Murciélago que aletea con manivela

Qué va a aprender

• Qué es una leva excéntrica: un disco que gira alrededor de un punto que no es su centro y convierte el giro en un movimiento de subir y bajar.
• Que la carrera de la leva (lo que sube la varilla) es el doble de la excentricidad: 2 × 12 mm = 24 mm.
• Cómo un seguidor de cara plana y dos guías mantienen la varilla recta, y por qué la gravedad la devuelve abajo.
• Que un mismo recorrido mueve más o menos el ala según lo cerca del pivote que se ate el hilo (brazo de palanca).
• Cómo funcionan los autómatas y los juguetes de manivela: un movimiento de entrada (girar) se transforma en otro de salida (aletear).

Prepara antes

• Imprime las plantillas al 100 % (sin «ajustar a la página») y comprueba con una regla que la línea roja de la cabecera mide 50 mm.
• Corta las brochetas antes de la sesión: 1 de 110 mm (eje), 1 de 170 mm (varilla seguidora) y 1 de 35 mm (mango). Quita las puntas afiladas.
• Corta de la pajita un tramo de 60 mm (guía) y otro de 25 mm (funda del mango) y comprueba que la brocheta corre suelta dentro.
• Pinta de negro el cartón fino de las alas y el del cuerpo antes de recortarlos: así se seca mientras montáis la caja.
• Para niños pequeños, deja cortada la ventana de la pared C y perforados todos los agujeros.

Materiales y herramientas

• Cartón corrugado — unos 30 × 40 cm en total (por ejemplo, 2 láminas de 30 × 20 cm)
  simple, 3 mm, liso y sin arrugas (caja de envíos o de zapatos gruesa)
• Cartón fino — 1 trozo de 25 × 10 cm
  de caja de cereales o de galletas (≈ 0,5 mm), para las alas
• Palitos de brocheta — 3
  de bambú, Ø 3 mm y 25–30 cm, rectos (mira que no estén curvados rodándolos sobre la mesa)
• Pajita — 1
  recta, Ø 6 mm (hacen falta 60 mm para la guía y 25 mm para el mango)
• Encuadernadores — 2 (+1 de repuesto)
  de cabeza redonda de 6–8 mm y patas de 15–20 mm (los de material escolar)
• Hilo — 2 tramos de 15 cm
  sedal de pesca transparente de 0,3 mm (casi no se ve) o hilo de coser negro doble
• Pegamento — 1 barra de silicona o 1 bote de cola blanca
  silicona caliente (rápida, la usa un adulto) o cola blanca (30 min de secado)
• Barra de pegamento — 1
  para pegar las plantillas de papel sobre el cartón
• Cinta adhesiva — 1 rollo
  transparente, para reforzar los agujeros de las alas y sujetar los hilos
• Pintura o rotulador negro — 1
  témpera o acrílica negra, o un rotulador permanente gordo, para el murciélago
• Papel blanco y rotulador rojo — un trocito
  para los ojos y los colmillos
• Moneda de 5 céntimos — 1 (solo si hace falta)
  ≈ 4 g; se pega en el pie del seguidor si la varilla baja perezosa

Herramientas

• Tijeras — recortar las piezas, las alas y la pajita
• Cúter con regla metálica y base de corte — cortar la ventana de la pared delantera y las piezas rectas largas adulto
• Punzón o brocheta con punta — perforar los agujeros de 2–5 mm (eje, pivotes, guía, leva) adulto
• Pistola de silicona caliente — pegar la leva al eje, la caja, el mástil y la varilla adulto
• Regla y lápiz — medir y comprobar las marcas
• Bolígrafo sin tinta — marcar los pliegues de la guía
• Pincel — pintar el murciélago

