza que se transmite por la misma a los rodamientos o engranaje conducido, también agarrado, que mueve la rueda trasera y que hace que la bicicleta avance.

  Figura 3.

En la actualidad, casi todas las bicicletas manejan cambios de velocidad gracias a la implementación de varias ruedas en el eje del pedal y varias en el eje del piñón. Lo que permite obtener, modificando la posición de la cadena, entre 15 y 21 velocidades diferentes.

Dicho esto, la ventaja principal de este sistema de transmisión, frente al de poleas con correa por ejemplo, es la ausencia de deslizamiento, característica fundamental en maquinaria donde la posición relativa de las partes en movimiento no debe cambiar. Lo que se traduce en mayor eficiencia mecánica (mejor rendimiento), además no necesita estar tan tensa como las correas, lo que se traduce en menores averías en los rodamientos de piñones.

¿Qué principios de la ciencia hacen que funcione?

La bicicleta tiene muchas cosas que enseñarnos en el campo de la física y de la ingeniería. En este logro de la humanidad podemos aprender algunas leyes básicas: el centro de gravedad, las condiciones de equilibrio estático, la cinemática de la traslación y de la rotación, las leyes de Newton, entre otras. (González, s.f.)

Uno de los ejemplos más ilustrativos sobre la bicicleta tiene que ver con su inestabilidad en reposo y estabilidad en movimiento.

“Existen diversos factores de diseño de las bicicletas que facilitan esa estabilidad, pero en gran medida se debe a una ley física: la conservación del momento angular. Una rueda girando posee un momento angular L que depende de la masa de la rueda, de su radio (ambos implícitos en el momento d Inercia I) y de la velocidad de giro. Esta magnitud física es un vector que tiende a conservarse, manteniendo por tanto constante su módulo su dirección y su sentido. Por ello la rueda tiende a conservar el plano en el que gira, oponiéndose a cualquier cambio, como ocurre cuando la bicicleta se ladea. El momento angular L de las ruedas es una especie de guardián de la verticalidad, y por tanto el agente más importante en la estabilidad de la bicicleta”. (Gonzáles L., p. 52)

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Figura 4.

Otro aspecto que puede ser objeto de estudio mediante el uso de la bicicleta tiene que ver con la fuerza centrífuga que se produce al realizar un giro. Debemos inclinar la bicicleta en el sentido del giro si no queremos que la fuerza centrífuga nos tumbe al lado contrario del giro.

¿Qué otros aparatos o sistemas funcionan de manera similar o usando los mismos principios?

Con este mecanismo de transmisión funcionan las motos, ascensores, mecanismos internos de motores, puertas elevables, entre otros.

cadena_11             vanos31                          Figura 5.                                                                                          Figura 6.

                                                                                                                             

 

REFERENCIAS:

Imágenes 

Bibliografía

 

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FORMA Y FUNCIÓN

I. FORMA

“Forma tridimensional
Es aquella hacia la que nos podemos acercar, de la que nos podemos alejar y a
la que podemos rodear .o Puede verse desde diferentes ángulos y distancias.
No está forzosamente fija  Interaccionan con otras formas tridimensionales
del entorno”

 

El análisis de la forma se puede dar en diferentes campos pero en este documento se realizará una aproximación al análisis de la forma tridimensional  que tiene que ver con lo tangible o palpable sin dejar a un lado el elemento visual. Por estas razones utilizaremos un artefacto como lo es la bicicleta que la mayoría podemos fácilmente relacionar.

La bicicleta está diseñada en cuestiones de forma y dimensiones de acuerdo a la antropometría, ya sea estática o dinámica. En ese sentido es importante mencionar la relación que se encuentra entre montar a caballo y montar en bicicleta. Así, nuestro cuerpo se encuentra en la mitad  del sistema, la dirección la damos con las manos y hay una estructura que soporta nuestro peso. Esto podría determinar la forma de la bicicleta.

En general la bicicleta está compuesta por círculos, ángulos y triángulos (ver figura ). Por un lado, los círculos son los que nos ayudan a desplazarnos o generar un movimiento; los ángulos abiertos nos dan punto de apoyo para manos, glúteos y/o planta de los pies. Finalmente, los triángulos están ligados a elementos de estructura y desempeño; entendiendo esto empezaremos a mirar las partes.

