Ciclo 3 - Investigacion - Valeria Varela

Título	Ciclo 3 - Investigacion - Valeria Varela
Asignatura	Taller de Fabricación
Del Curso	Taller de Fabricación 2023
Carreras	Diseño
Nº	6
Alumno(s)	Valeria Varela

Investigación | Formas complejas de la naturaleza y su desplazamiento

Formas y patrones

Las formas complejas de la naturaleza están presentes en todas partes; son patrones visibles simétricos que por lo general son captados a simple vista, pero su concepción fue investigada gradualmente con el paso del tiempo. Fueron Platón, Pitágoras y Empédocles los primeros en intentar encontrar un orden en la naturaleza a través de patrones.

Algunos patrones comunes son rayas, espirales, manchas, ramificaciones, mosaicos o burbujas. La mayoría de estos poseen auto semejanza, denominado fractal: Son patrones constantes que se repiten en múltiples escalas dentro de sí, estos se reducen a lo que sucede entre átomos y moléculas, así como también podemos visualizarlos debido al aumento de escala. Un claro ejemplo son los copos de nieve, las ramificaciones de los árboles, incluso en las hojas de estos.

Las formas esenciales de la naturaleza son consideradas las siguientes: Esfera, fractal, espiral, parábola, hélice, ángulo, onda, hexágono, catenaria.

Algunas formas de la naturaleza están presentes en las estructuras cotidianas; Estudios indican que la geometría de cada uno posee una función primordial:

Esfera | Protege: Es un cuerpo o Sólido de revolución (El sólido de revolución es un cuerpo geométrico que se puede formar haciendo girar una superficie plana en torno a una recta a la que se denomina eje) con una superficie curva, no posee caras planas. Es una de las principales formas geométricas que conforman los primeros ecosistemas. Dentro de las esferas se encuentran los espirales.

Espiral | Empaqueta: Es una línea curva que gira de forma helicoidal alrededor de un punto, alejándose cada vez más de el. Su movimiento es plano y nos transmite la idea de crecimiento, evolución y expansión. Está presente en un sin fin de estructuras en la naturaleza, desde el ADN hasta una concha, remolinos, cuernos, incluso la vía láctea. Se trata de una línea que se enrolla a si misma de forma abierta y que conforme avanza va ganando volumen y espacio, crece. Es un movimiento circular que sale de un punto central y que se prolonga de forma indefinida hacia el infinito

Hélice | Agarra: A diferencia de la espiral, la hélice gira de manera tridimensional, es una curva espacial que se va alejando progresivamente del centro a la vez que gira alrededor de el. Se puede observar esta forma en las plantas trepadoras, tornados, hasta en estructuras como las escaleras de caracol, los tornillos, etc. Desde el punto de vista mecánico y energético, es un artefacto constituido por varias palas que al girar alrededor de un mismo eje, generan un cambio de presión y velocidad, permitiendo generar una fuerza de empuje. Las hélices van cambiando su ángulo de incidencia, siendo en el centro, la raíz, el mayor ángulo. Esto se hace para aumentar la eficiencia, ya que el extremo gira a mayor velocidad que el centro.

Fractal | Coloniza: Es una figura formada por componentes infinitos, como se menciona al principio, son patrones simétricos que pueden llegar a ser visibles debido a su extensión y crecimiento en escalas mayores. No pertenecen a la geometría tradicional, por lo tanto son semi geométricos al ser formas irregulares. Está presente en formas, ritmos, sonidos y trayectorias, porque todos estos fenómenos pueden descomponerse en estructuras autorreplicables.

