Parte 1

¿Cómo hacer un barco casero de motor?

Materiales:

-Una plancha de duroport

-Silicon calente

-Una bolsa pequeña transparente

-Paletas de helado

-Una batería doble a

-Un motor eléctrico (de un juguete)

-Una navaja

-Una tapa de botella

-Regla

Paso 1

Debes medir en la plancha de duropot la forma del barco. Primero forma un rectángulo de ocho centímetros de ancho y diez centímetro de alto. Después debe medir desde un ancho del rectángulo dos líneas de once centímetros y debes unirlas a manera que te quede una forma de un triángulo. En el otro ancho, debes hacer un rectángulo a la mitad que quede de forma vertical y el ancho debe de ser de dos centímetros y de largo debe de ser de cuatro punto cinco centímetros. Después usa la navaja para cortar la figura.

Paso 2

En una parte del pequeño rectángulo debes cortar un pequeña parte para poner el motor.

Y también una pequeña parte para colocar la batería, que será la fuente de energía para impulsar el motor.

Paso 3

Con la tapa de la botella debes abrirle cuatro líneas en el sentido que apunten al norte, sur, este y oeste. Después debes dividir una de las paletas en secciones de dos centímetros y cortarlas. Esto formara las aspas de la hélice. Por ultimo debes pegar las secciones de madera en los agujeros de la tapa de botella con silicon caliente y para que agarre una resistencia debes rellenar el interior de la tapa con silicon caliente. Cuando este seco debes abrirle un pequeño agujero para combinarlo con el motor.

Paso 4

Une todas las partes y ubícalas en su sitio. Puedes usar cinta adhesiva para pegar los cables a la batería. Para finalizar puedes hacer una pequeña decoración usando las paletas y la bolsa. Forma un triángulo con las paletas asegurándolo al triangulo ya recortado en el duroport. Después en la intersección de esas paletas pon una paleta en medio, aproximadamente unos 45 grados. Después pega dos paletas en la parte del triángulo que no quedo unida y asegúrate que también queden unidas a una parte de la paleta del medio. De esa forma te quedaran dos triángulos uno de derecha y otro de izquierda.

Por último usa la bolsa para cubrir los triángulos formados y las partes que sobresalgan por la bolsa córtalas.

Paso 5

Ponte a jugar.

Parte 2

Ahora hablemos ya con los fundamentos que hacen:

Motor

Primero definamos en concepto que es. Un motor eléctrico son máquinas eléctricas de rotación que transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Estos satisfacen una gran serie de necesidades de servicio desde acelerar, mover, frenar, sostener, detener una carga. Estos motores generan potencia desde una fracción de caballos de fuerza, incluso con una variedad de velocidades ya predeterminadas o ajustables.

Un motor eléctrico contiene un número mucho más pequeño de piezas mecánicas que un motor de combustión interna o uno de una máquina de vapor, por lo que es menos propenso a los fallos. Los motores eléctricos son los más ágiles de todos en lo que respecta a variación de potencia y pueden pasar instantáneamente desde la posición de reposo a la de funcionamiento al máximo. Su tamaño es más reducido y pueden desarrollarse sistemas para manejar las ruedas desde un único motor, como en los automóviles.

Lo malo de estos motores, es que son transformadores de energía, lo que significa que necesitan una fuente de energía para generar movimiento, en este caso la fuente de energía es una batería alcalina doble a. Otra cosa, si se agota la energía de la batería se tiene que reemplazar o recargar. Si lo comparamos con un motor de combustión interna solo necesita que se llene el depósito de combustible.

Ahora bien existen diferentes tipos de motores que tienen ciertas características o que necesitan de varias cosas para que funcionen. Estos pueden ser:

-Motores de corriente continua: La conversión de energía en un motor eléctrico se debe a la interacción entre una corriente eléctrica y un campo magnético. Un campo magnético, que se forma entre los dos polos Opuestos de un imán, es una región donde se ejerce una fuerza sobre determinados metales o sobre otros campos magnético5 Un motor eléctrico aprovecha este tipo de fuerza para hacer girar un eje, transformándose así la energía eléctrica en movimiento mecánico.Los dos componentes básicos de todo motor eléctrico son el rotor y el estator. El rotor es una pieza giratoria, un electroimán móvil, con varios salientes laterales, que llevan cada uno a su alrededor un bobinado por el que pasa la corriente eléctrica. El estator, situado alrededor del

rotor, es un electroimán fijo, cubierto con un aislante. Al igual que el rotor, dispone de una serie de salientes con bobinados eléctricos por los que circula la corriente.