Triángulos en la bicicleta

 

 “El marco no solo se encarga de unir las partes para que formen un objeto completo sino también de definir la geometría y soportar el desempeño estructural de la bicicleta. Del buen diseño del marco depende en gran medida el buen funcionamiento de la bicicleta”
(Valencia, 2016)

La forma básica del marco de la bicicleta está compuesta por dos triángulos (ver figura 1) donde se encuentran en ensamblados los demás elementos; debemos recordar que el triángulo es la figura más eficiente en la distribución de cargas.

Estos triángulos han cambiado sus dimensiones de acuerdo al deporte que se ejerce, pero su proporción entre ellas se mantiene ubicando el triángulo mayor siempre en la parte delantera, donde se ubicarán tanto el tenedor como el manubrio. La relación de estos tamaños se da de acuerdo a las medidas del usuario que la utiliza ya que el manejo de dirección se facilita cuando los brazos están totalmente estirados, en cambio el otro triángulo está pensado en función de la distancia entre rueda y el eje del pedal donde el esfuerzo aumenta de acuerdo como a la longitud de esta medida.

El perfil del marco se encuentra fabricado en tubos, sean redondos o cuadrados, la  selección de este tipo de perfil es por motivos de peso, resistencia a la torsión y costos, entre otras variables.

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Figura 1

Círculos en la bicicleta

Los encontramos en las partes de las ruedas y la transmisión mecánica entre plato y cadena, la razón es que el círculo es la figura de menor contacto con una recta y por lo tanto nos generará un rozamiento menor dismuyendo el esfuerzo. Otra característica que podemos vincular  es que el círculo es una figura continua y los piñones no necesitan estar en una posición en particular para funcionar al pedalear.

Ángulos en la bicicleta

Los ángulos están compuesto por dos elementos uno horizontal y otro vertical, el horizontal es el que se encuentra en contacto con nuestro cuerpo sea el sillín con glúteos, manubrio  con manos, pedales con planta de los pies. Y el vertical cumple la función de conectar estos elementos con el marco de la bicicleta.

II. FUNCIONAMIENTO

Para analizar cualquier objeto, artefacto o aparato es importante saber sobre la manera en que funciona y esto lo podemos saber respondiendo las siguientes preguntas:

¿Cómo funciona la bicicleta?

Una de las características más importantes que se le concede a la bicicleta es la de medio de transporte que consta de un marco, ruedas, pedales, piñones, cadena, sillín, cables, entre los más importantes y cuya relación se establece a partir de un mecanismo de transmisión de movimiento giratorio entre ejes distantes. Dicho mecanismo explica el proceso de transmisión de fuerzas que inicia con el movimiento de los pedales y pasa a la rueda trasera a través de una cadena conectada a unos piñones. De modo que estamos frente a un sistema complejo que permite el desplazamiento de la máquina a partir de la propulsión del propio usuario quien debe ejercer una fuerza de pedaleo.

Por sus condiciones de ensamble la bicicleta se mueve a partir de un sistema de transmisión indirecta o mecanismo de piñón-cadena. En ese sentido, el movimiento se produce a partir de tres elementos: una cadena sin fin (cerrada) cuyos eslabones engranan con las ruedas dentadas (piñones) que se encuentran unidas a los ejes de los mecanismos conductor y conducido (el piñón conductor también es conocido como “plato”). Lo que permite considerar los niveles de velocidad en la máquina.

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Figura 2.   

Los dientes de estas ruedas están hechos para que cada uno encaje en los espacios o eslabones de la cadena, y de esa manera tener libertad de movimiento en una sola  dirección.

Las partes básicas de las cadenas son: placa lateral, rodillo y pasador. Las ruedas dentadas suelen ser una placa de acero sin cubo (aunque también las hay de materiales plásticos).

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                                                                                                                       Figura 3.

Como podemos ver, la máquina se pone en marcha cuando el piñón conductor gira por efecto del pedaleo de la persona, en ese mismo instante los dientes se agarran a la cadena generando una fuerza que se transmite por la misma a los rodamientos o engranaje conducido, también agarrado, que mueve la rueda trasera y que hace que la bicicleta avance.

En la actualidad, casi todas las bicicletas manejan cambios de velocidad gracias a la implementación de varias ruedas en el eje del pedal y varias en el eje del piñón. Lo que permite obtener, modificando la posición de la cadena, entre 15 y 21 velocidades diferentes.

Dicho esto, la ventaja principal de este sistema de transmisión, frente al de poleas con correa por ejemplo, es la ausencia de deslizamiento, característica fundamental en maquinaria donde la posición relativa de las partes en movimiento no debe cambiar. Lo que se traduce en mayor eficiencia mecánica (mejor rendimiento), además no necesita estar tan tensa como las correas, lo que se traduce en menores averías en los rodamientos de piñones.