Parábola | Concentra: Es una curva cónica que describe la trayectoria de cualquier cuerpo lanzado al aire, impulsados hacia arriba por una fuerza externa y dirigida en un determinado ángulo, como la caída de agua de una fuente o el movimiento de un balón o pelota impulsada. En la naturaleza, las parábolas se ven en los arco iris, al ocultarse el sol, en el crecimiento de las plantas, etc. Su movimiento se aplica en un medio que presenta mínimos de resistencia durante su avance y que está sujeto a un campo gravitatorio ambos de tipo uniforme. Puede considerarse como la combinación de dos movimientos que son un movimiento horizontal uniforme y un movimiento vertical. Su movimiento es Elíptico (cuerpos que se mueven en un campo gravitatorio central) y se denomina Tiro parabólico.

El tiro parabólico tiene las siguientes características:

Conociendo la velocidad de salida (inicial), el ángulo de inclinación inicial y la diferencia de alturas (entre salida y llegada) se conocerá toda la trayectoria.
Los ángulos de salida y llegada son iguales (siempre que la altura de salida y de llegada sean iguales).
La mayor distancia cubierta o alcance se logra con ángulos de salida de 45º.
Para lograr la mayor distancia fijada, el factor más importante es la velocidad.
Se puede analizar el movimiento en vertical independientemente del horizontal.
La componente horizontal se mantiene constante.

Onda | Mueve: Es una propagación de energía, las ondas se producen como consecuencia de oscilaciones y vibraciones de la materia, por lo que necesitan de un medio físico para propagarse (en el caso de las ondas mecánicas) puesto que existen ondas, como las electromagnéticas, que no necesitan un medio material y pueden propagarse a través del vacío. En términos de forma se asemejan y relacionan con la parábola, ya que la parábola refleja las energías ondulatorias.

Ángulo | Penetra: Un ángulo es la figura formada por dos semirrectas, llamadas lados, que comparten un punto final común, llamado vértice. La medida de un ángulo es considerada como la amplitud del arco de circunferencia centrada en el vértice y delimitada por sus lados. El ángulo concentra materiales, así como el vértice de un cono; Mientras más afilada es la punta, más precisión ejerce una fuerza determinada, como los pinchos, las tijeras, las garras, etc.

Hexágono | Pavimenta: Es una figura geométrica de 6 lados. En la naturaleza, es la mayor combinación de espacio, ahorro de material y estabilidad; Un gran ejemplo es el panal de abeja o los tornillos, es una forma eficiente para la organización y es capaz de resistir grandes fuerzas y tensiones.

Catenaria | Aguanta: Es una curva ideal que representa físicamente la curva generada por una cadena, cuerda o cable sin rigidez flexional, suspendida de sus dos extremos y sometida a un campo gravitatorio uniforme En la naturaleza, las catenarias se pueden encontrar en objetos colgantes que se sustenten por dos puntos, como las lianas; Un conjunto de catenarias están presentes en las telarañas o caparazones. La curva de la catenaria depende de la distancia de la cúspide del suelo, su tensión queda minimizada.

En la arquitectura, los arcos catenarios reducen tanto la compresión que permiten aguantar su propio peso.

Plano inclinado

Los planos inclinados son superficies que ayudan a reducir la cantidad de fuerza para mover un objeto verticalmente, en simples palabras; Es considerado una de las seis máquinas clásicas simples. para resolver un plano inclinado, se requiere de la segunda ley de Newton para la dirección paralela (superficie) y perpendicular (objeto)

Segunda ley de newton: La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza que actúa sobre él e inversamente proporcional a la masa

El objeto que se desliza sobre la superficie no se mueve perpendicularmente al plano, sino que se mueve paralelamente a este.

-Mientras la distancia es mayor, se requiere menos fuerza para empujar el objeto. Si la altura es mucha, se pueden aplicar planos inclinados escalonados.-

El plano inclinado como máquina simple se usa para elevar un cuerpo a una determinada altura; Esto ayuda a que se requiera una menor fuerza para levantar el cuerpo que si se tratara de elevarlo de manera vertical.

También ayuda a ejercer como cuña, se puede utilizar para apretar, abrir o separar algún elemento.