-Motor de corriente alterna:A. Motores de inducción: Tiene una armadura de placas de metal magnetizable.

Genera un campo magnético alrededor de las espiras del estator, lo que hace que gire. Debido a su buen rendimiento y sencillez es el motor de corriente alterno más utilizado.

B. Motor sincrónico: Su construcción es similar al de un alternador. Cuando este funciona con una potencia constante y es sobre excitado la corriente absorbida por éste presenta, respecto a la tensión aplicada un ángulo de desfase en avance que aumenta con la corriente de excitación.

C. Motor colector: Tiene la característica de mejorar la regulación de velocidades en los motores de corriente alterna, así como mejorar la potencia.

Así es como funciona el motor pero no te has preguntado cosas como: ¿Qué es la potencia? ¿Qué son caballos de fuerza? ¿Qué es energía? O los tipos de esta. Para que podamos entender todos estos conceptos debemos partir desde conceptos simples para poder entender cosas como la potencia.

Movimiento

La cinemática es la parte de la física que se encarga directamente del estudio del movimiento. El movimiento se define como el cambio de posición de un objeto en un tiempo determinado respecto a un sistema de referencia.

Claro esa es una pequeña definición del movimiento pero se puede definir en las diferentes mecánica como:

-Mecánica clásica: Es una formulación de la mecánica para describir los cuerpos macros en reposo y que velocidades comparadas con la velocidad de la luz (300000 kilómetros sobre segundos aproximadamente). Ahora bien, veamos un poco más acerca de este concepto según la mecánica clásica:

A. Mecánica vectorial: En este caso azaliza el movimiento de un cuerpo con estas variables: la fuerza y la acción de la fuerza medida por el momentum (cantidad de movimiento más adelante veremos este concepto).

B. Mecánica analítica: Aquí lo que se trata son la influencia que puede tener la energía cinética o también llamada energía del movimiento y el trabajo.

-Mecánica relativista:. Lo que trata esto, es describir la posición de una particula material, y para esto se hace uso de un sistema de cuatro coordenadas definidas en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones. El movimiento de una partícula material viene dado por una curva en una 4-variedad lorentziana, cuyo vector tangente es de tipo temporal. Además, las acciones a distancia instantáneas están excluidas ya que al propagarse más rápido que la velocidad de la luz dan lugar a contracciones en el principio de causalidad.

-Mecánica cuántica: La descripción que hace la mecánica cuántica de las partículas abandona por el completo la noción de trayectoria, ya que debido al principio de incertidumbre no puede existir

un estado cuántico convencional donde posición y el momento tengan valores perfectamente definidos. En su lugar, el objeto fundamental en la descripción cuántica de las partículas no son estados definidos por posición y momentum, es decir punto de un espacio de fases, sino distribuciones sobre un espacio fásico. Estas distribuciones pueden ser dotadas de estructura de espacio de Hilbert.

A. Principio de incertidumbre: Establece la imposibilidad de que determinados pares de magnitudes físicas sean conocidas con precisión arbitraria. Sucintamente, afirma que no se puede determinar, en términos de la física cuántica, simultáneamente y con precisión arbitraria, ciertos pares de variables físicas, como son, la posición y el momento lineal (cantidad de movimiento) de un objeto dado.

B. Espacio de Hilbert: Es una generalización del concepto de espacio euclídeo. Esta generalización permite que nociones y técnicas algebraicas y geométricas aplicables a espacios de dimensión dos y tres se extiendan a espacios de dimensión arbitraria, incluyendo a espacios de dimensión infinita. Ejemplos de tales nociones y técnicas son la de ángulo entre vectores, ortogonalidad de vectores, el teorema de Pitágoras, proyección ortogonal, distancia entre vectores y convergencia de una sucesión.

El movimiento de un cuerpo se clasificar en:

Movimiento rectilíneo uniforme: Se refiere cuando se define una trayectoria recta de un objeto. Una característica importante de este movimiento es que la velocidad siempre permanece constante, a menos que exista una aceleración que cambie su velocidad. Ahora bien aquí aclararemos un concepto importante que es la distancia y trayectoria que a veces pueden ser confundidos estos dos conceptos. La distancia se define como un segmento de recta que une dos puntos. En cambio la trayectoria es el lugar geométrico por donde pasa o se ubicara un cuerpo.

Movimiento rectilíneo uniformemente variado: Es cuando un móvil se somete a una aceleración constante. En otras palabras lo que sucede es que la velocidad ya no es constante, ahora existe lo que se llama una velocidad inicial al igual que una final. Dependiendo de las condiciones la velocidad final o inicial pueden ser cero en ciertos casos.

