Grúa de poleas con torno

Qué va a aprender

• Que una polea fija no reduce el esfuerzo pero cambia la dirección de la fuerza: tiras hacia un lado y la carga sube.
• Que un torno (manivela + eje) multiplica la fuerza: con una manivela de 40 mm de radio y un tambor de ≈ 2,5 mm, la mano hace unas 16 veces menos fuerza que el peso.
• Que ganar fuerza cuesta recorrido: hay que dar unas 16 vueltas para subir la carga 25 cm.
• Por qué una grúa no vuelca: el peso de la carga debe caer dentro de la base.
• Que un tubo de cartón plegado es mucho más rígido que una tira plana del mismo material.

Prepara antes

• Imprime las plantillas pequeñas al 100 % y comprueba la línea roja de 50 mm de la cabecera. Las piezas grandes (base, mástil, pluma) trázalas directamente con regla y escuadra siguiendo las cotas.
• Corta y pliega el mástil y la pluma antes de la sesión si los niños tienen menos de 8 años: son los cortes más largos.
• Perfora el tapón (agujero de 4 mm, para que gire suelto en la brocheta de 3 mm).
• Corta las brochetas a medida: 110 mm (eje del torno), 3 × 40 mm (eje de la polea, rodillo y mango) y 70 mm (pasador). Quita las puntas.
• Prepara el cubo de carga: vasito de yogur con dos agujeros enfrentados bajo el borde y un asa de hilo.

Materiales y herramientas

• Cartón corrugado — 2 láminas de 35 × 45 cm
  simple, 3–4 mm (caja de envíos mediana), sin arrugas ni zonas aplastadas
• Palitos de brocheta — 2
  Ø 3 mm, 25–30 cm de largo, rectos
• Pajitas — 2
  Ø 6 mm, rectas (de las que pasa una brocheta holgada)
• Tapón de plástico — 1
  Ø 30 mm, unos 12 mm de alto (agua o refresco)
• Hilo grueso o cordel de cocina — 1,5 m
  bramante de algodón de 1–1,5 mm, liso (sin pelusa)
• Clip metálico — 1
  de 32 mm, para doblar en forma de S (gancho)
• Vasito de yogur — 1
  limpio, con dos agujeros y un asa de hilo de 20 cm (cubo de carga)
• Monedas — 20–30
  para cargar el cubo (una de 1 € pesa 7,5 g; una de 10 cts, 4,1 g)
• Barritas de silicona — 3–4
  para pistola de silicona caliente
• Cinta adhesiva — 1 rollo
  de embalar o de carrocero, para sujetar mientras seca

Herramientas

• Regla metálica de 30 cm, lápiz y escuadra — trazar las piezas grandes y comprobar que el mástil queda a 90°
• Cúter y base de corte — cortar piezas, ranura de la pluma y hueco del mástil adulto
• Tijeras — recortar plantillas, pajitas y discos
• Bolígrafo sin tinta — marcar los pliegues para doblar limpio
• Punzón o clavo de 3 mm — perforar los agujeros de los ejes y el centro del tapón adulto
• Pistola de silicona caliente — pegar mástil, pluma, soportes y polea adulto
• Alicates pequeños — doblar el clip en S y cortar brochetas

Piezas y plantillas

• A · Base inferior ×1 — cartón corrugado 3–4 mm
• B · Base superior (con hueco del mástil) ×1 — cartón corrugado 3–4 mm
• C · Mástil (tubo cuadrado 40 × 40) ×1 — cartón corrugado 3–4 mm
• D · Tapón del mástil ×2 — cartón corrugado 3–4 mm
• E · Pluma (canal en U) ×1 — cartón corrugado 3–4 mm
• F · Tirante (refuerzo diagonal) ×1 — cartón corrugado 3–4 mm
• G · Escuadras del pie del mástil ×3 — cartón corrugado 3–4 mm
• H · Soportes del torno ×2 — cartón corrugado 3–4 mm
• I · Discos de la polea ×2 — cartón corrugado 3 mm
• J · Brazo de la manivela ×2 — cartón corrugado 3–4 mm
• K · Ejes y palitos ×5 — palito de brocheta Ø 3 mm
• L · Tramos de pajita ×3 — pajita Ø 6 mm

Paso a paso

1. Traza y corta las bases adulto

   Traza dos rectángulos de 160 × 330 mm: uno con las ondas a lo largo (A) y otro con las ondas a lo ancho (B). En B corta el hueco cuadrado de 41 × 41 mm a 59,5 mm del borde trasero y de los laterales.

   Comprueba: Mete una regla en el hueco: debe medir 41 mm por cada lado y quedar centrado (59,5 mm a cada lateral).

