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Introducción

A inicios de semestre, se concluyó con el trabajo de realizar un juego. Inmediatamente se dio un nuevo proyecto, la realización de un nuevo producto, pero que no fuera un simple objeto copiado que ya todos conozcamos. Este nuevo proyecto consistía en un INVENTO nuevo, que tuviera funciones útiles para el desarrollo de la humanidad, que satisficiera algunas necesidades fundamentales del hombre en la actualidad.

Para ello, tuvimos unas cuantas semanas en las cuales discutimos y planificamos lo que podría realizarse, que cumpliera con los requisitos, que satisficiera ciertas necesidades, pero que por sobre todo, fuera algo nunca antes visto, algo netamente original, creativo e innovador. Para lo cual surgieron muchas propuestas, algunas muy fantasiosas e irrealizables, pero otras que parecían un poco más factibles, y que con un poco de esfuerzo y entusiasmo, podrían ser llevadas a cabo sin muchas dificultades.

Esa fue la razón por la cual elegimos inventar algo que probablemente a nadie se le ha ocurrido inventar, por lo menos en nuestro país. Habiendo estudiado en la asignatura de física el tema de electricidad y electromagnetismo, nuestra imaginación pudo volar y dirigirse hacia ese tema, un vehículo que pueda capturar autos y trasladarlos, algo así como una “GRÚA ELECTROMAGNÉTICA” que como todas las anteriores, posea una cabina de control y que sea dirigida por un humano. En ese aspecto, este vehículo no tendría nada de innovador y creativo. Pero no sólo sería eso, en vez de tener algo así como pinzas que capturen los vehículos y los levanten, cambiaremos este común método por algo más tecnológico y nuevo, la utilización de la energía electromagnética, en que una gran varilla de metal, posea grandes espiras de cable conductor de alambre, conectadas a un circuito de electricidad, que puede ser conectada perfectamente a una gran batería de automóviles u otros objetos que generen energía eléctrica. Esto será básicamente con el fin que, como se realiza en otros países, los automóviles mal estacionados o en lugares no permitidos por la ley, sean removidos del lugar y trasladados a un lugar, donde deberá recurrir el dueño y pagar una multa por su infracción. Pero para asegurarles a estos infractores, que su único castigo será la multa que pagarán, hemos diseñado este artefacto, que sólo atraerá a los autos y los trasladara con su fuerza magnética, pegados a la varilla de metal, sin peligros de ser destruidos o dañados por las comunes pinzas que lo único que provocan es que aquellos automóviles queden inutilizados y vayan a parar a los basurales de chatarra, en la mayoría de los casos que se televisan en las películas.

Nuestro objetivo es mejorar la calidad de este tipo de transporte, para asegurar el perfecto estado de los automóviles, que no reciban un doble castigo por una infracción, que será pagada con su multa, para ahorrarles los trámites legales de denunciar a la empresa.

Documentación teórica del proyecto

Una partícula en reposo no interactúa con un campo magnético estático. Pero si la partícula con carga se mueve en un campo magnético, el carácter magnético de su movimiento se hace patente. La partícula con carga experimenta una fuerza que la desvía. La fuerza alcanza su intensidad máxima cuando la partícula se desplaza en dirección perpendicular a las líneas de campo magnético. Con otros ángulos la fuerza es menor, y se hace cero cuando el movimiento de la partícula es paralelo a las líneas de campo.

Resulta útil que los campos magnéticos desvíen las partículas con carga, pues este hecho se utiliza para distribuir los electrones que chocan sobre la superficie interior de la pantalla de un televisor y formar así la imagen. Este efecto de los campos magnéticos opera también en una escala mayor. El campo magnético de la Tierra desvía las partículas cargadas que provienen del espacio exterior. Si no fuera así, la intensidad de los rayos cósmicos que bombardean la superficie terrestre sería mucho mayor.

