TRANSPORTANDO LA ELECTRICIDAD

¿Cómo se utiliza un transformador?

Como primer problema para usar la electricidad tenemos que no se sabía como enviarla a largas distancias, es entonces cuando George Westinghouse creó un aparato conocido como transformador. Este permitió que la electricidad fuera transmitida eficientemente a través de la distancia. A partir de allí se comenzó a distribuir la electricidad de manera eficaz.

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¿Cómo se genera la electricidad?

La electricidad es generada a través de un generador eléctrico que se encarga de convertir la energía mecánica en eléctrica. Usando el principio de electricidad y magnetismo, de la siguiente forma: Cuando un cable o cualquier otro material conductor de electricidad se mueve a través de un campo de magnético, se produce una corriente eléctrica en el mismo.

Los generadores que se usan en la industria eléctrica poseen un conductor.

Un imán que al final del eje de rotación se coloca en un anillo conductor que se envuelve en una pieza continua de cable.

Al girar el imán, induce una pequeña corriente eléctrica en cada sección del cable por el que pasa. Cada sección del cable constituye un conductor eléctrico pequeño y separado. Todas estas pequeñas corrientes procedentes de cada sección individual se suman para formar una corriente de tamaño considerable. Esta corriente es la que se utiliza como energía eléctrica.

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¿Cómo generan electricidad las turbinas?

En las estaciones eléctricas se usan turbinas, motores, ruedas de agua, u otro dispositivo similar para que un generador eléctrico o un dispositivo convierta la energía mecánica, o química, en electricidad. Las turbinas de vapor, los motores de combustión interna, las turbinas de combustión de gas, las turbinas de agua, y las turbinas de viento son los métodos comúnmente utilizados para generar electricidad.

¿Cómo se mide la electricidad?

La electricidad se mide en Vatios (W), en ingles se conocen como Watts, esto se debe al inventor de la máquina de vapor James Watt.

La electricidad en una planta de energía o en el consumo del hogar se mide en kilovatios por hora

1 kilovatio (KW) equivale a 1000 W

watt

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LA ELECTRICIDAD ¿CÓMO FUNCIONA?

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La electricidad es una forma de energía que proviene de la naturaleza más exactamente del flujo de electrones.

Los electrones se encuentran en los átomos que son los componentes de toda la materia existente en la tierra.

En el núcleo del átomo, que es prácticamente su centro se encuentran los protones y neutrones que poseen carga positiva y negativa respectivamente. Mientras los electrones rodean dicho núcleo

 

El número de protones es igual al número de electrones normalmente ocasionando un equilibrio atómico pero cuando se rompe este  de equilibrio entre los protones y los electrones por una  por una fuerza externa o alteración, un átomo podría ganar o perder un electrón. Cuando los electrones se pierden de un átomo, el movimiento libre de estos electrones constituye una corriente eléctrica.

 

Esta es una fuente de energía tan popularmente usada debido a que se consigue en varias formas. Conseguimos electricidad, que es una fuente de energía secundaria, de la conversión de otras fuentes de energía, como el carbón, el gas natural, el petróleo, la energía nuclear y otras fuentes naturales, conocidas como fuentes primarias. Muchas ciudades y pueblos fueron construidos junto a cascadas (una fuente primaria de energía mecánica) que movían ruedas de agua para realizar el trabajo.

 

CIDAD

¿CÓMO FUNCIONA?

La electricidad es una forma de energía que proviene de la naturaleza más exactamente del flujo de electrones.

Los electrones se encuentran en los átomos que son los componentes de toda la materia existente en la tierra.

En el núcleo del átomo, que es prácticamente su centro se encuentran los protones y neutrones que poseen carga positiva y negativa respectivamente. Mientras los electrones rodean dicho núcleo

 

El número de protones es igual al número de electrones normalmente ocasionando un equilibrio atómico pero cuando se rompe este  de equilibrio entre los protones y los electrones por una  por una fuerza externa o alteración, un átomo podría ganar o perder un electrón. Cuando los electrones se pierden de un átomo, el movimiento libre de estos electrones constituye una corriente eléctrica.

 

Esta es una fuente de energía tan popularmente usada debido a que se consigue en varias formas. Conseguimos electricidad, que es una fuente de energía secundaria, de la conversión de otras fuentes de energía, como el carbón, el gas natural, el petróleo, la energía nuclear y otras fuentes naturales, conocidas como fuentes primarias. Muchas ciudades y pueblos fueron construidos junto a cascadas (una fuente primaria de energía mecánica) que movían ruedas de agua para realizar el trabajo.

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EVOLUCIÓN DE LA ELECTRICIDAD

Después de reconocer la presencia eléctrica en los fenómenos naturales, los científicos se centraron en la tarea de experimentar con el fin de hacer uso de esta y distribuirla. Es decir de aplicarla en beneficio de la sociedad.

Tales de Mileto previo al experimento de Franklin había observado que al frotar con una varilla de ámbar la piel de lana  salían pequeñas cargas y al frotarlo con mayor fuerza se iban produciendo chispas.

