Del análisis de una tarea a la creación de un mecanismo

publicado a la‎(s)‎ 13 de nov. de 2010 23:11 por Mario Raúl Pérez   [ actualizado el 14 de nov. de 2010 1:41 por Macro Plc ]
Martillos con manija

Ilustración: Gustavo Damiani

Para obtener productos, tanto en la vida cotidiana como en el mundo del trabajo, realizamos operaciones sobre los materiales utilizando distintos tipos de herramientas. Cuando lo que buscamos es reducir el esfuerzo o el tiempo de trabajo y/o fabricar muchos productos iguales usamos máquinas. Éstas tienen mecanismos que permiten copiar, transportar o transformar movimientos. La creación de mecanismos constituye uno de los escalones en el proceso de cambio técnico conocido con el nombre de "mecanización de tareas", y caracterizado por la búsqueda de la transferencia de ciertas funciones humanas a las máquinas.

La incorporación de mecanismos a las herramientas permitió que, a partir de un movimiento circular(giro de una manivela, por ejemplo) se pudieran realizar tareas tan diferentes como serruchar, limar, martillar, batir o cepillar. El movimiento circular de la manivela, realizado a partir del esfuerzo humano, fue reemplazado por los motores que, a partir de la energía proveniente de algún tipo de recurso, generan un movimiento continuo.

El análisis, el diseño y la construcción de máquinas con mecanismos constituyen unos de los contenidos procedimentales que caracterizan las actividades del área en este Ciclo. Presentamos, a continuación, una propuesta de resolución de problemas pensada para que los alumnos, a partir de la puesta en juego de los procedimientos mencionados, sean capaces de comprender la función general de los mecanismos.

La actividad propone a los alumnos el diseño y la construcción de un mecanismo a partir del análisis de una tarea que se pretende mecanizar. En este caso se elige la tarea de martillar debido a que es una tarea que los alumnos de este Ciclo son capaces de analizar sin grandes dificultades y de reproducirlos gestos necesarios (levantar el antebrazo y dejarlo caer, controlando que golpee siempre en el mismo lugar).

Los alumnos serán capaces de crear dispositivos mecánicos partiendo de este análisis. No esperamos que "reinventen" los mecanismos pero sí que sean capaces de definirlos en términos de funciones a lograr ("Necesito crear algo que haga que cada vez que gire la rueda empuje el martillo"; "Necesito crear algo que haga que cada vez que gire la rueda suba y baje el martillo", etc.).

Si bien la presentación previa de un conjunto de mecanismos básicos (para que los alumnos seleccionen aquel que les permita resolver el problema) podría ayudar al desarrollo de la actividad, nuestra intención es otra: que el contenido central sea el proceso de creación de dispositivos mecánicos, más que la caracterización de cada uno de los mecanismos utilizados en las máquinas.

Duración estimada de la actividad: cuatro clases.

Desarrollo de la propuesta

En la primera clase, sugerimos presentar a los alumnos imágenes de personas realizando tareas con la ayuda de herramientas de mano (martillando, serruchando, batiendo, etc.). Luego de hacerles notar que las tareas difieren entre sí en cuanto a los objetivos, los medios empleados y las acciones llevadas a cabo (no es lo mismo serruchar, que martillar, que batir), el docente puede sorprender a sus alumnos preguntándoles si imaginan como posible que tareas tan diferentes puedan ser realizadas mediante un mismo tipo de movimiento: la rotación de una manivela.

Figura 1

Figura 1

Puede verse que, en cada caso, el movimiento circular de la manivela se transforma en un movimiento de salida diferente: subir y bajar, ir y venir, girar.

Figura 2

Figura 2

Entre los mecanismos creados por las personas, están aquellos que permiten transformar un movimiento de rotación en otro tipo de movimiento.

Ilustraciones: Gustavo Damiani

Es muy probable que los alumnos mencionen las batidoras de mano que tienen este tipo de funcionamiento. El desafío a plantearles es que, en grupos de no más de cuatro integrantes, diseñen y construyan una máquina que martille mediante el giro de una manivela. Elegimos este caso pues permite trabajar la idea de transformación de movimientos (de circular a subir y bajar) de forma más simple que mediante el diseño de una máquina de serruchar (que implica el diseño de un mecanismo de biela-manivela o un cigüeñal). La máquina para batir, en cambio, implicará solamente el trabajo con mecanismos de transmisión y transformación de movimientos circulares.

Para que los alumnos sean capaces de especificar la función que tiene que cumplir el dispositivo que ellos tienen que crear (convertir un movimiento circular en uno lineal alternativo) será necesario un análisis detallado de la tarea de martillar y prestar atención a los movimientos y a la fuerza que realizan las personas. En este sentido, puede ser interesante ampliar el campo de aplicación de la máquina a diseñar y pensarla como una máquina para estampar o troquelar o para romper materiales (moler), para forjar en herrería, para romper casas o picar piedras. Los alumnos podrán reconocer que, en todos estos casos, las personas hacen fuerza para levantar la herramienta y que el golpe sobre el material se efectúa al dejarla caer (guiando la caída para que golpee en el lugar adecuado).