La teoría electromagnética nos dice que las cargas en movimiento (electrones) producen un campo magnético. La simple lógica nos dice que, si una partícula con carga que se mueve en un campo magnético experimenta una fuerza deflectora, entonces una corriente de partículas cargadas experimenta una fuerza que la desvía. Si las partículas están atrapadas en el interior de un alambre cuando responden a la fuerza deflectora, el alambre también se moverá. Eso es el electromagnetismo, la unión de la fuerza eléctrica y magnetismo, esto no quiere decir que se produzca una fusión entre ambas, sino que se deduce que la corriente eléctrica puede generar un campo magnético.

Así mismo, Faraday y Henry descubrieron que se podía generar corriente eléctrica en un alambre conductor con el simple movimiento de meter y sacar el imán de una bobina. No se requería ni fuente de voltaje alguna: sólo el movimiento de un imán en una bobina o en una solo espira de alambre. Estos científicos descubrieron que el movimiento relativo entre un alambre y un campo magnético inducía un voltaje. La producción del voltaje depende sólo del movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético. Se induce un voltaje ya sea que el campo magnético de un imán se desplace respecto a un conductor en reposo, o que el conductor atraviese un campo magnético estacionario. El resultado es idéntico para un mismo movimiento relativo. La magnitud del voltaje inducido depende de la rapidez con que el alambre recorre las líneas del campo magnético. Si el movimiento es muy lento se genera muy poco voltaje. Un movimiento más rápido induce un voltaje mayor. Esto es a lo que se le llama la Inducción Electromagnética.

Existen diferentes medidores y motores. El medidor más sencillo capaz de detectar corrientes eléctricas se compone de una aguja magnética montada sobre un eje en el centro de cierto número de espiras de alambre aislado. Cuando pasa una corriente eléctrica por la bobina, cada espira produce su propio efecto en la aguja, lo que permite detectar corrientes muy pequeñas. Un instrumento sensible que sirve para detectar corriente se llama galvanómetro.

Un galvanómetro se puede calibrar para medir corrientes (amperios), en cuyo caso se llama amperímetro. También se puede calibrar para medir potencial eléctrico (voltio); en este caso se trata de un voltímetro.

Si modificamos ligeramente el diseño del galvanómetro podemos construir un motor eléctrico. La diferencia principal es que se invierte el sentido de la corriente cada vez que la bobina da media vuelta. Una vez que se la ha obligado a describir media revolución, la bobina pasa de largo justo a tiempo para que la corriente se invierta y la impulse a dar otra media vuelta, y así sucesivamente, en ciclos que producen una rotación continua.

Se usa un imán permanente para producir un campo magnético en una región donde está montada una espira de alambre de tal manera que pueda girar alrededor de un eje. Cuando una corriente pasa por la espira, fluye en sentidos opuestos en los lados superior e inferior de la misma.

Si la parte superior de la espira se ve forzada a moverse hacia la izquierda, entonces la parte inferior se mueve hacia la derecha, como si fuese un galvanómetro. Pero, a diferencia de lo que ocurre en el galvanómetro, la corriente se invierte durante cada media revolución por medio de unos contactos estacionarios ubicados en el eje de rotación. Las partes de alambre que rozan los contactos se llaman escobillas. De esta manera, el sentido de la corriente en la espira alternativamente de tal manera que las fuerzas que se ejercen sobre las regiones superior e inferior no cambian de dirección al girar la espira. La rotación es continua en tanto se suministre corriente.

El advenimiento del motor eléctrico hizo posible que la energía eléctrica llevase a cabo, en casi todo el mundo, una enorme cantidad del arduo trabajo que antes estaba a cargo de seres humanos y de animales de tiro. Los motores eléctricos han cambiado en gran medida nuestras vidas.

Existen también transformadores de energía. Para ello, se debe imaginar dos bobinas puestas una al lado de la otra. Una de ellas está conectada a una batería y la otra a un galvanómetro. Se acostumbra llamar primario (circuito de entrada) a la bobina conectada a la fuente de energía, y secundario (circuito de salida) a la otra. Tan pronto como se cierra el interruptor del primario y pasa corriente por su bobina, también se genera una corriente en el secundario, no obstante que no existe una conexión material entre ambas bobinas. Sin embargo, en el secundario sólo se produce una breve oleada de corriente. Después, cuando se abre el interruptor del primario, se registra una vez más una oleada de corriente en el secundario, aunque en sentido opuesto.