Otto Von Guericke fue el primero en crear un aparato para producir cargas eléctricas.

De allí muchos otros pequeños inventos surgieron, cada uno aportando datos importantes para la evolución histórica de la electricidad. Hasta llegar al más conocido que es la bombilla eléctrica, atribuida a Thomas Alva Edison, en donde se condensa la energía para ser percibida en forma de luz.

Pero lo más relevante de esta época fue la invención del Sistema Eléctrico y la distribución de corrientes.

Existían dos sistemas en estudio, el de corriente continua y el de corriente alterna. Siendo el último diseñado por Nikola tesla, el que permanece actualmente como forma de distribución.

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Un invento de 69 años que revoluciono el mundo. (El Horno Microondas)

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Gif gratis de http://www.gifmania.com/Gif-Animados-Objetos/Imagenes-Hogar/Electrodomesticos/Microondas/
Elaborado por:
Wilson Camilo Calderón Vanegas
Claudia Patricia López Segura.

El funcionamiento

¿Cómo funcionan?

Es un aparato eléctrico que las genera dentro de un espacio cerrado, donde se calienta los cuerpos aumentando la energía cinética de estos  moviendo  las moléculas de agua que lo componen generando calor  dentro de estas sustancias orgánicas.El microondas

¿Cómo funciona? 

Ver en Pow Toonfunciona-micro

 

¿Qué principios de la ciencia hacen que funcionen?

  • Energía cinética
  • Electromagnetismo
  • Ondas electromagnéticas.

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

Comparación entre el Radar y Microondas, Ver C-Map Comparación

comparacion

 

  • Radar
  • Antenas y torres de microondas.
  • Las microondas son usadas principalmente para la difusión de TV,
  • La navegación aérea y marítima.
  • Las telecomunicaciones incluyendo los teléfonos móviles algunos.
  • También son usados en la industria para procesar materiales.
  • En medicina para el tratamiento por diatermia.

 ¿Con esos mismos principios qué otro tipo de artefactos se podría construir?

  • MASER
  • Aparatos meteorológicos
  • Circuitos integrados de microondas

 Su Origen

¿En qué época se construyó o produjo por primera vez?

Los ingenieros de Raytheon estudiaron y perfeccionaron los primeros bocetos de Spencer, se patentó en 1946 y al año siguiente vio la luz el primer microondas: pesaba 80 kg, medía 1,60 y costaba 5000 dólares; además necesitaban de una instalación de agua para refrigerarlos. Al principio solo fue usado en restaurantes, industrias y lugares especiales dónde fuese difícil mantener la comida caliente, pero en los años 70, con la llegada de la miniaturización y tras numerosas mejoras, el microondas era ya un horno doméstico presente en numerosos hogares de todo el mundo.

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Horno microondas diseñado en 1968 foto tomada de Flickr

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El primer microondas 1947

 

 

 

 

 

 

 

 

Después de reevaluar el modelo lo rediseñaron y adaptaron de tal manera que fuera posible tenerlo en las cocinas y así popularizar el producto reduciendo su tamaño y por lo tanto su valor.

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Imágenes recuperadas de: http://www.raytheon.com/

Análisis Tecnológico del Microondas (Ver en Prezy)      análisis microondas

analisis

El nuevo horno microondas LG DuoChef hecho el 1 de julio del 2009 tiene una capacidad de 31 litros, y es una innovadora combinación de LG Electrodomésticos.

El DuoChef es el primer microondas de convección con dos ventiladores que ofrece tres modos para cocinar: sólo microondas, parrilla y horno de convección. La idea detrás de este tipo de diseño es para ahorrar espacio y mejorar la capacidad de horneado ya que los dos ventiladores distribuyen el calor uniformemente, lo que resulta en alimentos mucho mejor cocinados.

  • ¿Quién o quienes lo desarrollaron o inventaron?

Este invento se le atribuye al ingeniero estadunidense Percy LeBaron Spencer en 1945.

  • ¿Qué razones necesidades o circunstancias de la época hicieron que este artefacto o sistema existiera?

Los Hogares estadounidenses requerían cocinar o calentar los alimentos de manera rápida, en una sociedad cada vez más industrializada.

En los inicios del invento no fue muy popular por sus dimensiones y su valor comercial. Sin embargo con el tiempo se bajaron los costos de producción y su tamaño.

  • ¿Cuáles eran las condiciones de esa época?

El año 1946 fue escenario de una creciente desconfianza dado que  por un lado, el fin de la guerra mundial había desencadenado en Grecia y China, las guerras civiles donde se enfrentaban pro-comunistas y pro-occidentales; por otro, la creciente tensión entre soviéticos y norteamericanos se reflejaba en las comunicaciones diplomáticas: ambas potencias se acusaban mutuamente de pretender dominar el mundo, que había perdido las elecciones británicas en 1945, se sintió con libertad para proclamar lo que cada vez era más evidente. En un célebre discurso en Fulton, EEUU, denunció que un estaba separando la Europa bajo control soviético del resto del continente.