Incluso también puede funcionar como una hélice. Puede conseguir que el movimiento giratorio de un elemento sea lineal.

Comportamiento de los cuerpos en un plano inclinado

En el funcionamiento de esta máquina indicen la fuerza de gravedad (el peso, que surge de la magnitud de la masa en dirección vertical), la fuerza normal (la fuerza de reacción que el plano ejerce sobre el cuerpo de acuerdo a la Tercera Ley de Newton) y la fuerza de fricción (la fuerza de rozamiento que ejerce resistencia respecto al sentido del desplazamiento del elemento u objeto en relación a la superficie).

Los cuerpos en caída por un plano inclinado están sometidos a la atracción de la Tierra y experimentan un movimiento uniformemente acelerado. La gravedad, o más correctamente la aceleración de gravedad, es la aceleración con la cual se mueven los cuerpos al caer; El fenómeno de la caída de un cuerpo se produce debido a la fuerza de gravedad o peso del mismo, que es la fuerza con la cual el planeta tierra atrae a los cuerpos cercanos a su superficie.

Lombrices californianas

La lombriz es parte de la familia de los anélidos, posee un cuerpo cilíndrico y está dividido en metámeros o anillos; Pueden medir de 6 a 10 cm de longitud en su estado adulto. Viven en un entorno húmedo, ya que a través de la piel toman oxigeno del aire por la humedad, realizando un intercambio de oxigeno y dióxido de carbono.

Su sistema de desplazamiento funciona a través de sus músculos longitudinales y perimetrales, la lombriz avanza arrastrándose gracias a la gran cantidad de anillos que son capaces de adherirse a las superficies, fijando una cantidad de estos en la parte trasera del cuerpo. Ya estando fijos, la parte delantera se encoje, logrando adherir los anillos, para luego estirarse sin riesgo de caer, al mismo tiempo libera los anillos anteriores que se encontraban adheridos a la superficie para continuar su desplazamiento.

Plano inclinado | Desplazamiento

La lombriz de tierra se divide en segmentos, cada uno lleno de líquido y con sus propios músculos. En todo segmento hay unos músculos largos y alrededor, músculos circulares. Cuando los músculos largos se contraen, el segmento se achica.

El líquido que contiene presiona hacia afuera y el segmento se ensancha. Cuando los músculos circulares se contraen, el segmento se aprieta en el medio y se adelgaza.

El líquido del segmento se distribuye a lo largo y el segmento se alarga. La contracción de unos músculos y luego de los otros ocurre de manera ondulante de un segmento a otro, lo cual sirve para el desplazamiento de la lombriz.

En cada segmento del cuerpo de la lombriz de tierra hay unas cerdas llamadas setas o sedas. Éstas evitan que la lombriz se deslice hacia atrás.

Las lombrices utilizan el plano inclinado en tierra para desplazarse; La dureza de su cabeza les permite hacer túneles para buscar alimento bajo tierra, mezclando el suelo; Además, estos túneles permiten la llegada de agua y aire a las raíces de las plantas.

Su mucosidad sirve para unir las partículas del suelo y de esta manera los túneles se mantienen en buen estado.

Sus deshechos también sirven para nutrir y reducir la acidez del suelo, ya que se alimentan de las cáscaras de las verduras, las cuales poseen nutrientes importantes.

Propuesta | Contracción expansiva en un plano cíclico

Láminas

Proceso y propuestas

Al momento de comprender los patrones esenciales en la naturaleza y qué funciones cumplen, existe un enfoque mayor hacia las espirales, las cuales poseen un movimiento helicoidal alrededor de un punto. Cuando esta espiral ejerce un movimiento tridimensional, se trata de una hélice. Si ponemos esta hélice en un plano cartesiano, su trayectoria produce oscilaciones y vibraciones, en este caso, ondas.