La explicación es que le campo magnético que se establece alrededor de la bobina primaria se extiende hasta la secundaria. El secundario, que está cerca, percibe los cambios en el campo magnético del primario. Estos cambios de intensidad de campo magnético en el primario inducen un voltaje en el secundario

Si colocamos un núcleo de hierro en el interior de las bobinas primaria y secundaria, la alineación de los dominios magnéticos del hierro intensifica el campo magnético dentro del primario. El campo magnético se concentra también en el núcleo, que llega hasta el secundario, así que el secundario intercepta una mayor proporción del cambio que experimenta el campo. El galvanómetro muestra oleadas más grandes de corriente cuando se abre o se cierra el interruptor del primario.

Si se usa una corriente alterna para alimentar el primario el ritmo de cambio magnético en el primario (y por lo tanto en el secundario) es igual a la frecuencia de corriente alterna. Se tiene entonces un transformador.

Materiales

• Palitos de maqueta de varios grosores, para las distintas partes de la estructura a escala.

• Cola fría, para pegar los palitos de maqueta a la base y a las estructuras que mantendrán en pie la conexión y la central de comando de la grúa.

• Silicona, para afirmar y asegurar aún más la estabilidad de la estructura en que funcionará la central de comando y en donde estará el circuito que proporcionará energía a la grúa.

• Clavo de fierro grande, este será la varilla metálica sobre la cual estarán las espiras de alambre, por donde circulará la energía eléctrica que generará el magnetismo que levantará a los automóviles y los transportará.

• 2 Pilas D o baterías grandes, estas serán en donde comenzará el circuito, las que otorgarán la energía eléctrica necesaria para que se genere el campo magnético en el clavo.

• Alambre conductor de cobre, este será el que formará las espiras que irán sobre el clavo de fierro largo, por donde circularán los electrones que generarán el campo magnético en los contornos del clavo.

• Huincha aisladora, esta será la que sellará el circuito, es decir, la conexión del alambre conductor de cobre, para evitar el corte del fluido de electricidad hacia las espiras, para optimizar aún más la seguridad del correcto funcionamiento del circuito y la eficacia del magnetismo generado.

• Cartón piedra, este material será la base en la cual se levantará la estructura que será el modelo a escala del original, cuanto mayor sea su grosor, mejor será la estabilidad de la estructura, pero esto puede ser relativo al peso que pueda ejercer los palos de maqueta, el pegamento y las pilas D.

• Tijeras y cartonero, su función será cortar el material, tanto el cartón piedra como los palitos de maqueta. Se utilizará preferentemente el cartonero, debido al mayor filo de su navaja y su mayor eficiencia frente a objetos difíciles de cortar, no así las tijeras, que serán utilizadas preferentemente para cortar el cartón piedra, porque son más débiles y su filo es menor.

Procedimiento

• Tomar cartón piedra y cortarlo de las medidas que se estime conveniente para ocuparlo como la base de la estructura.

• Pintarlo de color verde, para asemejarlo al color del pasto del suelo.

• Cortar los palitos de maqueta en 10 y 20 centímetros según corresponda para cada lado.

• Pegar los palitos en la base de cartón piedra, fijando las estructuras laterales con cola fría o agorex.

• Poner la pila D en el interior de la estructura.

• Establecer las respectivas conexiones del alambre conductor de cobre y pasarlo por el clavo en forma de espiras.

• Colocar el clavo en la estructura perpendicular a las laterales, y dejarlo colgando, para que después pueda atraer los objetos.

• Insertar un interruptor, el cual puede ser como los de la luz, o simplemente artesanal en el cual se corta y se da la corriente a través de un clip en un chinche.

Bitácora de lo realizado clase a clase

Martes 19 de Agosto: El profesor entrega las bases y las indicaciones para lo que se realizará en el segundo semestre. Éstas indicaciones se refieren al proyecto que se realizará en el transcurso del semestre, por lo cual son las pautas que cada objeto de cumplir.

