Diseño de la Máquina de Goldberg de Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE

1. 30 de
mayo del
2022
UNIVERSIDAD DE LAS
FUERZAS ARMADAS-ESPE
Aucapiña Wendy
Ing. Diego Poraño
Física I
Proyecto
Maquina
de
Goldberg

2. Objetivo General:
• Este trabajo consiste en elegir o idear una serie de operadores con efectos
diferentes y encadenar estos de tal forma que el efecto del primero sea el
mecanismo que accione el segundo y asi sucesivamente hasta llegar al ultimo, el
cual no activa ningun otro mecanismo ya que alli termina la maquina. Para su
construccion haremos uso de los principios fisicos aprendidos en clase.
Objetivos Especificos:
• Aplicar las teorias y leyes fisicas aprendidas en clase, poniendolas a prueba
con la construccion de la maquina de Gilbert.
• Desarrollar destrezas y habilidades, las cuales seran utiles en el ambito
de la ingenieria.
• Aplicar el uso de la conservation de la energia, para el uso de la maquina

3. Materiales

5. Materiales

6. Teoria
1.Introducción
Esta máquina funciona con procesos físicos consecutivos tales como
energía potencial, energía cinética, energía rotacional, torque, caída
libre, efecto dómino, efecto holló negro, circuito eléctrico simple,
movimiento parabólico, velocidad instantánea, conservación de la
energía.
Los anteriores movimientos se describen en nuestra maqueta en momentos
diferentes donde se muestran consecutivamente haciendo reaccionar un
movimiento con un efecto anterior, estos movimientos se llevan a cabo
gracias a las energías mencionadas en el párrafo anterior.

7. 2.Desarrollo
2.1 Concepto de máquina de Goldberg
Es cualquier aparato muy complejo que realiza una tarea muy simple de una manera muy
indirecta y retorcida. Goldberg ideó y dibujó varios de estos patafísicos
dispositivos. Los mejores ejemplos de sus máquinas tienen un factor de anticipación.
El hecho de que algo tan absurdo esté sucediendo solamente puede ser superado por el
hecho de que suceda de una manera incierta. Una máquina de Goldberg tiene
generalmente por lo menos diez pasos.
2.2 Movimiento Rectilíneo Uniforme (M.R.U.)
El movimiento rectilíneo uniforme (m.r.u), es aquel con velocidad constante y cuya
trayectoria es una línea recta. Un ejemplo claro son las puertas correderas de un
ascensor, generalmente se abren y cierran en línea recta y siempre a la misma
velocidad.
.

8. Un movimiento rectilíneo uniforme (m.r.u.) es aquel que tiene su velocidad constante y su
trayectoria es una línea recta. Esto implica que:
El espacio recorrido es igual que el desplazamiento.
En tiempos iguales se recorren distancias iguales.
La rapidez o celeridad es siempre constante y coincide con el módulo de la velocidad.

10. Posición
Su unidad en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro (m) y se obtiene por
medio de la siguiente expresión:
Donde:
x0 es la posición inicial.
v es la velocidad que tiene el cuerpo a lo largo del movimiento.
t es el intervalo de tiempo durante el cual se mueve el cuerpo.
El intervalo de tiempo durante el cual se mueve el cuerpo. Dicho intervalo a
veces es representado por t y otras por ∆t. En cualquiera de los casos, t=∆t =
tf - ti siendo tf y ti los instantes de tiempo inicial y final respectivamente
del movimiento que estamos estudiando.

12. Formulas del M.R.U
Movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV).
El movimiento rectilíneo uniformemente variado o MRUV es un
movimiento que ocurre sobre una línea recta con aceleración
constante. En el MRUV la aceleración es constante, nunca va a
cambiar, siempre es la misma. Mucha atención, lo constante es la
aceleración, no la velocidad.
Aceleración
La aceleración indica la variación de la velocidad por unidad de
tiempo.

14. Características del M.R.U.V
Las trayectorias recorridas tienen la forma de una línea recta.
La velocidad varia, ya sea aumentando o disminuyendo uniformemente en el tiempo, es
decir cambia de módulo.
La aceleración es constante en todo momento, mantiene su módulo y dirección.
En este tipo de movimiento, la aceleración instantánea es igual a la aceleración media
del móvil.
En movimiento acelerado, la velocidad y distancia recorrida es cada vez mayor, conforme
pasa el tiempo.
En movimiento desacelerado, la velocidad del móvil y la distancia que recorre es cada
vez menor conforme pasa el tiempo y tienden a cero.
En M.R.U.V siempre existe una diferencia entre la velocidad inicial y la velocidad final
del móvil.
Movimiento acelerado
Cuando un cuerpo experimenta aumento de velocidad en el tiempo, presenta movimiento
acelerado, se dice que su aceleración es positiva, es evidente que su velocidad final
será mayor a su velocidad inicial.