Piezas y plantillas

• A · Base ×1 — cartón corrugado 3 mm
• B · Lateral (con agujero del eje) ×2 — cartón corrugado 3 mm
• C · Pared delantera con ventana ×1 — cartón corrugado 3 mm
• D · Tapa ×1 — cartón corrugado 3 mm
• G · Guía de la varilla (puente) ×1 — cartón corrugado 3 mm
• L · Leva excéntrica (3 capas) ×3 — cartón corrugado 3 mm
• K · Manivela (2 capas) ×2 — cartón corrugado 3 mm
• W · Arandela del eje ×2 — cartón corrugado 3 mm
• H · Pie del seguidor (2 capas) ×2 — cartón corrugado 3 mm
• M · Mástil ×1 — cartón corrugado 3 mm
• N · Cartela (escuadra del mástil) ×2 — cartón corrugado 3 mm
• E · Cuerpo del murciélago ×1 — cartón corrugado 3 mm
• F · Ala (derecha; la izquierda, dando la vuelta a la plantilla) ×2 — cartón fino (caja de cereales)
• T · Travesaño de los hilos ×1 — cartón corrugado 3 mm
• P · Pajita guía ×1 — pajita
• X · Eje ×1 — palito de brocheta
• V · Varilla seguidora ×1 — palito de brocheta
• J · Mango de la manivela ×1 — palito de brocheta
• Q · Hilos de las alas ×2 — hilo

Paso a paso

1. Recorta las piezas de cartón

   Pega las plantillas con barra de pegamento sobre el cartón corrugado, con las ondas como indica cada flecha, y recorta las 13 piezas gruesas: base A, laterales B (2), frontal C, tapa D, guía G, leva L (3 discos de 50 mm), manivela K (2), arandelas W (2), pie H (2), mástil M, cartelas N (2), cuerpo E y travesaño T.

   Comprueba: Los 3 discos de la leva miden 50 mm y los 2 laterales B, 90 × 110 mm.
   Truco: Recorta primero las piezas grandes y guarda las pequeñas (leva, arandelas, pie) en un vaso para no perderlas.

2. Corta la ventana y perfora adulto

   Corta con cúter y regla la ventana de 56 × 60 mm de la pared C. Perfora con el punzón el agujero de 4 mm del eje en cada lateral B, el de 5 mm de la tapa D y de la guía G, y el de 3 mm descentrado de cada disco de leva L.

   Comprueba: La brocheta gira suelta en los agujeros de B y entra apretada en los de la leva.
   Truco: Apoya el cartón sobre una goma de borrar grande o un trozo de corcho y gira el punzón hasta que la brocheta pase justa (leva) o suelta (laterales).

3. Monta la caja adulto

   Pega los dos laterales B de pie sobre los bordes izquierdo y derecho de la base A (90 × 90 mm) y la pared C entre ellos, en el borde delantero. La parte de atrás queda abierta para ver el mecanismo. Comprueba con una escuadra que las paredes quedan a 90°.

   Comprueba: Los agujeros del eje de los dos laterales quedan a la misma altura (45 mm sobre la base) y enfrentados: una brocheta los atraviesa recta.

4. Pega la guía de la varilla adulto

   Marca con el bolígrafo sin tinta los dos pliegues de la guía G y dobla las pestañas de 15 mm hacia abajo. Mete la guía por detrás de la caja y pega las pestañas en las marcas de los laterales, con la cara de arriba a 95 mm de la base y el agujero centrado.

   Comprueba: Mirando desde arriba, el agujero de G queda en el centro de la caja (45 mm de cada lateral y del frente).

5. Fabrica la leva

   Ensarta los 3 discos L en un trozo de brocheta por su agujero descentrado, alinea los bordes y la marca de las tres capas y pégalos entre sí con cola o silicona. Saca la brocheta antes de que seque del todo. Queda una leva de 50 mm y 9 mm de grosor.

   Comprueba: Mide desde el agujero hasta el borde: 13 mm por el lado corto y 37 mm por el largo (la diferencia, 24 mm, es lo que subirá la varilla).
   Truco: Aprieta los tres discos con unas pinzas de la ropa mientras se seca la cola.

6. Monta el eje con la leva adulto

   Mete la brocheta de 110 mm por el agujero del lateral izquierdo, ensarta la leva por dentro de la caja y saca la brocheta por el lateral derecho dejando 12 mm fuera a la derecha y 8 mm a la izquierda. Centra la leva (a 37,5 mm de cada lateral por dentro) y pégala al eje con silicona.

   Comprueba: Al girar el eje con los dedos, la leva da vueltas sin tocar el suelo (deja 8 mm) ni la pared delantera (5 mm).
   Truco: Si la leva baila en la brocheta, da una vuelta de cinta adhesiva al palito antes de meterlo y luego pon la silicona.

7. Pon la manivela y las arandelas adulto

   Pega las 2 capas de la manivela K. Mete la brocheta de 35 mm en su agujero exterior, pégala y ponle encima la funda de pajita de 25 mm. Pega una arandela W en el eje por fuera de cada lateral, dejando 1 mm de holgura, y pega la manivela en el eje por fuera de la arandela derecha.