2. Pega la base doble

   Extiende cola o silicona en zigzag sobre A y pega B encima, bordes enrasados. Pon encima 2–3 libros durante 10 minutos para que quede plana. Copia con lápiz las marcas de la plantilla B (soportes, escuadras, pasador, zona de carga).

   Comprueba: La base apoyada en la mesa no cojea en ninguna esquina.

3. Pliega el mástil

   Traza la pieza C (170 × 300 mm, ondas verticales). Marca los 4 pliegues cada 40 mm con bolígrafo sin tinta y la regla, dóblalos a 90° y pega la pestaña de 10 mm por dentro de la primera cara. Las caras quedan, en orden, LADO, ATRÁS, LADO y DELANTE. Sujeta con cinta mientras enfría.

   Comprueba: El tubo mide 40 × 40 mm por fuera y sus cuatro caras son planas.
   Truco: Dobla cada pliegue apoyando la regla encima y levantando el cartón contra ella: sale recto.

4. Cierra la boca del mástil adulto

   Corta los dos cuadrados D de 34 × 34 mm, pégalos entre sí y mételos a presión en el extremo superior del tubo, enrasados con el borde. Fija con un cordón de silicona por el borde.

   Comprueba: Al apoyar la regla sobre la boca, toca a la vez el tapón y los cuatro bordes.

5. Planta el mástil adulto

   Pon silicona en el fondo del hueco de la base y mete el mástil (cara marcada DELANTE hacia la zona de carga). Comprueba con la escuadra que queda a 90° por delante y por un lado, y sujétalo así 1 minuto mientras enfría.

   Comprueba: Coloca la escuadra contra dos caras contiguas: no debe quedar luz entre la escuadra y el mástil.

6. Pega las escuadras adulto

   Pega las 3 escuadras G (triángulos de 50 mm) con el cateto vertical contra el mástil y el horizontal sobre la base: una en la cara delantera y una en cada lateral. Detrás no pongas ninguna: por ahí sube el hilo.

7. Pliega la pluma adulto

   Traza la pieza E (260 × 130 mm), corta las dos ranuras de 12 × 14 mm del suelo (la de atrás, para que suba el hilo, y la de la punta, abierta hasta el borde, para que baje) y perfora los 4 agujeros de 3 mm: los del rodillo a 39 mm del pliegue y los de la polea a 27 mm. Dobla las dos paredes de 50 mm hacia arriba: queda un canal en U con suelo de 30 mm.

   Comprueba: Pasa una brocheta por los dos agujeros de la punta: debe entrar recta, paralela al suelo de la pluma.

8. Monta la polea adulto

   Pega un disco I a cada lado del tapón, bien centrados, y repasa el agujero de los tres con el punzón hasta 4 mm. Mete la polea en la punta de la pluma (el eje a 27 mm del suelo deja los discos 4 mm por encima de él) y pasa la brocheta de 40 mm por la pared, la polea y la otra pared. Fija la brocheta a las paredes con una gota de silicona por fuera.

   Comprueba: Gira la polea con un dedo: debe dar al menos una vuelta entera ella sola sin tocar las paredes ni el suelo, y su borde delantero queda justo encima de la ranura de la punta.

9. Monta el rodillo adulto

   Pasa la segunda brocheta de 40 mm por un agujero trasero, ensarta el tramo de pajita de 24 mm y sigue por el otro agujero. Pega la brocheta a las paredes con silicona por fuera; la pajita debe quedar suelta.

   Comprueba: La pajita gira libre sobre la brocheta, justo encima de la ranura.

10. Pega la pluma sobre el mástil adulto

    Pon silicona en el tapón del mástil y apoya la pluma encima con la zona MÁSTIL de la plantilla sobre él: la ranura queda 4 mm por detrás del mástil y la punta, 200 mm por delante. Comprueba que la pluma apunta hacia la zona de carga y queda horizontal.

    Comprueba: Mira desde arriba: el hilo que cuelga por delante de la polea cae justo sobre la cruz naranja de la zona de carga.

11. Pon el tirante adulto

    Dobla las pestañas del tirante F a 45°. Pega la de abajo en la cara delantera del mástil, sobre la línea a 100 mm de la punta, y la de arriba bajo la pluma, sobre la línea a 100 mm por delante del mástil.

    Comprueba: Empuja suavemente la punta de la pluma hacia abajo: no debe ceder.

12. Construye el torno adulto

    Pega los soportes H de pie sobre sus líneas (separados 60 mm por dentro, uno a cada lado del mástil) con el borde marcado ATRÁS hacia atrás. Pasa la brocheta de 110 mm por los dos agujeros dejando 12 mm fuera por la izquierda y unos 31 mm por la derecha; entre las caras exteriores de los soportes quedan unos 67 mm. Izquierda y derecha se miran desde delante, desde la zona de carga, como en la plantilla B: la derecha es el lado del pasador.