15. Variación de velocidad en movimiento acelerado
En un movimiento con aceleración constante, tanto la velocidad como la
distancia recorrida varían en cada unidad de tiempo que pasa.
La velocidad media
Se dice que la velocidad media entre una posición inicial y final, es
igual a la suma de la velocidad inicial y final dividida ente dos.

16. Fórmulas del MRUV

17. Coordenadas Cilíndricas Normales y Tangenciales
La cinemática es la parte de la mecánica clásica que estudia la
descripción del movimiento de un cuerpo, sin atender a la causa que
lo produce. Se limita esencialmente al cálculo de la trayectoria del
cuerpo en función del tiempo. Para ello se debe utilizar un sistema
de coordenadas, llamado sistema de referencia, constituido por tres
ejes perpendiculares entre sí (ejes XYZ).

18. Coordenadas Cilíndricas
Las coordenadas cilíndricas son una extensión del sistema de coordenadas
polares al espacio tridimensional. Generalmente, en lugar de utilizar x,
y y z, se usan r, el ángulo theta y la variable z, x, o y. La última
variable designa la extensión máxima de una superficie. Para elegir que
variable dejar intacta, hay que observar la gráfica de la función; la
variable que no cambia es aquella sobre cuyo eje abre la superficie.

19. Nuevamente se hace énfasis en que el sistema puede cambiar. Por ejemplo, r
puede depender de y y de z siendo x la variable que no cambia. Todo
depende de la superficie con la que se trabaja. Por ejemplo, se pide
encontrar el volumen del primer octante del cono cuya ecuación es la
siguiente, junto con otras restricciones:

20. 2.3.1 Leyes de newton
Primera ley: “Todo cuerpo continuo en su estado de reposo o
movimiento uniforme en línea recta, no muy lejos de las fuerzas
impresas a cambiar su posición.

21. Segunda ley: Establece la relación que existe entre las fuerzas
que actúan sobre un objeto y la aceleración que este experimenta:
“la aceleración que experimenta un objeto al someterse a una
fuerza neta es proporcional a dicha fuerza”

22. Tercera ley: Establece “Con toda acción ocurre siempre una reacción
igual o contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos
cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentidos opuestos

23. 2.3.2 Tipos de Fuerza
a) Fuerza resultante (R)
Es la fuerza equivalente al conjunto de fuerzas que están aplicadas a un cuerpo. Se
determinan sumando vectorialmente todas las fuerzas que actúan sobre el mismo.
b) Fuerzas activas
Son las fuerzas que actúan en la misma dirección del movimiento [1].
c) Fuerzas Resistivas
Son las que actúan en dirección contraria al movimiento, surgen como respuesta a una
fuerza activa.
Según la interacción entre fuerzas activas y resistivas se puede darse los casos [2]:
a) el cuerpo permanece en reposo
b) el cuerpo esté a punto de moverse
c) el cuerpo no se mueva
4. Naturaleza de las fuerzas
4.1 Fuerzas Naturales

25. c) Fuerza nuclear fuerte
Se origina a nivel nuclear. Es la responsable de mantener unidos los
protones y neutrones en el núcleo atómico.
Esta fuerza no obedece a ninguna ley conocida, ya que decrece
rápidamente, hasta desaparecer cuando la distancia entre los cuerpos es
mayor a 10-15m.
d) Fuerza nuclear débil
Se origina a nivel nuclear. No cumple una ley establecida y se encuentra
en el fenómeno física de la radiación.
Radiación: La radiación es la emisión, propagación y transferencia de
energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o
partículas.

27. b) Normal
Es la reacción que ejerce la superficie con la que se encuentra en contacto el cuerpo. Ya sea si está en
movimiento o no.
Es perpendicular a la superficie de contacto.
c) Fuerza de rozamiento
La fuerza de rozamiento es una reacción que ejerce la superficie sobre el cuerpo, que se opone a la dirección del
movimiento.
La fuerza de rozamiento entre dos cuerpos no depende del tamaño de la superficie de contacto entre los dos
cuerpos, pero sí depende de cuál sea la naturaleza de esa superficie de contacto, es decir, de que materiales la
formen y si es más o menos rugosa.
La magnitud de la fuerza de rozamiento entre dos cuerpos en contacto es proporcional a la normal entre los dos
cuerpos, es decir.
Fr = u·N (4)
donde u es lo que se conoce como coeficiente de rozamiento.
d) Fuerza elástica
También llamada fuerza restauradora. Es la fuerza que ejerce un muelle que no ha superado su límite de elasticidad
y sufre una fuerza que lo deforma temporalmente

28. La ley de Hooke
La ley de Hooke establece que la fuerza aplicada a un muelle es directamente proporcional
a la deformación que se le produce [8].
F ⃗=-k*x ⃗
(6)
Donde:
F ⃗ es la fuerza que se aplica al muelle.
k es la constante elástica o recuperadora del muelle, que relaciona fuerza y deformación.
x ⃗ es un vector que indica la variación de longitud que experimenta el muelle.
Respecto a la constante cuanto mayor es su valor más trabajo se requiere para estirar o
comprimir el muelle. Es única, depende del muelle. En el S.I. se mide en Newton/metro
(N/m).