   Comprueba: La manivela gira con un dedo, el eje no se desliza a los lados y la funda del mango gira suelta.
   Truco: Pon una tira de papel doblada entre la arandela y el lateral mientras se seca: al quitarla queda la holgura justa.

8. Cierra la tapa y pega el mástil adulto

   Pega la tapa D sobre las paredes, con el borde marcado DELANTE sobre la pared C. Pega el mástil M de pie sobre su marca, las dos cartelas N por delante y, por detrás del mástil, la pajita guía P de 60 mm, de pie justo encima del agujero de la tapa.

   Comprueba: Una brocheta metida por la pajita baja recta y pasa por el agujero de la tapa y por el de la guía G sin rozar.

9. Mete la varilla y pega el pie adulto

   Gira la manivela hasta que la leva quede con el lado corto arriba. Mete la varilla V de 170 mm desde arriba por la pajita, la tapa y la guía. Pega las 2 capas del pie H y, por la abertura de atrás, encaja el pie en la punta de abajo de la varilla con una gota de silicona.

   Comprueba: Con la leva abajo, la punta de la varilla sobresale unos 59 mm por encima del mástil; al girar la manivela sube y baja 24 mm.
   Truco: Pega el pie perpendicular a la varilla: si queda torcido, rozará con la leva por un borde.

10. Prepara el murciélago

    Recorta las 2 alas F del cartón fino pintado de negro (una con la plantilla del derecho y otra dándole la vuelta) y pinta el cuerpo E. Pega los ojos de papel blanco y dibuja la boca y los colmillos. Refuerza con cinta los agujeros de las alas y perfóralos: 3 mm el del pivote y 2 mm el del hilo.

    Comprueba: Las dos alas son simétricas y cada una tiene sus dos agujeros en el borde de arriba, a 25 mm uno del otro.
    Truco: Para un murciélago más simpático, haz los ojos grandes (Ø 9 mm) con la pupila mirando hacia arriba.

11. Une las alas con encuadernadores

    Coloca cada ala por detrás del cuerpo, con su agujero de pivote sobre el del hombro. Mete un encuadernador desde delante, abre las patas por detrás hacia arriba y hacia abajo, y deja 1 mm de holgura para que el ala caiga sola por su peso.

    Comprueba: Levanta un ala con el dedo y suéltala: tiene que caer sola hasta colgar. Si se queda arriba, afloja las patas.
    Truco: Pon una tira de cartulina entre la cabeza del encuadernador y el cuerpo mientras doblas las patas; luego quítala.

12. Pega el cuerpo en el mástil adulto

    Pega el cuerpo E por delante del mástil, centrado y con los 20 mm de abajo del cuerpo solapados sobre la punta del mástil. Las alas deben quedar libres por detrás del cuerpo, sin tocar el mástil ni la varilla.

    Comprueba: Los hombros (encuadernadores) quedan 25 mm por encima de la punta del mástil y las alas bajan y suben a mano sin rozar.

13. Pon el travesaño y los hilos

    Pega el travesaño T de 90 mm por delante de la punta de la varilla, centrado y horizontal. Ata un hilo de 15 cm al agujero de cada extremo del travesaño y el otro extremo al agujero de 2 mm de su ala, dejando unos 40 mm de hilo entre agujero y agujero.

    Comprueba: Con la leva abajo, los dos hilos quedan tensos y las alas cuelgan igual de bajas.
    Truco: Ata primero el hilo al ala con un nudo doble y fija la longitud en el travesaño con un trocito de cinta: así puedes ajustarla.

14. Ajusta y prueba

    Con la leva abajo, ajusta cada hilo hasta que la punta del ala quede unos 5 cm por debajo del hombro. Gira la manivela despacio: en cada vuelta las alas deben subir hasta unos 5 cm por encima del hombro y volver a bajar. Cuando funcione, fija los hilos con un nudo.

    Comprueba: A una vuelta por segundo, el murciélago aletea una vez por segundo, con las dos alas a la vez y sin que la varilla se atasque.
    Truco: Para ambientarlo, pinta la caja de morado oscuro con estrellas y una luna, y pega una telaraña de lana en una esquina.