Martes 26 de Agosto: Se reúnen los grupos, que cada alumno tuvo la libertad de elegir. Se plantearon las posibles ideas de lo que podría ser el proyecto que se llevaría a cabo. Entre esas ideas, fueron: Vehículo a energía solar, Invención de u nuevo programa para PC, Robot que transporte hielo, Purificador de agua contaminada

. Durante esta jornada, se determinó como trabajo a realizar el proyecto del Robot que transporta hielo.

Martes 9 de Septiembre: Se comienzan a ver cuales serán los materiales para fabricar nuestro producto, el robot. Se discute cada material y su uso, se define cual será la utilidad del objeto y una pequeña parte de cómo será la estructura interna, sobre las conexiones. Se hace un pequeño diseño del robot.

Martes 16 de Septiembre: Se realiza la planificación del proyecto, dividida en etapas que durararían entre 1 y 2 semanas. Se establece un probable plazo de entrega. Se establecen los materiales para la primera etapa del proyecto, consistente en la estructura interna del robot. Se redacta el procedimiento.

Martes 23 de Septiembre: Se redacta un nuevo procedimiento y se comienza a trabajar en lo que correspondía a la estructura interna del robot.. Se realizan dibujos esquemáticos del objeto.

Martes 30 de Septiembre: Se hace un cambo de proyecto, al darnos cuenta que el proyecto no era factible de realizar para el grupo. Hacemos un nuevo consenso de las ideas para ver lo que desarrollaríamos definitivamente, sin oportunidad de volver a retractarnos, así que discutimos hasta quedar conformes con un proyecto que pudiésemos realizar. El nombre del nuevo proyecto fue la “Grúa electromagnética”. Se establecieron los materiales y un bosquejo del producto.

Martes 7 de Octubre: Se comienza a trabajar en el nuevo proyecto. Se cortan los palitos de maqueta y se redacta el procedimiento. Se pegan los palitos formando los lados. No se pegan todavía.

Martes 14 de Octubre: Se continúa en pegar los lados, dándole una forma de trapecio. SE pegan las estructuras y se comienza a inventar como será las conexiones.

Martes 21 de Octubre: Nuevamente se continúa pegando, debido a que se ha encontrado el trabajo desarmado y con un gran grado de deterioro. Se pega nuevamente y se planifica lo que se realizará la próxima clase.

Martes 28 de Octubre: Se comienza a realizar las conexiones y a pintar la estructura. SE reafirma y se vuelven a pegar algunas partes que se habían soltado un poco. Se comienza a planear la forma de la estructura lateral que sostendrá el clavo por el cual irán las espiras y se generará todo el proceso que será característico del objeto

Martes 4 de Noviembre: Se crea la estructura lateral que sostendrá el clavo. Se pega en el lugar que le corresponde y se ajusta para que no se salga. Se pega y se reafirma constantemente durante la clase. Se pinta para asemejarla al resto de la estructura.

Martes 11 de Noviembre: El proyecto ya está casi terminado, sólo le faltan unos pequeños detalles, como hacer la conexión definitiva y ajustar el clavo, pero eso se realizará después. Continúa pegándose la estructura que sostendrá el clavo. Se pinta nuevamente y se espera hasta que toda la estructura está completamente seca, incluyendo la pintura y el pegamento.

Sábado 15 de Noviembre: El grupo se reúne en la casa de uno de los integrantes para dar término a los detalles finales.

Dibujo del objeto

Conclusión

Con la realización de este producto, pudimos aprender un poco más de algunas necesidades de la humanidad actualmente, lo que nos llevó a realizar este objeto. Nos sirvió para darnos cuenta de que hay cosas que no son factibles de realizar y a no ser tan fantasiosos.

Además aprendimos un poco más del electromagnetismo, y de los usos que podrá dársele en la actualidad si hubiese un mayor conocimiento de este tipo de energía que no es contaminante, y que daría grandes resultados en el transporte de los vehículos, sin provocarles daños y asegurándole a los infractores que su auto estará en buenas condiciones y a salvo.

Bibliografía

• Texto de Física Conceptual para el Estudiante de Primer Año de Educación Media. Editorial Addison Wesley. Año 2003