29. 2.4. Energía mecánica
Aquella energía que posee debido a su movimiento relativo. Se define
como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa
determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada.
2.4.2 Energía potencial
La energía potencial es la energía mecánica asociada a la localización de
un cuerpo dentro de un campo de fuerza o a la existencia de un campo de
fuerza en el interior del cuerpo.
Ep=m*g*h

30. 2.4.3 Energía elástica
La energía potencial elástica es energía almacenada que resulta de
aplicar una fuerza para deformar un objeto elástico. La energía queda
almacenada hasta que se quita la fuerza y el objeto elástico regrese a
su forma original. Haciendo un trabajo en el proceso.
Ee=1/2 K*x^2
2.4.5 Potencia
Se define como la cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo.
Se utiliza la unidad del Watt.
Po=w/t=(F*d)/t

33. Cálculos en el informe

34. Recomendaciones
·Es importante el orden y la pulcritud en el área de trabajo.
·Hacer un numero amplio de pruebas ayuda a pulir los detalles de la
máquina.
·Es mejor trabajar por tramos, ya que de esta manera podemos hacer
que funcione de la manera más óptima.
·Realizar las mediciones de la manera más precisa posible ya que esto
afectara de gran manera el sistema de mecanismos.

35. Referencias
[1]PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATALICA DE CHILE.
DINAMICA<www.fis.poc.cl/rbergur/ESTATICADINAMICA/cup1-06-pdf.
[2]SIGNIFICADOS. LEYES DE NEWTON. < https://www.significados.com/leyes -de- newton/.C>Consulta:
23 de enero de 2021}
[3]MACIAS, J. (2012). Apuntes de Mecánica. Departamento de Geofísica, Facultad de cienciasFísicas
y Matemáticas, Universidad de Chile.
[4]Tippens, P. (1992). Física 1. McGraw-Hill (Interamericana, S.A.
[5]POZO, J. (2005). Algunos tópicos y aplicaciones de la mecánica. Facultad de
ingeniería:Universidad Diego Portales.
[6]VALCARSE, A. (2014). Física: Dinámica Conceptos básicos y problemas. Chile:
PontificiaUniversidad Católica de Chile-
[7]SEBASTIA, J. (2013). Las leyes de newton de la mecánica. Venezuela: Universidad SimónBolívar.
[8]GOMEZ, R. MARQUINA, J. MARQUINA, F. (1984). Sobre las leyes de Newton. México:Facultad de
Ciencias UNAM.
[9]UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN LUIS. Leyes del movimiento de Newton
<htpps:www.unsl/.edu.ar/carnette/bolilla3.pdf>
. [Consulta: 9 de febrero de 2021]

36. [10]HIBBELER, R. (2004). Mecánica Vectorial para Ingenieros, Dinámica. México: PEARSONEDUCATION.
[11]HIBBELER, R. (2010). Ingeniería Mecánica- Dinámica. México: PEARSON EDUCATION.
[12]SPAGNOLO, L. (2011). Dinámica. Argentina. Ampersand.
[13]VERDUGO, J. (2017). Mecánica Racional. Dinámica. Quito- Ecuador: Universidad Abya- Yala.
[14] UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN LUIS. Leyes del movimiento de Newton <
htpps:www.unsl/.edu.ar/carnette/bolilla3.pdf>. [Consulta: 9 de febrero de 2021]
[15] HIBBELER, R. (2010). Ingeniería Mecánica- Dinámica. México: PEARSON EDUCATION.
15] SPAGNOLO, L. (2011). Dinámica. Argentina. Ampersand.
[17] VERDUGO, J. (2017). Mecánica Racional. Dinámica. Quito- Ecuador: Universidad Abya- Yala.
[18] ARRIVAS, V. LOPEZ, E. (2007). La estructura de las leyes de Newton. España: Universidad de
Valencia.
[19] CASTAÑER, R., DE ESACLAS, G., GIMENEZ JOAQUIN. (2010), Fundamentos físicos de ingeniería.
Curso 1 de grado en Ingeniería Mecánica. Universidad Miguel Hernández.
[20] SERWAY, R. JEWEETT, J. (2005). Física, ciencias e ingeniería. Chile: Thompson. [25]