Caída libre: En los anteriores movimientos, el cuerpo se desplazaba en el eje x, ahora veremos el movimiento en el eje y. Este movimiento se define como el cuerpo en bajo la acción de la gravedad. En este movimiento se excluye lo que es la resistencia del aire. Algo interesante de este movimiento es que si se lanza un cuerpo a cierta velocidad, llegara un momento en que lograra su altura máxima, a la cual su velocidad será cero debido a que la acción de la gravedad disminuye su velocidad hasta que es cero y después comenzara su a bajar y aumentar su velocidad hasta su punto de origen. La velocidad con la que se lanzo es la misma cuando llega de nuevo a su punto de origen. Podemos decir entonces que todo lo que sube tiene que bajar por acción de la gravedad.

Movimiento parabólico: En este caso, los movimiento del eje x y el eje y se combinan ya que el objeto tiene un ángulo. En otra palabra si un cuerpo lleva un ángulo, una velocidad y un sentido, se le conoce como vector. Pero lo interesante de esto es que la velocidad tiene una componente en ambos ejes ya que el objeto se está desplazando en ambos planos a la vez. Pero en este caso la velocidad del eje x permanece constante y la del eje y cambia debido a la gravedad hasta que alcanza su altura máxima y su velocidad es cero. Existe una variación que es el desplazamiento

horizontal. Antes de explicarlo entendamos que es una parábola, ya que esto es lo que se forma en el movimiento parabólico. Una parábola es una sección cónica de excentricidad igual a 1, resultante de cortar un cono recto con un plano cuyo ángulo de inclinación respecto al eje de revolución del cono sea igual al presentado por su generatriz. El desplazamiento horizontal es básicamente lo mismo que el movimiento parabólico pero con algunas diferencias como que el movimiento ocurre en una media parábola, primero se desplaza en el eje x antes de actuar en ambos ejes.

Movimiento circular uniforme: Es el desplazamiento de un cuerpo en una trayectoria circular. Aquí lo que varía es que la velocidad no se puede medir en metro por segundo a menos que el objeto este girando y este avanzando en el eje x al mismo tiempo, pero debe de estar en contacto con una superficie. Las dimensionales para medir su velocidad son revoluciones por segundo a lo que se llama frecuencia. Una revolución es una vuelta completa y una vuelta completa es cuando un cuerpo recorre los 360 grados. Entonces a frecuencia se le puede denominar como las revoluciones que de un cuerpo en un intervalo de tiempo. Claro, como el movimiento uniforme tiene una variación que es cuando influye una aceleración, este también puede experimentar aceleraciones que cambien la velocidad constante del objeto, y a esto se le denomina movimiento circular uniformemente variado.

Leyes de NewtonLas leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton,1 son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la mecánica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos, que revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo.

Estas son tres:

Primera ley de newton o inercia

Esta ley explica que todo cuerpo permanece en estado de reposo hasta que una fuerza externa actue sobre el cuerpo y lo mueva. Aunque si lo analizamos con más detalle ningún cuerpo permanece en reposo absoluto ya que en el caso de la tierra nosotros nos movemos también con el movimiento de la tierra o si lo analizamos de una forma micro los átomos o nuestro organismo también están en movimiento. También la inercia se define como la tendencia de un objeto en movimiento a continuar moviéndose en una línea recta, a menos que sufra la influencia de algo que le desvíe de su camino.

La fricción es una fuerza que actúa cuando un cuerpo está en contacto con una superficie y se desplaza.

Segunda ley de newton

En una forma básica y resumida, esta ley dice que la fuerza que se le aplique a un cuerpo va a depender de dos cosas: de su masa y la aceleración que se le ejerza. Entonces podemos concluir que F=m*a. Ahora bien aclaremos conceptos como la masa y el peso, que en ciertas formas son lo mismo, pero no siempre es así. La masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo. Ahora el peso es la medida de la fuerza de la gravedad que actúa sobre un cuerpo. Entonces podemos concluir que Peso=masa*gravedad. Básicamente es una fuerza ya que la

gravedad es una aceleración y como tenemos es una masa es una fuerza, pero se denomina peso por que la aceleración es la gravedad.

Tercera ley de newton o acción y reacción

Esta ley dice que para cada acción existe una reacción igual y contraria. A lo que se refiere es que se aplica una fuerza a un objeto existirá un reacción igual en el sentido opuesto. Si lo quiero desplazar a la derecha, la reacción del objeto será para la izquierda.

