Grado 9
  1. Mechanics  1.1. Movimiento  1.1.1. Tipos de movimiento  1.1.2. Distancia y desplazamiento  1.1.3. Velocidad y Rapidez  1.1.4. Aceleración  1.1.5. Representación gráfica del movimiento  1.1.6. Ecuaciones de movimiento  1.1.7. Movimiento uniforme y no uniforme  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Velocidad relativa  1.1.10. Movimiento circular  1.2. Leyes de la fuerza y el movimiento  1.2.1. El concepto de fuerza  1.2.2. La primera ley del movimiento de Newton  1.2.3. Segunda ley del movimiento de Newton  1.2.4. Tercera ley del movimiento de Newton  1.2.5. Inercia y tipos de inercia  1.2.6. Movimiento  1.2.7. Conservación del momento  1.2.8. Aplicación de las leyes de Newton en la vida diaria  1.2.9. Tipos de Fuerzas (Contacto y No Contacto)  1.2.10. Fricción y sus efectos  1.3. Fuerza gravitacional  1.3.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.3.2. Importancia de la Fuerza Gravitacional  1.3.3. Aceleración debido a la gravedad  1.3.4. Caída libre e ingravidez  1.3.5. Masa y peso  1.3.6. Variación de g con altura y profundidad  1.3.7. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.3.8. Satélites y sus órbitas  1.4. Trabajo, Energía y Potencia  1.4.1. Concepto de trabajo  1.4.2. Acciones positivas y negativas  1.4.3. Trabajo realizado por fuerza constante y variable  1.4.4. Energía y sus formas  1.4.5. Energía cinética y energía potencial  1.4.6. La ley de conservación de la energía  1.4.8. Unidad comercial de energía  1.4.9. Teorema trabajo-energía  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Ventaja mecánica  1.5.3. Eficiencia de la máquina  1.5.4. Palancas y sus tipos  1.5.5. Poleas y planos inclinados  1.5.6. Engranajes y sus usos
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólidos, líquidos y gases  2.1.2. Propiedades de los diferentes estados de la materia  2.1.3. Cambio en el estado de la materia  2.1.4. Plasma y condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidad y presión  2.2.1. Concepto de densidad y densidad relativa  2.2.2. Presión en sólidos, líquidos y gases  2.2.3. La ley de Pascal y sus aplicaciones  2.2.4. Presión atmosférica y sus variaciones  2.2.5. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  2.3.1. Fuerza de flotación  2.3.2. Principio de Arquímedes  2.3.3. Aplicaciones del Principio de Arquímedes  2.3.4. objetos que flotan y se hunden  2.3.5. Teoría de la Flotación y el Principio de Arquímedes
  3. Calor y Termodinámica  3.1. Temperatura y calor  3.1.1. Concepto de calor y temperatura  3.1.2. Medición de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conducción del calor  3.2.2. Convección del calor  3.2.3. Radiación de calor  3.2.4. Aplicaciones de la transferencia de calor  3.2.5. Conductividad térmica  3.3. Thermal expansion  3.3.1. Expansión de sólidos, líquidos y gases  3.3.2. Expansión anómala del agua  3.3.3. Aplicaciones de la expansión térmica  3.4. Capacidad calorífica específica y calor latente  3.4.1. Concepto de capacidad calorífica específica  3.4.2. Medición y aplicaciones del calor específico  3.4.3. Calor latente de fusión y vaporización  3.4.4. Motores de calor y eficiencia
  4. Ondas y sonido  4.1. Ondas y sus tipos  4.1.1. Ondas mecánicas y electromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinales y Transversales  4.1.3. Propiedades de las ondas  4.1.4. Longitud de onda, frecuencia y velocidad de la onda  4.1.5. Superposición de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Naturaleza y transmisión del sonido  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Reflexión del sonido y eco  4.2.4. Sonar y ultrasonido  4.2.5. Resonancia y pulsación  4.3. Características del sonido  4.3.1. Intensidad, volumen y calidad del sonido  4.3.2. Efecto Doppler en el sonido
  5. Iluminación y Óptica  5.1. Reflexión de la luz  5.1.1. Leyes de la reflexión  5.1.2. Reflexión desde un espejo plano  5.1.3. Reflexión en un espejo esférico  5.1.4. Formación de imágenes por espejos cóncavos y convexos  5.1.5. Aplicaciones de la Reflexión  5.2. Refracción de la luz  5.2.1. Leyes de la refracción  5.2.2. Índice de refracción  5.2.3. Refracción a través de una lámina de vidrio  5.2.4. Refracción en el agua y el aire  5.2.5. Lentes y sus tipos  5.2.6. Formación de imágenes por lentes convexas y cóncavas  5.2.7. Reflexión interna total y sus aplicaciones  5.3. Dispersión y dispersión de la luz  5.3.1. Espectro de la luz blanca  5.3.2. Prismas y Dispersión  5.3.3. Efecto Tyndall y cielo azul
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Carga eléctrica y electricidad estática  6.1.1. El concepto de carga eléctrica  6.1.2. Carga por fricción, contacto e inducción  6.1.3. Electroscopio y su funcionamiento  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. El concepto de corriente eléctrica  6.2.2. Ohm's Law and Resistance  6.2.3. Factores que afectan la resistencia  6.2.4. Circuitos en Serie y Paralelo  6.2.5. Heating effect of electric current  6.2.6. Potencia y energía eléctricas  6.3. Magnetismo  6.3.1. Imanes naturales y artificiales  6.3.2. Propiedades de los imanes  6.3.3. Magnetismo de la Tierra  6.3.4. Campo magnético y líneas de campo  6.3.5. Electroimanes y sus aplicaciones
  7. Física Moderna  7.1. estructura del átomo  7.1.1. Estructura Atómica y Partículas Subatómicas  7.1.2. Electrones, Protones y Neutrones  7.1.3. Modelo de Rutherford y Bohr  7.2. Radiactividad  7.2.1. Tipos de emisiones radiactivas  7.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  7.2.3. Usos y Peligros de la Radiactividad
  8. Ciencia espacial y astronomía  8.1. El universo y sus componentes  8.1.1. Estrellas y galaxias  8.1.2. Planetas y Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturales y artificiales  8.2.2. Uso de satélites