¿Funciona? La prueba

Sujeta la caja con una mano sobre la mesa y gira la manivela a ritmos distintos: 1 vuelta cada 2 segundos, 1 vuelta por segundo y lo más rápido que puedas. Mide con una regla cuánto sube la punta de un ala.

Qué debe pasar: En cada vuelta de manivela la varilla sube y baja 24 mm y las alas pasan de unos 29° por debajo de la horizontal a unos 29° por encima (57° en total): la punta del ala recorre unos 10 cm. Hasta unas 2–3 vueltas por segundo (estimación) las alas siguen el ritmo; más rápido, la varilla y las alas no tienen tiempo de caer y el aleteo se vuelve corto y desordenado.

Si algo falla

• Las alas suben pero no vuelven a bajar — Encuadernadores demasiado apretados: el rozamiento puede más que el peso del ala. Solución: Abre un poco las patas del encuadernador y agranda el agujero del ala a 4 mm. El ala tiene que caer sola cuando la sueltas.
• La varilla se queda arriba o baja a tirones — Roza en la pajita, en la tapa o en la guía (agujeros desalineados o varilla curvada), o pesa demasiado poco. Solución: Agranda a 5 mm el agujero que roce, cambia la brocheta por una recta y, si hace falta, pega una moneda de 5 céntimos sobre el pie H.
• La leva gira pero la varilla no sube — La leva se ha despegado y patina sobre el eje, o el agujero se hizo en el centro del disco. Solución: Pega de nuevo la leva con silicona. Comprueba que el agujero está a 12 mm del centro (13 mm del borde más cercano).
• Un ala sube más que la otra — Los hilos tienen distinta longitud o el travesaño está torcido. Solución: Con la leva abajo, iguala los dos hilos hasta que las dos puntas queden a la misma altura y endereza el travesaño.
• La manivela cuesta de girar o el eje se va hacia un lado — Arandelas pegadas contra los laterales, o leva rozando con el suelo o la pared delantera. Solución: Despega una arandela y vuelve a pegarla con 1 mm de holgura. Comprueba que la leva está centrada y a 45 mm de altura.
• La caja se mueve al girar — Es muy ligera y la manivela la arrastra. Solución: Sujétala con la otra mano o mete un par de monedas o un trozo de plastilina dentro, sobre la base, detrás de la leva.
• El pie se engancha en el borde de la leva — Pie torcido o pegado descentrado, de modo que la leva toca su borde. Solución: Despégalo y pégalo de nuevo plano y centrado: el pie de 36 mm deja 6 mm de margen a cada lado del punto de contacto.

Seguridad

• El cúter de la ventana y el punzón los usa un adulto, sobre una base de corte y con la otra mano lejos de la punta.
• La pistola de silicona quema: la usa un adulto y deja enfriar cada gota 1 minuto antes de tocarla.
• Corta las puntas de las brochetas antes de dárselas a los niños: el eje y la varilla quedan sin punta.
• Los encuadernadores y las arandelas son piezas pequeñas: guárdalas lejos de niños menores de 3 años.
• No acerques la cara a la varilla mientras giras la manivela: sube 24 mm de golpe.

La ciencia detrás

Para los niños

La leva es un disco con el agujero fuera del centro. Cuando gira, unas veces el borde está cerca del eje y otras lejos, como cuando una rueda tiene un chichón. La varilla está apoyada encima: cuando el lado largo pasa por arriba, la empuja hacia arriba, y cuando pasa el corto, la varilla cae por su peso. La varilla tira de dos hilos que levantan las alas, y las alas bajan solas porque pesan. Así, un giro de tu mano se convierte en un aleteo.