Trabajo y EnergíaEl trabajo se le denomina cuando se le aplica una fuerza a un objeto y se logra desplazar a cierta distancia. La medida de esto es en joules. Pero cuando hacemos un trabajo estamos usando energía para realizarlo. La energía se define como la capacidad para realizar un trabajo. En el caso del barco actúan diferentes energías tales como:

Energía cinética: También llamada energía del movimiento. Esta actúa cuando un objeto está en movimiento y es cero cuando el cuerpo está en reposo. Su ecuación es: Energía cinética=1/2 de la masa por la velocidad al cuadrado.

Energía potencial: Es la energía que posee un cuerpo para realizar un trabajo. Esta energía actúa si y solo si el cuerpo tiene una altura. Su ecuación es: Energía potencial=masa*gravedad*altura. Si lo queremos expresar de otra manera: EU=Fuerza*altura.

Energía química: Es aquella que se produce por medio de reacciones químicas. Las baterías se crean a través de la formación de compuestos, y estos se forman por medio de reacciones químicas. Por lo tanto podemos concluir que las baterías poseen ese tipo de energía que el motor del barco la transforma en trabajo y genera movimiento.

Ahora bien existe lo que es la ley de la conservación de la energía y las pérdidas de energía. La ley d conservación de la energía dice que la energía no se crea o se destruye simplemente se transforma. Por ejemplo que un objeto este a una altura de 40 metros y está en reposo y se deja caer. Lo que paso fue que de una energía potencial se transformó a una cinética. La misma energía con la que comenzó es la misma con la que va en movimiento. De esa manera se comprueba la conservación de la energía. Pero cuando esta la energía cinetica también esta la pontecial ya que sigue habiendo una latura. Hasta que toca el suelo ya no exista altura, no habrá energía potencial. Al igual que la velocidad las energías pueden ser iniciales o finales y la ecuación es: Energía potencial inicial+Energía cinética inicial=Energía potencial final+Energía cinética final. Dependiendo de las condiciones se puede eliminar una parte de la ecuación ya que no influirá en los resultados.

Ahora la pérdida de energía ocurre cuando la energía no se conserva. Por ejemplo que un cuerpo tenga una energía potencial de 400 Joules y cuando se transforma en cinética la energía es de 300 Joules. Ahí existió una pérdida de energía que puede ser por la resistencia del aíre, la fricción, las leyes de la termodinámica, etc.

Las leyes de la termodinámica son leyes que describen los estados de equilibrio de los cuerpos. Estas en física son tres:

La primera ley es la conservación de la energía. Lo que dice es que si se realiza un trabajo sobre un sistema o bien este intercambia calor con otro, la energía interna cambiara.

La segunda ley habla sobre que ningún objeto puede realizar un trabajo sin que se pierda energía en el proceso. Entonces existe una pérdida de energía. En el caso del motor del barco si se mantiene encendido genera calor y ese calor se dispersa en el ambiente lo que provoca que pierda calor, por lo tanto se convierte en una pérdida de energía. Debido a esta ley ninguna maquina puede alcanzar el cien por ciento de eficiencia en la vida real.

La tercera ley dice que es imposible que un cuerpo alcance el cero absoluto que se sería -273.15°C. Si se Alcanzara el cero absoluto de la temperatura también sería una violación a la segunda ley de la termodinámica, puesto que esta expresa que en toda máquina térmica cíclica de calor, durante el proceso, siempre tienen lugar pérdidas de energía calorífica, afectando así su eficiencia, la cual nunca podrá llegar al 100% de su efectividad. 

Impulso y momentumAhora bien definamos lo que es el impulso y momentum que es una parte que influye en el barco.

El momentum es la cantidad vectorial de igual magnitud producto de la masa por su velocidad. Entonces podemos escribir que: P=m*v

El impulso es una cantidad vectorial de igual magnitud que es el producto de la fuerza por el intervalo de tiempo que actúa sobre el objeto. En este caso donde miramos el impulso en el barco es cuando el motor genera movimiento con las aspas lo que crea una fuerza para que al barco se mueva y todo esto se hace en un determinado. Entonces la ecuación sería: I=F*el intervalo de tiempo. Pero el impulso puede ser igual también se puede definir como el cambio de momentum. Entonces tendríamos un momentum final al igual que un inicial entonces nuestra ecuación la podemos desglosar de esta manera:

Entonces tenemos dos ecuaciones de impulso, entonces si por ejemplo quisiéramos encontrar la velocidad final de un objeto podemos igualar las ecuaciones y despejar la velocidad final.