En la naturaleza, las lombrices californianas están conformadas por una estructura peculiar, ya que tanto en movimiento como en forma, todos estos elementos están relacionados unos con otros, formando un ser vivo capaz de desplazarse de manera pausada y coordinada gracias sus múltiples anillos; Cada uno de ellos posee extensión muscular, por lo que son capaces de contraerse, presionando sus anillos adhiriéndose a la superficie, para luego avanzar extendiéndolos, mostrando una mayor flexibilidad y elasticidad.

Adentrándonos en las invenciones humanas, el resorte es un objeto que juega con todos estos conceptos, convirtiéndolo en un objeto muy similar; Su estructura permite contraerse y extenderse casi ilimitadamente debido a su elasticidad, pero su forma no permite el equilibrio en una superficie inclinada, por lo que se modifica su forma de densidad, volviéndolo un polígono hexagonal de 3mm para mayor balance y adherencia a la superficie.

Plano inclinado y propuesta de rampa

Los planos inclinados son superficies que ayudan a reducir la cantidad de fuerza para mover un objeto verticalmente, en simples palabras; Es considerado una de las seis máquinas clásicas simples. para resolver un plano inclinado, se requiere de la segunda ley de Newton para la dirección paralela (superficie) y perpendicular (objeto). En este caso, el objeto requiere de un impulso que permita sacarlo de su inercia para extenderse y contraerse sobre este plano. Para esto, se propone una rampa circular, más específicamente una rueda dividida diagonalmente.

La rueda es considerada una máquina simple, ya que se usa para transmitir fuerza o movimiento a otras piezas, como las poleas; También, al estar posicionada en diagonal, La trayectoria del objeto va a ser cíclica, ya que al existir dos momentos (subida y bajada continua) la bajada genera impulso y fuerza para volver a subir, de esa manera existirá un bucle entre estos dos momentos.

Al requerir una forma eficiente para que el objeto se desplace controladamente, en la situación descendente se produce un quiebre; Sus escalones con diferentes ángulos de inclinación y tamaños van a generar un desplazamiento con dos ritmos: Contracción lenta y extensión rápida. Al producirse este quiebre, el objeto no va a tener el suficiente impulso para volver a subir, por lo que necesita de un mecanismo para ser impulsado al momento de ascender.

Mecanismo

El mecanismo está ubicado en el centro de la rampa, también inclinado, entre la base y la superficie. Consta de una polea de 20cm de diámetro, la cual posee un brazo que gira por debajo de la superficie; Este brazo tiene una varilla que se intersecta verticalmente con la superficie, enganchando el objeto y controlando su velocidad por todo el plano inclinado.

El giro de la polea es ejecutado por un circuito eléctrico que consta de un motor de corriente continua de 12V, un interruptor y una batería de 1.5V. El motor hace funcionar un sistema de poleas que sirve como reductor, mientras más poleas (creciendo gradualmente) más velocidad consume, pero la fuerza es mayor. La última polea va a estar conectada a la polea de 20cm con un Oring, haciendo girarla a una velocidad mucho más reducida.

Discurso

La intención de este proyecto es rescatar las cualidades del estudio sobre las formas en la naturaleza y su funcionalidad que en este caso serían los espirales, su movimiento helicoidal cuando empieza a girar tridimensionalmente y su capacidad de contracción y extensión, como funciona esta flexibilidad al momento de desplazarse por un plano inclinado.

Mi propuesta de rampa circular está pensada en la rueda como una máquina simple, ya que se usa para transmitir fuerza o movimiento a otras piezas, entonces, si está ubicada diagonalmente, en la bajada la fuerza de impulso va a ser mayor, por lo que va a requerir menos fuerza para subir. Pero en este caso como los escalones le restan energía de impulso, se necesita un mecanismo para impulsar esta subida . Por eso, el sistema de mecanismo está conformado por una polea grande con un brazo que va recorriendo todo el camino de la rampa; Al principio había propuesto un sistema de imanes que se ubicaban en el extremo del brazo para guiar el objeto que también tenía imanes, pero luego se optó por una varilla que se intersecta con el objeto para garantizar su recorrido. La polea funciona gracias a un motor de corriente continua de 12v que contiene un sistema reductor con poleas, estas ayudan a que el motor no fuerce su capacidad para soportar el peso, sino que restan la velocidad para aumentar la energía del motor, pero no directamente. La última polea pequeña va a hacer que gira la más grande a través de un Oring.