Mientras tanto, la tensión entre las autoridades de ocupación occidentales y soviéticas en Alemania era cada día más palpable, El año 1947  inició con una flagrante violación a Polonia. En enero, los candidatos comunistas vencieron en unas elecciones claramente adulteradas por las autoridades de ocupación, hecho que evidencio el afán soviético de extender el sistema comunista en Europa, lo que desencadenó la reacción norteamericana en dos terrenos en el político y el económico. En febrero de 1947 una alarmante nota del gobierno británico llegó a Washington, en esta  se informaba que Londres era incapaz de continuar apoyando al gobierno conservador de Atenas en su lucha contra las guerrillas comunistas griegas.

 

Los  norteamericanos reaccionaron  rápidamente con un discurso pronunciado el 12 de marzo ante el Congreso, el presidente  demandó la aprobación de una ayuda de 400 millones de dólares para Grecia y Turquía. En este discurso, el presidente anunció la intención de ayudar a cualquier gobierno que hiciera frente a la amenaza comunista.  En ese momento se proclamaba la voluntad de E.E.U.U. de aplicar una política de “contención del comunismo”.

http://www.historiasiglo20.org/HM/6-1a.htm

El  Impacto  

Ver en Pow Toon

  • ¿Cuáles de los usos son positivos y cuales son negativos?

En cuanto a los efectos positivos se disminuye la perdida de vitaminas como la C y el complejo B ya que se cocinan en su propio contenido de agua sin estar demasiado tiempo expuesto al calor que los destruye; las preparaciones son menos grasosas dado que no se utiliza grasa, para no pegarse; la cocción, rápida, elimina toda contaminación por gérmenes y la proliferación de bacterias; nos otorga comodidad ya que se calienta o cocina en los mismos recipientes en donde la vamos a servir y por último el calentamiento selectivo.

Efectos negativos; en primer lugar, el agua sobrecalentada, cuando se coloca  en el microondas un recipiente con agua para calentarla, puede alcanzar temperaturas de ebullición pero sin las tradicionales “burbujas”, por ello no siempre nos damos cuenta si el agua hirvió o no. En ocasiones, el recipiente puede estallar por una ebullición instantánea al abrir la puerta y haber un cambio de temperatura. Esto causa quemaduras severas en las manos, el rostro, el cuello, etc.

Otros efectos negativos son: comer alimentos recalentados a diario o cocinados con el microondas causa daños permanentes a largo plazo debido a las transformaciones que sufren los nutrientes de la comida, por otro lado la forma en que son calentados los alimentos en el microondas altera la capacidad de desdoblamiento de las sustancias en el cuerpo humano; Por otro lado las sales minerales de los vegetales se convierten en radicales libres, que pueden causar cáncer.

http://www.bibliotecapleyades.net/ciencia/ciencia_industryweapons208.htm
  • ¿Ha afectado al medio ambiente la producción, uso o desecho de estas tecnologías?

Teniendo en cuenta que el microondas basa su estructura y funcionamiento en  los campos electromagnéticos, este puede alterar  frecuencias biológicas específicas, que pueden verse interferidas por la radiación electromagnética incidente, provocando una inducción y modificando su respuesta (Hyland, 2000).

La radiación recibida depende principalmente de la distancia y de la visión directa (sin obstáculos entre la emisora y el receptor), pero intervienen además otros factores como el tipo de antena, su localización, la distancia vertical entre emisor y receptor etc. En la literatura científica se ha publicado mucha evidencia experimental sobre efectos no térmicos de las microondas en los seres vivos durante los últimos 30 años (Haumann et al., 2002).

En el caso de fallar la jaula de Faraday, pueden escaparsen radiaciones al ambiente, por lo tanto no es adecuado estar cerca del mismo cuando se encuentre en funcionamiento.

  • ¿Se está haciendo algo para cambiar los efectos negativos?

La Organización Mundial de la Salud (OMS) a través del Proyecto Internacional CEM, ha establecido un programa para revisar los resultados de la investigación y realizar la evaluación de los riesgos de la exposición a los campos electromagnéticos en el rango de 0 a 300 GHz. Los riesgos a la salud provenientes de la exposición a los CEM están siendo evaluados por la OMS en colaboración con ICNIRP.

El Proyecto CEM tiene una página web con vínculos a las Hojas Descriptivas de la OMS sobre varios aspectos de la exposición a los CEM y la salud y publicados en múltiples lenguas

http://www.who.int/docstore/peh-emf/publications/facts_press/fact_english.htm
  • ¿Está a nuestro alcance cambiar los efectos negativos, que deberíamos hacer?

Los efectos se mitigan teniendo en cuenta que se debe tener algunas recomendaciones como realizar mantenimiento oportuno al electrodoméstico, por otro lado según la organización mundial de la salud basados en estudios dicen que no se debe prender el microondas sin ningún alimento dado que puede dañar el magnetrón.

El-microondas

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Webgrafia

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