¿Qué principios de la ciencia hacen que funcione?

La bicicleta tiene muchas cosas que enseñarnos en el campo de la física y de la ingeniería. En este logro de la humanidad podemos aprender algunas leyes básicas: el centro de gravedad, las condiciones de equilibrio estático, la cinemática de la traslación y de la rotación, las leyes de Newton, entre otras. (González, s.f.)

Uno de los ejemplos más ilustrativos sobre la bicicleta tiene que ver con su inestabilidad en reposo y estabilidad en movimiento.

“Existen diversos factores de diseño de las bicicletas que facilitan esa estabilidad, pero en gran medida se debe a una ley física: la conservación del momento angular. Una rueda girando posee un momento angular L que depende de la masa de la rueda, de su radio (ambos implícitos en el momento d Inercia I) y de la velocidad de giro. Esta magnitud física es un vector que tiende a conservarse, manteniendo por tanto constante su módulo su dirección y su sentido. Por ello la rueda tiende a conservar el plano en el que gira, oponiéndose a cualquier cambio, como ocurre cuando la bicicleta se ladea. El momento angular L de las ruedas es una especie de guardián de la verticalidad, y por tanto el agente más importante en la estabilidad de la bicicleta”. (Gonzáles L., p. 52)

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Figura 4.

Otro aspecto que puede ser objeto de estudio mediante el uso de la bicicleta tiene que ver con la fuerza centrífuga que se produce al realizar un giro. Debemos inclinar la bicicleta en el sentido del giro si no queremos que la fuerza centrífuga nos tumbe al lado contrario del giro.

¿Qué otros aparatos o sistemas funcionan de manera similar o usando los mismos principios?

Con este mecanismo de transmisión funcionan las motos, ascensores, mecanismos internos de motores, puertas elevables, entre otros.

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Figura 5.                                                                                                   Figura 6. 

                                                                                                                                   

 

Referencias

Bibliografía

 

IMPACTO DE LA BICICLETA:

La bicicleta es uno de los primeros inventos en donde se evidencia la construcción social de la tecnología, tal como la definen Wiebe Bijker y Trevor Pinch (como se cita en Valderrama, 2004, p.218 y p.218) y es de hecho uno de sus ejemplos ilustrativos. Concebida como un invento típico del siglo XIX, pensada para acoplarse dentro de la costumbre de los paseos que hacían parte del estilo de vida de  una clase burguesa  acomodada y sin más pretensiones que ser un juguete novedoso de los jóvenes varones blancos, sanos y vigorosos (Valderama, 2004), la bicicleta deviene en un símbolo democratizador de la sociedad, desde su aspecto social hasta el de responsabilidad compartida en el cuidado ambiental. Lo cual es muy interesante para un artefacto que no tiene nada de natural y cuyo primer objetivo es hacer que andemos más rápido.

La bicicleta, nos ha transformado culturalmente de varias maneras. Montar en bicicleta se convirtió en una de las habilidades humanas básicas que se esperan de cualquiera. El obsequio de una de ellas es un rito de inicio a una etapa más independiente de la niñez; el aprendizaje posterior también crea unas dinámicas en la relación padres/hijos que son bastante significativas en el mundo actual, pues se establecen como uno de los rituales más comunes en la transmisión de conocimientos intergeneracionales. Y lograr por fin mantener el equilibrio mientras se avanza a velocidad, otorga a cualquiera un sentimiento de auto afirmación que ha sido experimentado por la mayor parte de la población humana.

También ha creado diversas clasificaciones entre sus usuarios – a veces traspuestas entre si- emparentadas con intereses existentes previos a su invención; por un lado tenemos el segmento deportivo, emblema de la habilidad y el vigor, cuyas dinámicas se han complejizado y se analizarán más adelante. También tenemos el segmento eco-ambiental, más común en los entornos urbanos, en donde la bicicleta se transforma en el símbolo de un estilo de vida que responde a compromisos más globales y en una manifestación contra unos ritmos que se perciben como destructores de la calidad de vida de las personas. Por último tenemos al segmento para el cual la bicicleta es un método de transporte barato, influenciado más por las consideraciones económicas que por aquellas de corte ideológico.