Como en toda actividad de diseño y construcción, los alumnos proponen sus ideas, las esquematizan, hacen pruebas y ensayos y sacan conclusiones que les permiten orientarse hacia la resolución del problema. Para que puedan centrar la atención en las pruebas, ensayos y modelizaciones es necesario que tengan previamente resueltos ciertos aspectos específicamente técnicos relacionados con la selección de materiales o las formas de unión. Por esto es que proponemos que se trabaje con materiales prearmados tales como kits didácticos modulares o que el docente mismo sea quien prepare con anterioridad algunos montajes como los de la Figura 3 en la que se utilizaron rueditas, ejes, varillas de madera, sorbetes, palitos de helado, cartón, alambre, etc.

Figura 3

Figura 3

Montaje con materiales simples

Se les puede plantear a los alumnos la transferencia del análisis de la tarea de martillar al análisis del diseño del dispositivo mecánico de este modo: ¿es necesario que la manivela, al girar, haga subir y bajar el martillo? ¿Es suficiente subirlo y luego dejarlo caer o es necesario bajarlo?

En las dos clases siguientes los alumnos trabajarán en el proceso de resolución del problema. A lo largo del proceso de la actividad, es clave la orientación del docente interviniendo para ayudarlos a representar y comunicar sus ideas (en forma verbal o mediante gestos o dibujos), acercándoles materiales para que realicen ensayos, propiciando las búsqueda de relaciones entre la soluciones que están buscando y otras que ellos pueden llegar a conocer, etc.

La Figura 4 representa una de las primeras soluciones que suelen proponer los alumnos.

Figura 4

Figura 4

Al girar la manivela, se enrolla el hilo y éste hace subir el martillo. Al soltar la manivela, el propio peso del martillo hace que el hilo se desenrolle y lo deje caer.

El docente hará notar que esta solución no cumple con la consigna, pues la máquina no funciona con un movimiento circular continuo. En estos casos será necesario insistir en el análisis del problema, reconociendo la necesidad de un dispositivo para transformar el movimiento circular continuo de la manivela en un movimiento de subida y bajada del martillo.

Nuevamente, el docente intervendrá presentando imágenes de máquinas que en las que se utilizan levas para lograr este tipo de transformación de movimientos. Los alumnos reconocerán allí la función que "estaban necesitando" y transferirán esa idea a la resolución de su máquina.

Las imágenes de la Figura 5 reproducen algunas de las soluciones a las que arriban los alumnos. Puede notarse que utilizan levas; en unos casos, los alumnos 'la inventaron' y, en otros, tomaron ideas de las imágenes presentadas.

Es más difícil que de los alumnos surjan soluciones que impliquen el uso de un cigüeñal o de un mecanismo de biela-manivela si no las conocen previamente.

Figura 5

Figura 5 (foto) Figura 5 (dibujo)

Soluciones con levas.

Ilustración: Gustavo Damiani

En la cuarta clase,una vez terminados los modelos, sugerimos realizar una puesta en común para presentar y analizar las diferentes soluciones. Para hacer más rico este trabajo, el docente puede proponer algunas preguntas a todo el grupo:

  • ¿Es posible que alguna de las máquinas construidas golpee más seguido?
  • ¿Qué se puede hacer para que por cada vuelta de la manija se produzcan dos golpes? ¿Y para que se produzcan cuatro?
  • ¿Pueden manejarse dos martillos con una misma manija?
  • ¿Cómo lograr que cuando un martillo suba el otro baje? (Figura 6)

En particular, se les puede presentar a los alumnos la siguiente imagen y decirles que enumeren las ventajas y desventajas de esta solución.(Figura 7)

Figura 6

Figura 6

El martillo 1 realiza un golpe mi entras el martillo 2 golpea cuatro veces.

Figura 7

Figura 7

Diseño de J. Karelman, extraído de su obra Los objetos imposibles.

Ilustraciones: Gustavo Damiani

Será interesante hacerles notar que esta solución es absurda pues, si bien al girar la manivela la sucesión de martillos se pone en movimiento, éste se detiene cuando intentamos que alguno de los martillos golpee sobre un clavo.

Para cerrar la actividad proponemos retomar la pregunta inicial y comentar que, así como es posible martillar o batir a partir de un movimiento circular, también se puede serruchar, cepillar, limar, etc. con el mismo movimiento. Es importante que quede claro que en todos los casos es necesario agregar a las herramientas ciertas partes que se mueven unas a otras, y que se agrupan bajo el nombre de mecanismos. Los tipos, las funciones, las características y las aplicaciones de los mecanismos podrán trabajarse posteriormente mediante otras actividades. En las Propuestas N° 2 y N° 3 les ofrecemos otras actividades pensadas para profundizar en el tema de los mecanismos y de la mecanización de las tareas.

Recomendaciones bibliográficas

Aitken y Mills, Tecnología creativa, Madrid, Morata, 1994.

Perez, L., Berlatzky, M. y Cwi, M., Tecnología y educación tecnológica, Buenos Aires, Kapelusz, 1998.

Macaulay, D., Cómo funcionan las cosas. Nueva Edición, Buenos Aires, Atlántida, 1996.



Fuente: http://www.educ.ar/educar/del-analisis-de-una-tarea-a-la-creacion-de-un-mecanismo.html
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