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Poleas y planos inclinados


Introducción a las máquinas simples

Las máquinas simples son herramientas básicas que nos ayudan a hacer el trabajo más fácilmente. Tienen pocas o ninguna parte móvil y son los bloques de construcción de máquinas más complejas. Usando máquinas simples, las personas pueden aplicar menos fuerza para realizar tareas. Hay muchos tipos de máquinas simples, como palancas, ruedas y ejes, poleas, planos inclinados, cuñas y tornillos. En esta lección, nos enfocaremos en las poleas y los planos inclinados.

Polea

Una polea es una rueda con una ranura a su alrededor, a través de la cual pasa una cuerda o cable. Este mecanismo facilita levantar cargas pesadas y cambiar la dirección de la fuerza aplicada. Las poleas se encuentran comúnmente en grúas, ascensores y astas de bandera.

Tipos de poleas

  • Polea fija: En una polea fija, la rueda está unida a una estructura sólida. Este tipo de polea no reduce la cantidad de fuerza necesaria para levantar un objeto, pero sí cambia la dirección de la fuerza. Por ejemplo, cuando tiras de la cuerda hacia abajo, el objeto sube.
  • Polea móvil: En esta polea, la rueda se mueve con la carga. Cuando usas una polea móvil, aplicas menos fuerza para levantar el objeto, porque la polea comparte el peso contigo.
  • Polea compuesta: En este sistema se utilizan poleas fijas y móviles juntas. Las poleas compuestas, o polipastos, reducen aún más la fuerza requerida y son muy eficientes para levantar cargas pesadas.

Ejemplo de un sistema de polea fija:

En esta imagen, la polea está unida al techo, y la cuerda pasa por encima de la rueda. El peso está en el lado derecho de la cuerda, y cuando tiras hacia abajo del lado izquierdo de la cuerda, la caja sube.

Cómo funcionan las poleas

Las poleas funcionan sobre el principio de redirigir la fuerza y reducir el esfuerzo aplicado. Al usar una polea, la fuerza requerida para levantar un objeto se puede calcular usando la fórmula:

Fuerza = Peso / Número de cuerdas que soportan el peso

Por ejemplo, si estás levantando un peso de 100 newtons con una polea fija, la fuerza que debes aplicar es de 100 newtons porque solo hay una cuerda soportando el peso. En un sistema más complejo con dos cuerdas soportando el peso, cada cuerda levantará la mitad del peso, reduciendo la fuerza requerida a 50 newtons.

