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atlas básico de tecnología El objetivo de esta obra es proporcionar al lector, tanto para el escolar como para el que realiza una consulta esporádica, un completo y fascinante panorama de las aplicaciones tecnológicas, con ilustraciones de gran claridad y precisión, acompañadas de unas breves notas sobre el origen, el desarrollo y el funcionamiento de las técnicas e inventos que han hecho posible el colosal progreso de la humanidad. Una introducción acerca de los aspectos generales de la tecnología, y un detallado índice alfabético de materias, incrementan el valor práctico y didáctico de este excepcional volumen.
ISBN: 978-84-342-2458-2
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Otros títulos: Anatomía Zoología Astronomía Biología Geografía física Botánica Fósiles y minerales Matemáticas Física y química Ecología Fisiología Gramática Ortografía Historia Universal Religiones Historia del Arte Exploraciones y descubrimientos Filosofía Inglés Música Agua Literatura Mamíferos Política Economía
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SUMARIO
Introducción .................................................................. 6 Máquinas simples ........................................................ 10 Palancas ................................................................ 10 El torno y las poleas .............................................. 10 Planos inclinados y tornillos......................................11 Cuñas ......................................................................11 Herramientas sencillas .............................................. 12 Herramientas de percusión .................................... 12 Herramientas de contacto y de corte ...................... 13 Herramientas para perforar .................................... 14 Berbiquíes y motores .............................................. 14 Herramientas para rebajar y pulir .......................... 14 Herramientas para medir y marcar ........................ 15 Herramientas para inmovilizar ................................ 15 Máquinas herramientas .............................................. 16 Maquinaria para la explotación del bosque ............ 17 Carpintería y ebanistería ........................................ 17 Máquinas para trabajar metales ............................ 18 Máquinas inteligentes y especialistas .................... 19 La máquina de vapor .................................................. 20 La máquina de Watt .............................................. 21 Primeras aplicaciones de la máquina de vapor ...... 21 Máquinas de combustión interna .............................. 22 El motor de cuatro tiempos .................................... 22 Los actuales motores a explosión .......................... 23 El motor Diesel ...................................................... 23 Los turborreactores ................................................ 24 Motores de propulsión a chorro .............................. 25
SUMARIO
La energía .................................................................... 26 Combustibles fósiles .............................................. 26 Carbón .................................................................. 26 Petróleo .................................................................. 27 Gas natural ............................................................ 29
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Producción y distribución de electricidad .................. 30 Naturaleza de la electricidad .................................. 30 Conductores y aislantes eléctricos .......................... 30 Primeros generadores de electricidad .................... 30 Electricidad y magnetismo .................................... 31
Centrales hidroeléctricas y termoeléctricas ............ 32 Centrales termonucleares ...................................... 33 Energía eólica ........................................................ 33 Energía solar .......................................................... 34 Distribución de la electricidad ................................ 35 Motores eléctricos ...................................................... 36 Motor de corriente continua......................................36 Motor de inducción y trifásicos ................................37 Los minerales .............................................................. 38 Minería .................................................................. 38 Yacimientos metalíferos .......................................... 38 Explotaciones mineras............................................ 38 Explotaciones subterráneas .................................... 39 Metalurgia .................................................................. 40 Fundición .............................................................. 40 Electrometalurgia e hidrometalurgia ...................... 41 Siderurgia .............................................................. 41 Funcionamiento de los altos hornos ...................... 42 Acero .................................................................... 42 Metalurgia del aluminio y del cobre ........................ 43 La química.................................................................... 44 La diversidad de la industria química .................... 44 Producción de ácido sulfúrico ................................ 44 Jabones y detergentes .......................................... 45 Fertilizantes inorgánicos ........................................ 45 Explosivos .............................................................. 45 Alcoholes y sus derivados ...................................... 46 Plásticos y caucho sintético .................................... 47 Papel ........................................................................47 Materiales de construcción ........................................ 48 Cabañas e iglús ...................................................... 48 Primeros materiales perdurables ............................ 49 Adobe y ladrillos .................................................... 49 Cemento Portland y hormigón ................................ 50 El vidrio .................................................................. 50 Los metales en la construcción .............................. 51 El acero y el aluminio ............................................ 51 Las aplicaciones ........................................................ 52 Obras Públicas ...................................................... 52
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La reproducción ...................................................... 74 Las técnicas de impresión ...................................... 74 Las imágenes en movimiento .................................. 75 El cinematógrafo .................................................... 75