    Comprueba: El eje gira con un dedo sin engancharse y queda horizontal.

13. Pon la manivela adulto

    Pega las dos piezas J entre sí. Ensártala en el extremo derecho del eje (el de 31 mm, del lado del pasador) dejando 15 mm entre manivela y soporte, y pégala con silicona. Mete la brocheta de 40 mm en el otro agujero, apuntando hacia fuera, con su funda de pajita de 25 mm suelta, y pega la brocheta.

    Comprueba: Con el pasador quitado, da una vuelta completa a la manivela: el brazo pasa a 1 cm de la base sin tocarla.
    Truco: En el extremo izquierdo del eje (el de 12 mm) enrolla cinta hasta hacer un tope: así el eje no se escapa hacia la manivela.

14. Coloca el pasador adulto

    Pega de pie el tramo de pajita de 25 mm sobre la marca «pasador» (detrás, junto al borde derecho) con una gota de silicona alrededor. El palito de 70 mm se mete y se saca: sin él la manivela gira libre; con él puesto, el mango tropieza con él al bajar por detrás y la carga queda bloqueada.

    Truco: No es un trinquete: el pasador frena la manivela en los dos sentidos. Por eso se saca para subir o bajar la carga y se mete cuando quieres dejarla colgada.

15. Pasa el hilo

    Ata un extremo del hilo al centro del eje del torno con dos nudos y una gota de silicona. Súbelo por detrás del mástil, pásalo por la ranura de atrás, por encima del rodillo, a lo largo de la pluma, por encima de la polea y hacia abajo por la ranura de la punta, y déjalo colgar. Dobla el clip en S (lo atarás en el paso siguiente).

    Comprueba: El hilo no toca el mástil al subir y corre centrado en el canal de la polea.

16. Ajusta el largo y prueba

    Quita el pasador y enrolla 2 vueltas de hilo en el eje. Ata el clip en el punto del hilo que toca la zona de carga y corta la cola que sobra tras el nudo (deja 1 cm). Cuelga el cubo vacío y gira la manivela de modo que el hilo se enrolle por delante del eje. Cuando el cubo esté arriba, sujeta la manivela, mete el pasador y suelta despacio: el mango baja por detrás y se apoya en él.

    Comprueba: Con el pasador puesto, el cubo no baja aunque le des un golpecito. Si al girar el hilo sale del eje por detrás en vez de por delante, roza con el borde de la ranura: desenróllalo y enróllalo en el otro sentido.

17. Decora

    Pinta de amarillo la pluma y el mástil con témpera o rotulador y dibuja franjas negras de aviso en la punta. No pintes el canal de la polea ni el eje del torno (la pintura los frena). Deja secar 15 minutos.

¿Funciona? La prueba

Pon el cubo en la cruz naranja, engánchalo y cárgalo de 5 en 5 monedas de 1 € (37,5 g cada 5). Quita el pasador, sube la carga hasta arriba contando las vueltas de manivela y vuelve a meter el pasador para bloquearla.

Qué debe pasar: Con 20 monedas (150 g + cubo) la grúa sube la carga sin esfuerzo: unas 15–17 vueltas para 25 cm de recorrido. Aguanta bien hasta 300 g; por encima, la pluma empieza a flexionar.

Si algo falla

• El hilo se sale de la polea — Discos descentrados o hilo que llega torcido desde el rodillo. Solución: Recentra los discos I; comprueba que el rodillo y la polea están alineados con el centro de la pluma.
• La carga baja sola al soltar la manivela — El pasador no está metido hasta el fondo de la pajita, la pajita se ha despegado o el palito es demasiado corto y el mango pasa por encima. Solución: Sujeta la manivela, mete el pasador y suelta despacio: el mango debe bajar por detrás y apoyarse en él. El hilo debe salir del eje por delante (lado del mástil).
• Cuesta mucho girar la manivela — El hilo roza contra el borde de la ranura o el mástil, o el eje roza en los soportes. Solución: Ensancha la ranura, comprueba que el hilo sube vertical sin tocar el mástil y agranda los agujeros de los soportes a 4 mm.
• La manivela no da la vuelta entera — El pasador está puesto (bloquea en los dos sentidos) o el brazo toca la base. Solución: Saca el pasador mientras giras. Si el brazo roza la base, el eje está bajo: los agujeros de los soportes van a 60 mm de la base.
• La pluma se dobla con la carga — Tirante despegado o pliegues de la pluma flojos. Solución: Repega el tirante con más silicona y refuerza el suelo de la pluma con una tira de cartón de 30 × 150 mm por debajo.
• El mástil se inclina — Silicona insuficiente en el pie o mástil fuera de escuadra. Solución: Despega, vuelve a plantar comprobando con la escuadra y añade las escuadras G.
• La polea no gira — Agujero del tapón demasiado justo o silicona en la brocheta. Solución: Agranda el agujero del tapón y discos a 4 mm; pega la brocheta solo por fuera de las paredes.