Para la base utilicé piezas ensambladas cortadas en la máquina láser con una plancha de mdf de 3mm, con el propósito de que la base sea rígida y estable al igual que las poleas, pero en este punto pienso que para alivianar el material de la polea se puede fabricar en la maquina 3D al igual que el objeto. La superficie está construida con cartón forrado grueso como capa antiadherente al igual que las guías pensadas con el mismo material.

Para finalizar, el objeto propuesto es un espiral hexagonal que al principio era muy extenso para hacer notar el gesto de sus movimientos cuando descendiera por este plano, pero llegué a la conclusión de que el margen de error al momento de subir no era por el peso, sino por su capacidad de deslizarse, sus capas actúan de manera rígida sobre el plano, por lo que planteo mantener su forma, pero redondear sus vértices, este objeto estaría impreso en la máquina 3D ya que a parte disminuir el peso por su materialidad, es antiadherente.

Fuentes

https://es.wikipedia.org/wiki/Patrones_en_la_naturaleza#:~:text=En%20este%20ámbito%20son%20estudiadas,las%20fracturas%20y%20las%20rayas. https://es.khanacademy.org/science/physics/forces-newtons-laws/inclined-planes-friction/a/what-are-inclines https://faircompanies.com/articles/9-disenos-naturales-a-imitar-esfera-fractal-espiral/#:~:text=Esfera%2C%20fractal%2C%20espiral%2C%20parábola,tanto%20la%20inerte%20como%20viva. https://www.partesdel.com/partes_de_una_esfera.html https://economipedia.com/definiciones/solido-de-revolucion.html https://economipedia.com/definiciones/esfera-geometria.html#:~:text=La%20esfera%20es%20un%20cuerpo,plana%20alrededor%20de%20un%20eje. https://definicion.de/espiral/ https://dibujourjc.wordpress.com/2018/12/27/el-simbolo-de-la-espiral/#:~:text=La%20espiral%20es%20una%20de,relacionados%20directamente%20con%20la%20espiral. https://www2.ual.es/jardinmatema/helices-y-espirales/ https://www.oneair.es/helices-aviones/#:~:text=Una%20hélice%20es%20un%20dispositivo,generar%20una%20fuerza%20de%20empuje. https://definicion.de/fractal/ https://www.bbvaopenmind.com/ciencia/matematicas/fractales-el-codigo-geometrico-de-la-naturaleza/ https://institucional.us.es/blogimus/2018/10/fractales-bellos-y-sin-embargo-utiles/ https://www.uaeh.edu.mx/docencia/P_Presentaciones/b_huejutla/2017/Parabola.pdf https://www.nationalgeographic.es/photography/2018/04/los-mejores-puentes-del-mundo?image=rakotzbrucke-bridge https://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_parabólico https://concepto.de/onda-2/ https://es.wikipedia.org/wiki/Ángulo https://www.youtube.com/watch?v=lpYxsVV-rwo https://europer.cl/perno-hexagonal-grado-5/ https://es.wikipedia.org/wiki/Catenaria#:~:text=Una%20catenaria%20es%20una%20curva,propio%20de%20la%20cadena%27). http://arts.recursos.uoc.edu/cartografia-forma/es/6-7-la-catenaria-en-el-mundo-vivo/ https://es.khanacademy.org/science/physics/forces-newtons-laws/inclined-planes-friction/a/what-are-inclines https://www.mozaweb.com/es/Extra-Escenas_3D-Lombriz_de_tierra_comun-139769