Maquina de Golberg para activar un sistema de seguridad en una vivienda
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Maquina de Golberg para activar un sistema de seguridad en una vivienda
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Responsables del Proyecto: Mario Enrique Joachin, Irwin Ivan Soriano, Salvador Figueroa Mejia, Brando Samuel Portillo
Maquina de Golberg para activar un sistema de seguridad en una vivienda

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DESCRIPCIÓN Y NATURALEZA DEL PROYECTO.

El proyecto consiste en diseñar y construir una máquina de Goldberg que emplea varios principios físicos, a través de pasos complicados para realizar una tarea. La tarea a realizar es la activación de un sistema de seguridad. La máquina contará con 20 pasos dentro de los cuales se tiene 8 pasos que involucra conservación de la Energía Mecánica; Colisiones en una dimensión; por lo tanto esto involucra conservación de cantidad de movimiento lineal y conservación de la Energía Cinética. Al menos 5 pasos involucran principios mecánicos y eléctricos y el resto están asociados a movimientos en cinemática para una partícula.

Por lo tanto el prototipo de máquina que se propone está basado en principios físicos, eléctricos y mecánicos. Las partes que constituyen la máquina que elaboraremos se describen a continuación:

1. Se abre una puerta de la casa y toca un resorte.
2. Se el resorte empuja a un carrito que golpea una batería.
3. La batería se contramina con las demás baterías.
4. Las baterías activan el motor del ventilador.
5. El viento hace que se mueva una esfera.
6. Esa esfera pasa por un camino de canaleta de pbc.
7. La esfera mueve un ganchito y cuando se mueve cae la reja.
8. Al momento que se mueve el ganchito le pega a otra esfera.
9. Después esa esfera pasa por otro camino de pbc.
10. Al final del camino le pega a un balancín.
11. Al instante que se mueve y le pega al primer dominó, para realizar el efecto domino.
12. El ultimo domino le pega a un valero.
13. Cae en el risco de tubo flexible.
14. Al final del risco le pega al péndulo.
15. El péndulo le pega a otro valero.
16. Ese mismo valero pasa por un tobogán de lamina.
17. Al final del tobogán de lamina cae en la catapulta.
18. Y al caer enciende el swich de luces.
19. Y al mismo tiempo lanza otra esfera hacia arriba.
20. Y esa esfera cae en un camino de lamina.
21. Al final del camino activa la alarma.

Con esta máquina mostramos una forma de activar un sistema de seguridad en una vivienda modelo; aunque se puede tener la desventaja de adecuar una reja en una vivienda común; sin embargo, el objetivo de las máquinas de goldberg es emplear la creatividad de ingeniería, haciendo uso de principios físicos para lograr tener una máquina con la mayor cantidad pasos posibles. En ese sentido la principal ventaja de este diseño consiste en que es ÚNICO; ya que no existe una máquina de Goldberg, con estos pasos y con esta tarea.

Además estas máquinas conllevan a pensar en estrategias de reciclaje, al utilizar material que normalmente en los hogares están destinados a la basura. Al diseñar este tipo de máquinas, se desarrolla la imaginación y creatividad orientado a la construcción de algo que nadie más ha hecho. Otra ventaja es que esta máquina se le pueden incrementar en más pasos y ser reutilizada con otra finalidad; ya que los mismos creadores, usuarios y observadores pueden darse cuenta de la versatilidad con la que cuenta la máquina, al emplear bajo costo en su construcción. Por ejemplo se podría agregar pasos diferentes para activar el motor o para generar la onda de dominós. Sin embargo, aunque se pueden variar o agregar pasos, hay que tener en cuenta que hay partes principales que sobresalen en nuestra máquina y estos son:
1- La caída de la reja.
2- La onda generada por los dominós.
3- El movimiento del péndulo.
4- La catapulta y el paso de alambres.


JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO.