Seguridad

• El cúter lo usa un adulto con regla metálica y base de corte; los cortes de 300 mm son los más peligrosos.
• La silicona caliente quema: el adulto aplica y el niño sujeta solo cuando ya no está líquida.
• No pongas la cara bajo la carga mientras sube: si el hilo se suelta, cae.
• Corta las puntas de todas las brochetas antes de montarlas.
• Monedas y clips son piezas pequeñas: fuera del alcance de menores de 3 años.

La ciencia detrás

Para los niños

Imagina que quieres subir un cubo a lo alto de un árbol: es más fácil tirar de una cuerda hacia abajo que trepar con el cubo. Eso hace la polea: la rueda del tapón cambia el sentido de tu fuerza. La manivela es como un brazo largo que hace girar un palito muy fino: tu mano da una vuelta grande y el hilo se enrolla un poquito, por eso la carga sube despacio pero casi sin esfuerzo. Y el pasador es como un cerrojo: cuando lo pones, la manivela ya no puede girar y la carga se queda quieta arriba.

Para el adulto

La grúa combina dos máquinas simples. La polea fija de la punta no da ventaja mecánica (la tensión del hilo es igual al peso de la carga), pero redirige la fuerza 90°. La ventaja la aporta el torno: un eje-rueda cuya ventaja mecánica ideal es el cociente entre el radio de la manivela (40 mm) y el radio efectivo del tambor (brocheta de 1,5 mm + hilo ≈ 2,5 mm), es decir ≈ 16. Para 200 g de carga basta una fuerza de ≈ 12–15 gf en el mango (más el rozamiento). El precio es el recorrido: cada vuelta de manivela (251 mm de recorrido de la mano) sube la carga ≈ 16 mm; el trabajo se conserva (F·d constante, menos pérdidas). Estáticamente, la grúa no vuelca porque la vertical de la carga cae dentro del polígono de apoyo (la polea está a 280 mm de la trasera de una base de 330 mm). El mástil es un tubo cerrado de pared delgada: su momento de inercia es muchas veces el de una tira plana del mismo cartón, y las ondas verticales trabajan a compresión. El tirante a 45° forma un triángulo con mástil y pluma, la figura indeformable de las estructuras. El pasador no es un trinquete (que dejaría girar en un sentido y no en el otro): es un tope que bloquea la manivela en los dos sentidos, por eso se retira para girar y se coloca para mantener la carga.

• polea: rueda con un canal por donde pasa una cuerda; cambia la dirección de la fuerza.
• torno: eje que se gira con una manivela para enrollar una cuerda y levantar peso.
• manivela: brazo con mango que sirve para hacer girar un eje con poca fuerza.
• contrapeso: peso que se pone al otro lado para que algo no vuelque.
• triangulación: usar triángulos (como el tirante) para que una estructura no se deforme.

Por edades

• 5–7 años: El adulto traza, corta y pega mástil, pluma y torno. El niño pliega con ayuda, pega escuadras con cola, pasa el hilo por el rodillo y la polea, y juega a subir cargas. Céntrate en «tiro hacia aquí y sube hacia allá».
• 8–10 años: Siguen todos los pasos con ayuda en cúter, punzón y silicona. Que comprueben ellos con la escuadra que el mástil queda recto y que cuenten las vueltas por cada 5 cm.
• 11–12 años: Que calculen la ventaja mecánica del torno (radio manivela / radio del eje) y la comparen con lo medido. Reto: añadir la polea móvil y una tabla de fuerza frente a carga.

En grupo o en clase

Equipos de 3 niños, una grúa por equipo. Antes de la sesión el adulto precorta bases, mástiles y plumas (son cortes largos) y perfora tapones; los equipos pliegan, pegan y montan. Sesión de 2 × 60 min: el primer día estructura (base, mástil, pluma, tirante); el segundo, torno, polea y concurso de carga con monedas. Ten 2 pistolas de silicona para toda la clase, con un adulto en cada una.

Retos

• Sube 300 g de monedas 25 cm en menos de 30 segundos.
• Añade una polea móvil y demuestra que hace falta la mitad de fuerza.
• Haz que la pluma suba y baje (pluma abatible) con un segundo hilo y otro torno.
• Construye una grúa que gire 360° sin volcar usando un contrapeso.
• Diseña un gancho que suelte la carga tirando de un segundo hilo.

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