Vehículos para el transporte ...................................... 60 El carro, la carreta y el coche .................................. 60 La diligencia............................................................ 61 El ferrocarril y las primeras locomotoras ................ 61 Trenes de alta velocidad ........................................ 62 Vehículos acuáticos ................................................ 63 La navegación marítima .......................................... 63 Navegación transatlántica ...................................... 64 Los barcos de vapor .............................................. 65 Los astilleros modernos ........................................ 65 El automóvil .......................................................... 66 El diseño de automóviles ........................................ 67 Los componentes del automóvil .............................. 67 El sistema eléctrico ................................................ 68 El sistema de transmisión ...................................... 68 Las ruedas, la suspensión y los frenos .................... 68 El sistema de dirección .......................................... 68 Autobuses y camiones ............................................ 69 La motocicleta ........................................................ 69 El transporte aéreo .................................................. 70 Globos, planeadores y dirigibles .............................. 70 Los primeros aviones ............................................ 71 ¿Por qué vuelan los aviones? ................................ 71 Fotografía, cine y artes gráficas ................................ 72 El principio de la fotografía...................................... 72 Las cámaras primitivas .......................................... 72 La película fotográfica ............................................ 73
Electrónica .................................................................. 76 El primer diodo ...................................................... 76 El transistor ............................................................ 77 Funcionamiento del transistor ................................ 77 Circuitos y chips .................................................... 78 La radio .................................................................. 79 Las ondas y la señal .............................................. 79 La televisión .......................................................... 80 Las cámaras modernas .......................................... 80 La transmisión de las imágenes ............................ 80 La recepción .......................................................... 81 La pantalla ............................................................ 81 El láser .................................................................. 82 Grabación y reproducción de discos compactos .... 83 El radar y el sonar .................................................. 84 Los rayos X y la radiología ...................................... 85 Informática .................................................................. 86 El sistema informático ............................................ 86 El tratamiento de la información ............................ 86 Los programas y los sistemas operativos .............. 87 El tratamiento de textos............................................87 Las bases de datos ..................................................87 Los ordenadores o computadores ............................88 El interior de un computador .................................. 89 Los periféricos ........................................................ 89 Redes de computadores ........................................ 90 Internet .................................................................. 90 El correo electrónico................................................ 91 Robótica ...................................................................... 92 Máquinas controladas por computador.................... 92 Los robots en la industria ........................................ 92 El robot del espacio ................................................ 93 La realidad virtual y la inteligencia artificial ..............93 Índice alfabético de materias .................................... 94
SUMARIO
Caminos y carreteras ............................................ 52 Puentes y viaductos .............................................. 53 Túneles y puertos .................................................. 54 Aeropuertos ............................................................ 55 Vías férreas ............................................................ 55 Obras hidráulicas .................................................. 56 Canales navegables y esclusas .............................. 57 Acueductos ............................................................ 58 El ciclo del agua .................................................... 58 Ferrocarriles metropolitanos .................................... 59
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LA ENERGÍA: COMBUSTIBLES FÓSILES En sus inicios, el ser humano sólo contó con sus músculos para realizar las labores que le permitían sobrevivir. Cuando consiguió dominar el fuego mejoró notablemente sus condiciones de vida y, con el tiempo, lo utilizó para fabricar objetos nuevos como utensilios de cerámica o ladrillos. Aprendió a domes-
ticar animales y utilizó su fuerza para realizar labores pesadas y tediosas y después usó la fuerza de las corrientes fluviales o el viento. Hasta hace unos pocos cientos de años ésas eran las únicas ayudas energéticas con que contaba la humanidad.
COMBUSTIBLES
CARBÓN
La gran cantidad de calor que desprenden algunas sustancias cuando arden no sólo resulta útil para calentarse y cocinar, sino que también es una forma de energía que permite modificar la materia y hacer funcionar algunos mecanismos. La madera fue el combustible más utilizado durante milenios, pero el continuo aumento de la población y los cambios en su forma de vivir ponían en peligro todos los bosques de la Tierra si no se hubieran descubierto nuevos combustibles.
El carbón fue el primer sustituto importante de la madera, cuando se aprendió a encontrar los grandes depósitos y se desarrollaron técnicas de minería que permitían su explotación intensiva. Igual que el petróleo y el gas natural, el carbón se formó en el subsuelo terrestre gracias a la acumulación y descomposición de enormes masas de materia orgánica, proveniente de vegetales y animales muertos, que se fue transformando por la acción de hongos y bacterias a lo largo de millones de años. Los depósitos de carbón pueden encontrarse tanto muy cerca de la superficie como en las profundidades de la Tierra, por lo que existen técnicas diferentes para extraerlo.