Consideramos que nuestro proyecto reúne las características de creatividad y originalidad, aunque las máquinas de goldberg ya son conocidas; sin embargo, la que diseñaremos será un modelo sencillo pero útil para resolver una necesidad o un problema de inseguridad para salvaguardar los bienes materiales, económicos o la vida de las personas. Nuestra máquina de goldberg contribuirá con la sociedad y a la vez, su modelo puede servir para que se elaboren otros prototipos con una tecnología más avanzada.

La máquina que elaboraremos tiene factibilidad económica, ya que puede ser aplicada para resguardar la seguridad del grupo familiar, empresarial, educativa etc, ya que su elaboración no será de elevado costo porque algunos materiales son fáciles de encontrar en el mercado y la mayoría de dichos materiales son reciclables, esto lo hace accesible para cualquier nivel económico que quiera instalarlo, pero también pueden utilizarse materiales u objetos con precios más elevados dependiendo de lo que se quiera invertir, por ejemplo en lugar de focos se pueden colocar cámaras de videos o reflectores.

El proyecto no contaminara el medio ambiente, ya que los materiales que utilizaremos no son tóxicos, ni radiactivos sino por el contrario la mayoría de los materiales son reciclables.

La máquina diseñada puede ser vista como una instalación de mecanismos de seguridad más eficaz que la simple instalación de los alambres razor. Y quien este interesado en aprender como se elaboran puede tomar la desición de fabricarla en serie para ser comercializada en el mercado local, siempre y cuando nuestro grupo no la patente en las instancias gubernamentales correspondientes.

Un dispositivo o máquina de Rube Goldberg es cualquier aparato excesivamente complejo que realiza una tarea muy simple de una manera muy indirecta y enrevesada. Reuben 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 Rube Goldberg tiene generalmente por lo menos diez pasos. Una historia sobre Rube Goldberg cuenta que mientras caminaba sonámbulo y descalzo en un campo de cactus, gritó a causa del dolor una idea sobre una servilleta que funcionaba por sí misma.
En Gran Bretaña, tal dispositivo sería llamado chisme de Heath Robinson, ya que el dibujante británico también dibujó maquinaria cómica fantástica, en su caso vigilada por hombres con gafas y mono.

En Dinamarca, serían llamados Storm P maskiner por el dibujante danés Robert Storm Petersen.

En España no hay un sustantivo particular para llamar a dichas máquinas, pero sí un referente relacionado con las máquinas de Goldberg, la revista TBO tenía una sección.

Las máquinas de Rube Goldberg son utilizadas frecuentemente por Tom en las caricaturas de Tom y Jerry.

El corto de los Looney Tunes "Hook, Line, and Stinker" (traducido como con todo el equipo) termina con el personaje del Coyote intentando utilizar una máquina de Rube Goldberg para capturar al Correcaminos. Muchos otros cortos de los Looney Tunes y de Merrie Melodies emplean estos dispositivos.
En 1993, Sierra Entertainment sacó el juego de ordenador The Incredible Machine, diseñado alrededor del concepto de Rube Goldberg. Sacaron tres juegos más de la serie, The Even More Incredible Machine, Return of the Incredible Machine: Contraptions, y The Incredible Machine: Even More Contraptions. Ya no se venden ninguno de estos títulos de software; sin embargo, están disponibles vía Gametap.COM.
En Alemania la compañía de videojuegos PepperGames sigue produciendo y vendiendo juegos que siguen el concepto de Rube Goldberg. Sus nombres son "Crazy Machines" "Crazy Machines, Neue Herausforderungen" y "Crazy Machines Neues aus dem Labor".