Impacto urbano y ambiental

Como cualquier nuevo tipo de transporte, la bicicleta ha impactado en la conformación del entorno a través de la adaptación de los caminos a las condiciones más óptimas para su uso. La flexibilidad de adaptación de la bicicleta, en parte lograda por el invento en 1888 del neumático con cámara por parte del escocés John Boyd Dunlop, a la infraestructura existente ha sido una de sus principales características y un elemento determinante a la hora de su difusión, pero en los últimos años los discursos asociados a su faceta ambiental han sido determinantes para configurar los entornos urbanos de tal manera que su movilidad sea considerada dentro de las políticas públicas de planeación de infraestructura, convirtiéndose en un elemento determinante para las mediciones de nivel de vida y desarrollo de una ciudad.

Resulta un poco paradójico que la bicicleta presente como argumento el tema ambiental para ganar espacios en la ciudades, mientras con el mismo discurso también reclama para sí la adaptación de rutas especiales en parques y entornos naturales, afectando (y de manera permanente) justamente lo que pretende cuidar.

Impacto económico

Se retoman aquí dos puntos claves que se han tocado antes, el deporte y las mediciones de nivel de vida y desarrollo de las ciudades, dado que estos dos temas ejemplifican el alcance del impacto económico que actualmente tiene la bicicleta.

El deporte acogió a la bicicleta casi desde sus inicios, aprovechando la popularidad que tenía el invento entre el público, sobre todo después de que se estableció el modelo “seguro” y de lograr más velocidad y rendimiento con el uso de neumáticos. Desde los primeros años (1870)  se organizaron competencias que rápidamente escalaron en difusión, haciendo de sus campeones una suerte de héroes locales. La naciente industria de la publicidad no dejó pasar la oportunidad y aprovechó los eventos como una plataforma de promoción de diversos productos, creando a su vez la reacción de las asociaciones que comenzaron a cobrar por los derechos, surgiendo de esta situación el sistema de patrocinios exclusivos en la actualidad.

Este tipo de patrocinio crea también al deportista-anuncio y al deportista-producto, valorado no sólo por las capacidades inherentes a su desempeño, un profesional en el uso de la bicicleta, sino por su capacidad de potenciar la venta de bienes y servicios. Resulta muy diciente que el entorno del ciclismo es uno de los más afectados  por  el fenómeno del dopping, el cual podría leerse como un impacto a nivel social, causado por las dinámicas económicas alrededor del deporte. Sólo en Francia por concepto del Tour 272 millones de euros en beneficios económicos y 13 millones de euros adicionales adicionales por otras 12.000 pruebas menores (El impacto económico del cicloturismo en Europa, 2014).

liliImpactoFigura 1. Tomado de: El impacto económico del cicloturismo en Europa, 2014.

Con respecto al segundo punto, las mediciones de nivel de vida y desarrollo de las ciudades, sabemos que se convierte en áreas a desarrollar para acceder a recursos de colaboración internacional, por ejemplo la Iniciativa Ciudades Emergentes y Sostenibles (ICES), un proyecto del Banco Interamericano de Desarrollo (BID); en este contexto la construcción de infraestructuras específicamente enfocadas en el ciclismo urbano se erige como tema clave para para los gobiernos municipales, pues requiere de un menor número de recursos comparado con otras exigencias (Baumman, Bojacá, Rambeau, Wanner, 2013). Lamentablemente, sobre todo en los entornos Latinoamericanos, la percepción de inseguridad atenta contra un aumento más acelerado de su uso por mayores segmentos de la población.

Finalmente tenemos el impacto económico en cuanto democratización de un sistema de transporte individual para aquellos que no tiene acceso a otros tipos propiedad. En estos casos incluso la bicicleta se transforma  en un activo de las personas, una fuente de ingresos por su uso productivo en actividades económicas de tipo individual y que se convierte muchas veces en el sostenimiento principal de un núcleo familiar.

 

Referencias

Valderrama A. (2004). Teoría y crítica de la construcción social de la tecnología. Revista Colombiana de Sociología. p.217-233. Recuperado de: http://www.bdigital.unal.edu.co/16391/1/11278-27287-1-PB.pdf

Consejería de Fomento y Vivienda de la Junta de Andalucía (2014). El impacto económico del cicloturismo en Europa. Recuperado de: http://viasverdes.com/prensa/documentos/interes/Informe_Cicloturismo_2014.pdf

Baumman, Bojacá, Rambeau, Wanner (2013). Biciudades 2013: un estudio regional acerca del uso de la bicicleta como medio de transporte en América Latina y el Caribe. Recuperado de: http://www.vanguardia.com/sites/default/files/informe_uso_de_las_bicicletas.pdf

 

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