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¿Qué material hace el puente más fuerte?

¿Doblar o romper? Conoce qué material hace el mejor puente, y un poco sobre física e ingeniería en el proceso. Crédito: George Retseck

Conceptos clave

  • Física
  • Ingeniería
  • Materiales
  • Fuerza
  • Resistencia

Introducción

Si has mirado puentes, probablemente hayas notado que pueden estar hechos de diferentes materiales. Algunos son de madera, algunos son de acero, algunos son de hormigón, y algunos incluso están hechos de piedra. Si deseas construir un puente en miniatura robusto y simple utilizando algo que tengas en casa, ¿cuál es el mejor material para usar? ¡Prueba esta actividad para descubrirlo!

Antecedentes

¿Qué materiales deben usar los ingenieros para construir un puente? La decisión depende de muchos factores. ¿Dónde está ubicado el puente? ¿Qué tan largo será? ¿Qué pasará por el puente (personas, automóviles o trenes) y qué tan pesada será la carga total?

Probablemente sepas que diferentes materiales tienen diferentes propiedades. Puedes pensar en las propiedades de varios materiales usando tus sentidos, por ejemplo ¿cómo se ve o se siente algo? ¿es claro u oscuro? ¿liso o áspero? También hay propiedades que describen qué tan fuerte es un material. Estas se llaman propiedades mecánicas. Por ejemplo, ¿qué tan difícil es estirar, aplastar o doblar un material? Cuando doblas el material y luego lo sueltas ¿permanece doblado o vuelve a su forma original? Si doblas el material hasta el punto de que se rompa ¿sucede muy lentamente o se rompe de forma repentina e inesperada?

Es posible que hayas experimentado estas diferentes propiedades en la vida cotidiana sin darte cuenta. Cuando doblas un clip de papel se mantiene doblado; también es difícil hacer que el clip se “ajuste” de repente. Compara eso con una regla de madera. Si flexionas un poco la regla, volverá a su forma original; pero si fueras a doblarla demasiado, se rompería. Algunos materiales, como el caucho, son fáciles de estirar o aplastar. Otros materiales, como las rocas, son mucho más rígidos. Probablemente puedas imaginar qué propiedades serían importantes para un puente. Si un camión pesado pasa por un puente, ¿quieres que el puente se doble mucho? ¿Deseas que el puente vuelva a su forma original después de que el camión salga? En esta actividad, explorarás estas propiedades con diversos materiales caseros y decidirás cuál haría el mejor puente.

Materiales

  • Dos libros gruesos o cajas pequeñas
  • Papel
  • Papel encerado
  • Papel aluminio
  • Tijeras
  • Cinta
  • Monedas
  • Regla o cinta de medir (opcional)

Preparación

  • Corta tu papel encerado y el papel aluminio en hojas del mismo tamaño que la hoja de papel.
  • Separa tus libros aproximadamente 10 pulgadas de distancia.
  • Dobla cada una de tus tres hojas de material en forma de puente: primero dóblalas por la mitad a lo largo, al menos dos veces. Luego dobla los bordes para hacer paredes. Pega los bordes con cinta adhesiva para evitar que los puentes se desdoblen. Asegúrate de que tu puente sea lo suficientemente ancho como para sostener monedas de un lado a otro. ¿Qué material crees que hará el puente más resistente?

Procedimiento

  • Apoya uno de tus puentes a través de la brecha entre los libros.
  • Coloca una moneda en medio del puente.
  • Sigue agregando más monedas al puente, una por una. Separa los centavos uniformemente a lo largo del puente. Esto simula cómo las personas o los coches reales viajan a través de un puente; no todos están apilados unos encima del otros.
  • Mira el puente cuidadosamente mientras sigues agregando monedas. ¿El puente mantiene su forma o comienza a ceder?
  • Si llenas toda la superficie del puente con monedas, comienza una segunda capa. Sigue agregando monedas hasta que el puente se derrumbe. ¿Cuántas monedas se necesitaron para hacer que el puente colapsara?
  • Repite el procedimiento para cada uno de los otros materiales. ¿Qué puente tenía más monedas? ¿Todos los puentes colapsaron de la misma manera (es decir, colapsaron algunos de repente o colapsaron algunos gradualmente)?
  • Extra: Construye un puente nuevo con cada tipo de material. Agrega algunas monedas a cada puente, pero no las suficientes para hacerlos colapsar, y luego retira las monedas. ¿El puente vuelve completamente a su forma original o se deforma permanentemente?
  • Extra: La forma de un objeto también afecta su fuerza. Intenta cambiar la geometría de tus puentes, ajustando, por ejemplo, el ancho de la parte inferior o la altura de las paredes o la cantidad de veces que doblas cada hoja por la mitad. ¿Cómo afecta el cambio de forma a la cantidad de monedas que puede contener el puente?

Observaciones y resultados

Probablemente encontraste que el papel era el puente más fuerte. Es posible que te hayas sorprendido al descubrir que el puente de papel de aluminio no era el más fuerte. Después de todo, ¿no es el metal más fuerte que el papel? La fuerza de un objeto depende no solo de su material sino también de sus dimensiones. Una pieza gruesa de papel puede ser más difícil de doblar que una delgada pieza de metal, y el papel de aluminio es muy delgado.

Si observaste de cerca, también habrás notado que no todos los puentes colapsaron de la misma manera. El puente de papel podría haber comenzado a ceder gradualmente, cayendo y soltando las monedas. Los puentes de papel aluminio y papel encerado podrían haber fallado mucho más repentinamente, en su mayoría manteniendo sus formas originales y luego colapsando rápidamente. ¿Cómo tomarías esta información en cuenta cuando construyas tu propio puente?

Fuente: Scientific American