Para el adulto

Es un mecanismo leva-seguidor con leva excéntrica (disco de R = 25 mm girando alrededor de un punto a e = 12 mm de su centro) y seguidor de traslación de cara plana (el pie H, Ø 36 mm). Con seguidor plano, la elevación es exactamente s(φ) = e·(1 − cos φ): un movimiento armónico simple de carrera 2e = 24 mm, sin paradas, por cada vuelta de manivela. La altura del punto más alto de la leva sobre el eje varía entre R − e = 13 mm y R + e = 37 mm; con el eje a 45 mm de la base, la leva deja 8 mm por debajo y el pie (6 mm) llega como mucho a 88 mm, por debajo de la guía G (92 mm). El punto de contacto se desplaza lateralmente e·sen φ, hasta ±12 mm, por eso el pie mide 36 mm (6 mm de margen). Con cara plana, el ángulo de presión es 0°: la fuerza de la leva es siempre vertical (salvo el rozamiento), así que la varilla no tiende a atascarse en sus guías, que son la guía G, la tapa D y la pajita de 60 mm. El regreso es por gravedad: la varilla con pie y travesaño pesa unos 3 g y cada ala, de cartón fino, ≈ 1,5 g con su centro de masas a unos 45 mm del pivote; el par de cada ala (1,5 g × 45 mm) se transmite al hilo, atado a r = 25 mm del pivote, con una tensión de ≈ 2,7 g, de modo que la leva levanta en total unos 9 g (cifras estimadas). En las alas, el hilo casi vertical convierte la carrera en giro: 25·(sen θmáx − sen θmín) = 24 mm → sen θ = ±0,48 → θ = ±29°, unos 57° por aleteo; la punta, a 100 mm del pivote, sube y baja ±48 mm. Atar el hilo más cerca del pivote (r menor) da más ángulo con la misma carrera, pero pide más fuerza y, por debajo de r = 12 mm, el ala daría la vuelta. Límite de velocidad (estimación): la varilla cae los 24 mm en t = √(2h/g) ≈ 0,07 s y el ala, que se comporta como un péndulo físico de unos 0,5 s de periodo, tarda ≈ 0,15 s en bajar; mientras la media vuelta de bajada dure más que eso (≲ 3 vueltas/s), el seguidor no se despega de la leva. El par necesario en la manivela es muy pequeño: F·e·sen φ ≈ 0,09 N × 12 mm ≈ 1 mN·m, unos 2–3 g de fuerza en el mango a 44 mm; casi todo el esfuerzo real es rozamiento en el eje y las guías.

• leva: pieza que gira y, por su forma, empuja a otra para que suba y baje.
• excéntrica: que gira alrededor de un punto que no es su centro.
• seguidor: la varilla con pie que se apoya en la leva y copia su movimiento.
• carrera: distancia entre el punto más bajo y el más alto que alcanza el seguidor (aquí, 24 mm).
• pivote: punto alrededor del cual gira una pieza; aquí, el encuadernador del hombro.
• autómata: figura que se mueve sola gracias a un mecanismo escondido.

Por edades

• 5–7 años: El adulto recorta todas las piezas, corta la ventana, perfora, monta la caja y pega la leva y el mástil. El niño pinta el murciélago, le pone los ojos, coloca los encuadernadores con ayuda y gira la manivela para descubrir el mecanismo por la ventana.
• 8–10 años: Montaje completo con un adulto para el cúter, el punzón y la silicona. Que midan ellos la leva (13 y 37 mm) antes de montarla y que ajusten los hilos hasta que las dos alas suban igual.
• 11–12 años: Que calculen la carrera (2 × excentricidad) y el ángulo de las alas antes de probar, y que lo comprueben con un transportador. Reto: diseñar una segunda leva para que el murciélago además gire la cabeza o abra la boca.

En grupo o en clase

Por parejas (uno sujeta, otro pega), 12 autómatas para una clase de 24. Antes: imprimir y recortar las piezas de la caja, cortar las ventanas, perforar todos los agujeros, cortar las brochetas (110, 170 y 35 mm) y las pajitas (60 y 25 mm), y pintar de negro las láminas de las alas el día anterior. Sesión de 2 × 60 min: la primera, caja, leva y eje (con 2 estaciones de silicona vigiladas por adultos); la segunda, mástil, varilla, murciélago y ajuste de hilos. Termina con un desfile de murciélagos y con la pregunta de qué pasaría con una leva centrada.

Retos

• Cambia la leva por una de 6 mm de excentricidad y otra de 15 mm y compara cuánto aletea cada una.
• Añade una segunda leva en el mismo eje, girada 90°, que haga subir y bajar una calabaza o una luna al lado del murciélago.
• Decora la caja como una torre encantada: píntala de morado, recorta ventanas amarillas y pega una luna de cartulina detrás del murciélago.
• Haz una colonia de 3 murciélagos en una caja más larga, con 3 levas giradas 120° entre sí para que aleteen uno detrás de otro.
• Pon un motor con reductora (3–6 V) en lugar de la manivela para que aletee solo, sin pasar de 2 vueltas por segundo.

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