La película de 1990 Regreso al Futuro III ofrece una versión del Salvaje Oeste de un dispositivo de Rube Goldberg. Uno de los personajes principales, Dr. Emmett "Doc." Brown (Christopher Lloyd), se transporta atrás en el tiempo al año 1885, donde él trabaja como herrero. Cuando es "rescatado" por Marty McFly (Michael J. Fox), él está trabajando en una máquina de vapor enorme. La máquina mide fácilmente de 3 a 4 metros de alto, sin idea inmediata en cuanto a su función. Cuando está puesto en marcha, se sacude y gime y emite silbidos y el vapor suena (piense en un ruidoso motor de vapor) por cerca de 20 segundos. Cuando queda en silencio, produce dos pequeños pedacitos de hielo de forma irregular; es una máquina de hielo. Hay otra escena en la primera película donde hay otra máquina de Rube Goldberg que Doc. utiliza para alimentar a su perro Einstein.
En Estados Unidos de América y en Canadá anualmente hay competencias de máquinas de goldberg.

Entre los principios físicos utilizados en nuestro proyecto técnico científico podemos mencionar los siguientes:
a) Péndulos simples.
b) Conservación de energía mecánica (Energía potencial y cinética).
c) Circuito en serie.
d) Circuito simple.
e) Movimiento circular uniforme.
f) Movimiento ondulatorio.
g) Colisiones en una dimensión.

Cabe mencionar que en cada paso que se realiza en una máquina de goldberg, se puede aplicar uno o más principios físicos, por lo que dichos principios se explicaran en la medida que desarrollaremos las diferentes etapas de nuestra máquina de goldberg.

A continuación explicaremos brevemente los principios Físicos: Péndulo; dispositivo formado por un objeto suspendido de un punto fijo y que oscila de un lado a otro bajo la influencia de la gravedad. Los péndulos se emplean en varios mecanismos, como por ejemplo algunos relojes.

En el péndulo más sencillo, el llamado péndulo simple, puede considerarse que toda la masa del dispositivo está concentrada en un punto del objeto oscilante, y dicho punto sólo se mueve en un plano. El movimiento del péndulo de un reloj se aproxima bastante al de un péndulo simple.

El principio del péndulo fue descubierto por el físico y astrónomo italiano Galileo, quien estableció que el periodo de la oscilación de un péndulo de una longitud dada puede considerarse independiente de su amplitud, es decir, de la distancia máxima que se aleja el péndulo de la posición de equilibrio. El movimiento del péndulo depende de la gravedad, su periodo varía con la localización geográfica, puesto que la gravedad es más o menos intensa según la latitud y la altitud. Por ejemplo, el periodo de un péndulo dado será mayor en una montaña que a nivel del mar. Por eso, un péndulo permite determinar con precisión la aceleración local de la gravedad.


Por conservación de la energía mecánica: Uga+Ka = Ugb+Kb
Ea = Eb
Uga = Kb
mgh = ½ mV²
Donde:
Uga: Energía potencial
Kb: Energía Cinética.
m: Masa de la esfera
g: Valor de la aceleración de la gravedad (g = 9.8m/s²)
h: Altura de la masa “m” respecto al nivel de referencia.
V: Rapidez de la masa “m”
Uga = mgh
Ea: Energía Mecánica.
Eb: Energía Mecánica en el punto b.

Energía mecánica; suma de las energías cinética y potencial de un cuerpo en un sistema de referencia dado. La energía mecánica de un cuerpo depende tanto de su posición, pues la energía potencial depende de ella, como de su velocidad, de la que depende la energía cinética.

El trabajo realizado por una fuerza conservativa es igual a la disminución de la energía potencial.


E = K+U
Donde: E: Energía Mecánica
U: Energía potencial, existen dos tipos: Ug y Ue.
K: Energía cinética.
Ug: Energía potencial gravitatoria.
Ue: Energía potencial elástica (Por ejemplo en los resortes)

El principio de conservación de energía mecánica establece que:
E inicial = E final
KA+UA = KB+UB, esto se cumple en presencia de fuerzas conservativas (No hay fricción).

