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INTRODUCCION PARA ENSEÑAR EL CONCEPTO DE CONSERVACION DE
LA ENERGIA MECANICA, MECANISMO BIELA-MANIVELA
SILVIA MARIA GOMEZ 20002135006
JEIMY NATHALY PARRA 20031135054
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
PROYECTO CURRICULAR LICENCIATURA EN FISICA
RESUMEN
Este trabajo tiene como finalidad hacer una breve introducción para enseñar el concepto de la conservación de la energía mecánica 1 , teniendo en cuenta el punto de vista histórico-epistemológico, haciendo uso de las llamadas “máquinas simples”. En lo que respecta a este artículo se trabajará con el mecanismo BIELA-MANIVELA , del cual surgen interrogantes muy interesantes, y que el estudiante puede trabajar detenida y concienzudamente; de esta manera, forma y/o modifica de una manera clara y concisa un concepto que tenga de algo o aprenda uno nuevo.
ABSTRACT
This work has as purpose do a brief introduction to teach the concept of the conservation of the mechanical energy, bearing the historical point of view in mind - epistemology, using the so called “simple machines ". Regarding one will work this article with the mechanism CONNECTING ROD - CRANK , from which very interesting questions arise, and that the student can work stopped and conscientiously; hereby, it forms and / or modifies in a clear and concise way a concept that has of something or learns the new one.
(^) andromeda2105@gmail.com (^) jeimy_nathaly@yahoo.com (^1) Para esta propuesta también se tendrán en cuenta aspectos que impliquen el estudio de un mecanismo del tipo “máquinas simples”.
INTRODUCCION
Desde la antigüedad, la humanidad se ha preguntado que sucede con las máquinas que minimizan sus trabajos. Uno de los primero en hacer dichas inferencias fue Hero de Alejandría:”algo permanece constante en medio del cambio que tiene lugar en la operación de una máquina”. En cualquier mecanismo de “máquinas simples” se encuentra implícitamente ese “algo” y ese algo es la “conservación de la energía mecánica”.
Para nosotros como futuros docentes e investigadores, y como personas por supuesto, es muy importante saber como se puede facilitar el trabajo que realizamos diariamente al hacer menos esfuerzo con unas máquinas.
Ahora, como la temática es demasiado extensa se hace necesario tomar un solo mecanismo y estudiarlo. Hay distintos tipos de máquinas simples y para nuestro estudio se escogerá el de biela-manivela. El objetivo de este trabajo es proponer una situación problémica, relativa al principio de conservación de la energía mecánica en donde el estudiante se cuestione acerca de su funcionamiento y aplicabilidad en la cotidianidad.
INTRODUCTION
From the antiquity, the humanity has asked herself that happens with the machines that they minimize your works. One of them first in doing the above mentioned inferences was Hero of Alexandria: “something remains constant in the middle of the change that takes place in the operation of a machine ". In any mechanism of “simple machines "it is implicitly this "a little" and this something is the “conservation of the mechanical energy ".
For us as educational and investigative futures, and as you present certainly, it is very important to know since it is possible to facilitate the work that we realize every day on having done less effort with a few machines.
Vitrubio utilizó lo que sabia de las maquinas simples para inventar una maquina que les sirviera para hacer un trabajo como es moler seriales, no se quedo solo con la parte teórica sino que lo aplico a sus necesidades.
o CHARLES DE COULOMB (1736−1806) En 1779 publicó el tratado Teoría de las máquinas simples, un análisis del rozamiento en las máquinas. Al contrario de Vitrubio, Coulomb publicó una teórica y no lo utilizo en la parte práctica.
[1] “Una maquina simple es un dispositivo que transforma en trabajo útil la fuerza aplicada, el trabajo de entrada se realiza mediante la aplicación de una sola fuerza, y la máquina realiza el trabajo de salida a través de otra fuerza única”, es decir, “una máquina simple transforma una fuerza aplicada en una fuerza saliente, según el principio de conservación de la energía”.