Planos inclinados

Un plano inclinado es una superficie plana inclinada en un ángulo, como una rampa. Esto te permite subir o bajar una carga con menos esfuerzo que levantándola verticalmente. Al cambiar distancia por fuerza, el plano inclinado facilita superar la gravedad al mover objetos hacia arriba o hacia abajo.

Ejemplo de un plano inclinado:

Este ejemplo muestra una rampa sobre la cual se coloca un objeto. La rampa ayuda a levantar el objeto al repartir el movimiento de elevación sobre una mayor distancia.

Cómo funcionan los planos inclinados

Los planos inclinados reducen la cantidad de fuerza necesaria para levantar un objeto al aumentar la distancia sobre la que se aplica la fuerza. La ventaja mecánica de un plano inclinado se puede determinar por la relación entre la longitud de la pendiente y la altura del plano inclinado.

Ventaja Mecánica = Longitud de la pendiente / Altura

Por ejemplo, si necesitas empujar una caja sobre una rampa de 10 metros de largo y 2 metros de alto, la ventaja mecánica es 5. Esto significa que aplicas cinco veces menos fuerza que si levantaras la caja directamente hacia arriba.

Comparación y usos en la vida diaria

Las poleas y los planos inclinados nos ayudan a realizar tareas cotidianas con menos esfuerzo. Se encuentran en varios aspectos de la vida diaria e implican principios que hacen que las tareas sean más fáciles y seguras.

Usos comunes de las poleas

  • Construcción: Las grúas usan sistemas de poleas complejas para levantar vigas de acero y materiales de construcción pesados.
  • Agricultura: Las poleas se utilizan a menudo en máquinas e implementos para levantar pacas de heno o transportar grano.
  • Equipo de ejercicio: Muchas máquinas de gimnasio utilizan poleas para ajustar los niveles de resistencia, haciendo los entrenamientos más efectivos y ajustables.

Usos comunes de los planos inclinados

  • Rampas: Las rampas para sillas de ruedas son superficies inclinadas que facilitan el acceso de las personas a los edificios.
  • Toboganes: Los parques infantiles a menudo cuentan con toboganes, otra forma de plano inclinado que facilita el movimiento debido a la gravedad.
  • Caminos: Los caminos de montaña en espiral ascendente son un ejemplo de superficie inclinada, que reduce la pendiente y por lo tanto la fuerza requerida por los vehículos para moverse hacia arriba o hacia abajo.

Resolviendo un problema del mundo real con poleas y planos inclinados

Problema de ejemplo con poleas

Imagina que tienes una bandera que pesa 10 Newtones y estás usando un sistema de polea fija para izarla. Quieres saber cuánta fuerza necesitas aplicar:

Como es una polea fija, necesitas aplicar una fuerza igual al peso:

Fuerza = Peso = 10 Newtones

Para izar la bandera tendrás que aplicar una fuerza de 10 Newtones.

Problema de ejemplo con un plano inclinado

Supón que necesitas empujar un carrito que pesa 100 N por una rampa que tiene 5 m de largo y 1 m de altura. Quieres saber la ventaja mecánica y la fuerza requerida:

Primero, calcula la ventaja mecánica:

Ventaja Mecánica = Longitud de la pendiente / Altura = 5 metros / 1 metro = 5

Ahora, calcula la fuerza requerida:

Divide el peso del carrito por la ventaja mecánica para encontrar la fuerza requerida:

Fuerza = Peso / Ventaja Mecánica = 100 Newtones / 5 = 20 Newtones

Necesitarías 20 newtones de fuerza para empujar el carrito por la rampa.

Conclusión

Las poleas y los planos inclinados son poderosos ejemplos de máquinas simples. Nos ayudan a comprender los principios fundamentales de la física y la mecánica, como la fuerza, el trabajo y la transferencia de energía. Al dominar estos conceptos, podemos diseñar soluciones para facilitar, hacer más seguras y eficientes las tareas.

Ya sea levantando un objeto con una polea o moviendo un objeto por una pendiente, estas máquinas simples demuestran la belleza y efectividad de los principios mecánicos básicos.


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Poleas y planos inclinados

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