Circuitos eléctricos; la manera más simple de conectar componentes eléctricos es disponerlos de forma lineal, uno detrás del otro. Este tipo de circuito se denomina “circuito en serie”. Si una de las bombillas del circuito deja de funcionar, la otra también lo hará debido a que se interrumpe el paso de corriente por el circuito. Otra manera de conectarlo sería que cada bombilla tuviera su propio suministro eléctrico, de forma totalmente independiente, y así, si una de ellas se funde, la otra puede continuar funcionando. Este circuito se denomina “circuito en paralelo”.

La teoría clásica de un circuito eléctrico simple supone que los dos polos de una pila se mantienen cargados positiva y negativamente debido a las propiedades internas de la misma. Cuando los polos se conectan mediante un conductor, las partículas cargadas negativamente son repelidas por el polo negativo y atraídas por el positivo, con lo que se mueven hacia él y calientan el conductor, ya que ofrece resistencia a dicho movimiento. Al llegar al polo positivo las partículas son obligadas a desplazarse dentro de la pila hasta el polo negativo, en contra de las fuerzas que se oponen a ello según la ley de Coulomb.




La forma matemática para relacionar la corriente, el voltaje y la resistencia es:

V = R V: Voltaje.
I I: Corriente.
R: Resistencia.
V =IR

Movimiento circular uniforme; es el movimiento que realiza un móvil que tiene por trayectoria una circunferencia y describe arcos iguales en tiempos iguales. Por tanto, la aceleración tangencial es nula, ya que el módulo de la velocidad permanece constante en el tiempo y es tangente a la circunferencia, y la aceleración normal es constante, puesto que el vector velocidad varía constantemente de dirección y el radio de curvatura de la trayectoria es constante.



La magnitud de la rapidez se conoce con: V = 2 ∏ R
T Donde: T: Período de revolución (es el tiempo empleado para dar una vuelta completa)

Fc = mac = mV²
R
Fc: Fuerza centrípeta.
m: masa del objeto.
ac: Aceleración centrípeta.
V: Rapidez con la que “m” da la vuelta.
R: Radio del circulo que describe “m”.

Movimiento ondulatorio; proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas mecánicas o electromagnéticas. En cualquier punto de la trayectoria de propagación se produce un desplazamiento periódico, u oscilación, alrededor de una posición de equilibrio. Puede ser una oscilación de moléculas de aire, como en el caso del sonido que viaja por la atmósfera, de moléculas de agua (como en las olas que se forman en la superficie del mar) o de porciones de una cuerda o un resorte. En todos estos casos, las partículas oscilan en torno a su posición de equilibrio y sólo la energía avanza de forma continua. Estas ondas se denominan mecánicas porque la energía se transmite a través de un medio material, sin ningún movimiento global del propio medio. Las únicas ondas que no requieren un medio material para su propagación son las ondas electromagnéticas; en ese caso las oscilaciones corresponden a variaciones en la intensidad de campos magnéticos y eléctricos.




λ: Longitud de onda (distancia de una cresta a otra)
Dado que una onda es una perturbación que se propaga.
La velocidad de propagación de la onda se conoce a partir de V = λ/T
T: Período (tiempo en repetirse un ciclo) V: Velocidad de propagación de la onda.

Colisiones en una dimensión: Una colisión es una interacción entre objetos que involucra, cantidad de movimiento y conservación de la Energía Cinética. Las colisiones pueden ser:
a. Elásticas.
b. Inelásticas (La Energía Cinética cambia).
c. Completamente Inelásticas (La Energía Cinética cambia).
Una colisión elástica implica:
d. La cantidad de movimiento no cambia.
e. La energía cinética se mantiene igual antes y después de la colisión.