El mecanismo de biela-manivela hace parte de la lista tradicional de las máquinas simples, éste [2] “permite convertir el movimiento giratorio continuo de un eje en uno lineal alternativo en el pie de la biela. También permite el proceso contrario: transformar un movimiento lineal alternativo del pie de biela en uno giratorio continuo en el eje al que está conectada la manivela.
El sistema biela-manivela emplea, básicamente, una manivela, un soporte y una biela cuya cabeza se conecta con el eje excéntrico de la manivela (empuñadura).
Figura 1. Sistema biela-manivela
El sistema funciona de la siguiente forma:
El eje dispone de un movimiento giratorio que transmite a la manivela. La manivela convierte el movimiento giratorio del eje en uno circular en su empuñadura ( eje excéntrico ). La cabeza de la biela está unida a la empuñadura de la manivela (eje excéntrico) y, por tanto, está dotada de un movimiento circular. En su movimiento circular, la cabeza de la biela arrastra el pie de biela, que sigue un movimiento lineal alternativo. La trayectoria seguida por el pie de biela es lineal alternativa, pero la orientación del cuerpo de la biela cambia en todo momento. Esto presenta un pequeño inconveniente que puede solventarse añadiendo otros operadores.
Este sistema es totalmente reversible, pues se puede imprimir un movimiento lineal alternativo al pie de biela y obtener uno giratorio en el eje de la manivela”.
Figura 2. Funcionamiento.
A continuación se presenta un esquema de una locomotora de vapor, la cual funciona con este tipo de mecanismo y de la cual se realizan las siguientes preguntas:
Figura 4. Esquema problema 1.
2. Explicar CUALITATIVAMENTE cómo varía la aceleración del punto A en el mecanismo biela manivela representado en la figura cuando la manivela gira una vuelta completa.
Figura 4. Esquema problema 2.
ANALISIS Y RESULTADOS A ESPERAR
De acuerdo con lo mostrado anteriormente, se espera que el estudiante analice y resuelva esta serie de preguntas y ejercicios, en donde el vea la importancia que tiene y que ha tenido la construcción de máquinas simples a través de la historia. Además, del análisis físico que tiene este tipo de mecanismo (biela- manivela), la aplicabilidad que tiene en la vida cotidiana 2.
El tipo de evaluación que sirve como inicio del proceso, parte de los conceptos previos que tiene el estudiante en donde formula cuestiones de forma equilibrada en contenidos conceptuales (principios, hechos, leyes), procedimentales (razonamiento cualitativo, cuantitativo) y actitudinales (valores, normas).
Para el buen desempeño de la propuesta se deben tener en cuenta los siguientes aspectos, en la construcción de conocimiento del estudiante:
(^2) Para la clase como tal se explicará de manera completa los fundamentos enunciados en este artículo.
1. Solicitar al estudiante que haga un estudio cualitativo de la situación a trabajar. 2. Propiciar que el estudiante formule hipótesis establecidas sobre causas y posibles consecuencias de la situación a analizar. 3. Promover el diseño de estrategias de solución para la situación planteada. 4. Inducir la solución utilizando un lenguaje físico por parte del estudiante, fundamentando lo que hace. 5. En lo posible tratar de que el estudiante analice cuidadosamente sus resultados teniendo en cuentas las hipótesis que elaboró con anterioridad.
En la evaluación final del proceso, aunque no es muy confortante para el estudiante, se debe realizar de forma cuantitativa. Para esto, se tendrán en cuenta los ejercicios que se enunciaron atrás (páginas 6 y 7), teniendo una calificación de 1 a 5, y siendo ésta el 50% de la nota final. Las preguntas iniciales (página 6) son de tipo argumentativo y valdrán el otro 50% de la nota final.
CONCLUSIONES
El conocer este tipo de máquinas, induce a los estudiantes el cuestionarse acerca de su funcionamiento: explicación física, y aplicabilidad en la vida cotidiana.
La manera en que se realiza la propuesta, obedece al buen desempeño e interés del estudiante en cuanto al tema y tipo de preguntas – ejercicios que se plantean.
A raíz de lo que se hizo inicialmente con la propuesta anterior, aquella tuvo que ser modificada de esta manera para cumplir con las expectativas planteadas. Ya que al partir de la explicación de un solo concepto, se desglosan otros.