Mientras que para una colisión inelástica y completamente inelástica, se tiene:
f. La cantidad de movimiento no cambia.
g. La Energía Cinética si cambia (hay pérdida de energía)

Para una colisión elástica:
P total/inicial = P total/final
m1 V1i + m2 V2i = m1 V1f + m2 V2f
P total/inicial = Cantidad de movimiento lineal antes de la colisión.
P total/final = Cantidad de movimiento lineal después de la colisión.
Para la conservación de la Energía Cinética.
K total/inicial = K total/final
½ m1V²1i + ½ m2V²2i = ½ m1V²1f + ½ m2V²2f
Donde:
m1: Masa del objeto 1.
m2: Masa del objeto 2.
V1i: Rapidez antes de la colisión para m1.
V1f: Rapidez después de la colisión para m1.
V2i: Rapidez antes de la colisión para m2.
V2f: Rapidez después de la colisión para m2.

PROCESO DE CONSTRUCCIÓN.

El proceso de construcción de nuestra máquina que diseñaremos será el siguiente:

1. Se construirá la base de la máquina, que será de madera y tendrá 1 metro de largo, 0.80 metro de ancho.
2. Se diseñará y armará un modelo de vivienda. El material a usar para esto es lamina, cartón, alambre, tubo flexible y canaleta. Las dimensiones de la vivienda serán: 0.51 cm de alto, de ancho 60 cm y 70 cm de largo.
3. Se adecuara el motor del ventilador en la segunda planta de la casa.
4. Construir la reja y colocarla en la dirección de caída.
5. Armar el circuito de baterías y motor junto al resorte.
6. Construir el camino de canaletas del pbc.
7. Colocar las piezas de dominó con madera.
8. Se compró un tubo flexible y se corto a la medida.
9. Construir el siguiente camino de lamina donde se colocaran las piezas de domino.
10. Colocar una barra de lamina para atar el péndulo simple.
11. Construir el tobogán en forma de espiral usando lámina.
12. Armar el circuito de luces.
13. Armar la catapulta, usando lámina.
14. Armar el circuito de la alarma y ubicarla en algún lugar de la casa.
15. Construir el tobogán de lamina en forma de zig – zag. Este tobogán se colocará a entre 0.22 y 0.23 cm, desde el segundo piso de la vivienda para aprovechar la altura y tendrá una longitud de 15 cm.
16. Colocar el tubo de lámina que se llevara hasta la alarma.
17. Se construirá el balancín que estará antes del domino.
18. Se construirá el ganchito que sostendrá la reja.
19. Construir la base para sostener la catapulta.
20. Construir la base donde esta el péndulo.
21. Construir la base donde estará el primer valero.

VALORACION DEL TRABAJO REALIZADO EN EL PROYECTO.

IRWIN IVAN SORIANO GUEVARA.
Nosotros como equipo hubo un 75% de integración ya que algunas veces no nos poníamos de acuerdo teníamos muchos conflictos en cuanto las reuniones, si hubo un buen nivel de desempeño del equipo ya que nos proponíamos en una cosa y no descansa vamos hasta hacerlo y nos poníamos muy serios en cuanto el proyecto, si se lograron los objetivos y propósitos del proyecto siempre queríamos hacer algo y lo cumplíamos y todos nuestros objetivos se lograron, las dificultades que tuvimos eran sobre las piezas de dominós y en cuanto al calculo de las piezas, aprendimos mucho en nuestro proyecto, ya que podemos hacer muchas cosas con las maquinas de Goldberg, Conocimos que era una maquina de Goldberg, y que no es lo que nosotros nos imaginamos, nosotros pensamos que era aburrido nuestro proyecto, pero nos dimos cuenta que era entretenida, divertida y muchas cosas mas nos gusto mucho nuestro proyecto.

GUILLERMO SALVADOR FIGUEROA MEJIA.
Nosotros como equipo hubo un 65% de integración ya que en algunas ocasiones tuvimos muchos problemas a causa de la desesperación ya que cuando hacíamos las pruebas de nuestro prototipo para poder ver si funcionaba y cuando no funcionaba nos desesperábamos y tratábamos de hacer todo a la carrera y por eso algunas cosas nos salían mal .

En cuantas alas reuniones si hubo una buena puntualidad en los tres de cuatro integrantes del grupo ya que el coordinador casi siempre no asistía las reuniones y cuando asistía llegaba después de la hora que estaba programada la reunión.

En cuanto a las metas que nos habíamos propuesto en nuestro prototipo se lograron cumplir con un poco de esfuerzo.

Hubieron muchas dificultades que nos afectaron en el desarrollo óptimo del proyecto una de ella fue que no podíamos hacer el calculo para las piezas de domino y otras piezas.

Lo que aprendimos durante la construcción de nuestro prototipo es que una maquina de Goldberg no tiene solo una función si no que tiene muchas funciones y se puede utilizar para varias cosas y también a poder diseñar una maquina de Goldberg.

MARIO ENRIQUE JOACHIN SALES.

Nosotros como equipo pensamos que hubo un 70% de integración del equipo ya que en la mayoría de las veces tuvimos conflictos cuando teníamos reuniones así que cuando no funcionaba teníamos discusiones uno con otros, hubo un buen desempeño porque al final nos pusimos serios y tomamos las cosas en serio, pero al final se lograron todos los objetivos del y propósitos del proyecto porque es un beneficio para el estudio y me gusto mucho mi proyecto , nos afectaron mucho los conflictos y los tipos de materiales , aprendimos el trabajo en equipo y experimentaron muchas cosas que no nos imaginábamos que iban a pasar como desvelarnos las noches para terminar el proyecto.

De conclusión podría decir que este proyecto fue una gran experiencia para la elaboración de proyectos.

VALORACION DEL PROCESO DE CONSTRUCCION.
¿Qué otros materiales se utilizaron? canaleta de pbc, valeros, tubo flexible, tapón de plástico, palillos de choco banano, cartulina, trozos de madera.

¿Qué procedimientos se cambiaron? Los trozos de madera que antes eran cajillas de fósforos, el tobogán de alambres que ahora es tobogán de lamina, la base de los dominós que se a echo de lamina y antes era de durapax, el camino de alambre que ahora es de canaleta de pbc, el risco antes era de alambres de gancho y ahora es de tubo flexible.

¿Por qué? Por que en algunas ocasiones nos fallaban los materiales y se nos hacia mas fácil usar esos materiales.


CONCLUSIONES

Que en el mundo actual la tecnología cambia de una forma muy acelerada, ya que se descubren nuevas invenciones o se perfeccionan las ya existentes; sin embargo, hay algunas que no están al alcance de la gran mayoría de los seres humanos, ya que no se cuenta con el recurso económico para adquirirlas, como por ejemplo, una medicina que le puede salvar la vida a una persona.

Que el inventor de las máquinas de goldberg fue un ingeniero que vivió en Estados Unidos, y comenzó dibujándolas en forma de caricaturas, después las perfeccionó y en la actualidad existen competencias universitarias.

Que una máquina de goldberg consiste en un dispositivo excesivamente muy complejo, que realiza tareas que son muy simples de realizar, a una forma muy indirecta y enrevesada.

Para construir una máquina de goldberg la mayoría de los materiales utilizados son reciclables y los cuales no contaminan el medio ambiente.

En las máquinas de goldberg se emplean principios físicos, mecánicos y eléctricos que funcionan interactivamente para lograr un objetivo.

Que con la combinación de principios físicos, mecánicos y eléctricos logramos por medio de diferentes pasos activar un sistema de seguridad en una vivienda.

BIBLIOGRAFÍA.

http://www.museodeciencias.elsalvador.org/museoscienciashtml.
http://www.rubegoldberg.com/.
http://fronkey.blogspol.com/2006/05/rubegoldberg.html.
http://www.kiminet.com/maquinaderubegolberg.
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http://es.wikipedia.org/wiki/rube_goldberg.com.
http://news.mns.purdue.edu/imagen/+2007/rubenat07purduejpg.
Enciclopedia Encarta 2004.
Libro Tutor Interactivo, Enciclopedia General para la enseñanza OCEANO, Tomo 2.


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