MINERÍA DEL CARBÓN
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que tienen que resolver son la sustentación de los techos de las galerías y los procedimientos para llevar el carbón a la superficie. En las explotaciones más modernas una máquina cortadora arranca el carbón, que cae sobre una cinta transportadora, mientras se van instalando por detrás de ella soportes mecánicos para el techo.
Se necesitan millones de años y una condiciones determinadas para que un bosque se transforme en petróleo y gas.
clasificación del carbón y colocación en vagonetas
ventilador principal
lavadero de carbón
escombreras
decantadores
•
•
•
• torre de extracción
•
•
MINA DE CARBÓN SUBTERRÁNEA
•
terreno de recubrimiento
•
galería transversal
pozo de extracción
•
nivel de explotación
suelo
nivel de preparación
LA ENERGÍA: COMBUSTIBLES FÓSILES
Cuando el yacimiento de carbón está muy cerca de la superficie se explota en minas a cielo abierto que en la actualidad cuentan con una gigantesca maquinaria especializada. En algunos lugares se usan norias excavadoras cuyas grandes mandíbulas dentadas arrancan trozos de aproximadamente treinta metros. El carbón arrancado cae sobre la cinta transportadora que lo lleva a los depósitos. Sin embargo, la mayoría de las minas de carbón son subterráneas y los principales problemas
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Introducción
TRATAMIENTOS DEL CARBÓN
PETRÓLEO
Primero es necesario separar el carbón de otras rocas vertiéndolo en una corriente de agua capaz de arrastrarlo, dado que es una roca ligera, y separarlo de las rocas más pesadas. La parte del carbón que se usa para producir coque, un producto indispensable en la producción de acero, se somete a carbonización en grandes hornos que están a más de 900 ºC. Durante este proceso, donde el carbón no llega a arder, se desprenden varias clases de gases y alquitrán. Otros tratamientos del carbón están encaminados a separar los compuestos de azufre que contiene y que son altamente contaminantes.
En su estado natural, el petróleo es un líquido espeso y pegajoso que se encuentra disuelto en rocas porosas del subsuelo terrestre, situadas a una profundidad de entre 150 y 8.000 metros. Los lugares que por sus características geológicas pueden contener petróleo se estudian tomando muestras del aire y del terreno y provocando pequeñas explosiones subterráneas que quedan registradas en sismógrafos, cuyos gráficos se analizan detalladamente. Cuando todos los resultados apuntan hacia la existencia de yacimientos petrolíferos, se realizan perforaciones exploratorias.
Máquinas y herramientas
La máquina de vapor
Máquinas de combustión interna
La energía y su distribución
perforación múltiple en una plataforma semisumergible
perforación vertical en una plataforma fija
•
almacenamiento del crudo
•
•
Motores eléctricos
Los minerales
Metalurgia
yacimiento
Química
Construcción pozo
• Vehículos y transporte
Sistemas de perforación petrolífera.
• Imagen
EXTRACCIÓN DEL PETRÓLEO La perforación se realiza mediante un taladro que gira dentro de un tubo de gruesas paredes que avanza al mismo tiempo. A medida que el taladro profundiza, la roca triturada y el fango ascienden por el interior del tubo hasta la boca del pozo, donde se encuentra la mesa giratoria en la que se van encajando las secciones del taladro y del tubo que se necesitan a medida que se profundiza. Para facilitar esta labor se construye una torre de perforación que permite encajar las secciones con total precisión. El conjunto se completa con el motor que hace girar el taladro y con las bombas y los tubos necesarios para extraer el fango. Cuando se llega al yacimiento, se forra el pozo con cemento, dejando un agujero de unos 8 centímetros de diámetro por donde se introduce un nuevo tubo que aísla la parte productiva del pozo. Para que el petróleo comience a salir, se introduce una carga explosiva que se hace explotar desde la superficie.
Dos operarios proceden a introducir el trépano en un nuevo pozo de la explotación petrolífera.
Electrónica
Informática
Robótica
Índice alfabético de materias
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MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Durante milenios, los materiales empleados por cada pueblo para construir dependían del clima, las materias disponibles y la clase de vida a la que se dedicaba. Al principio, se trataba de productos naturales sin elaborar que, poco a poco, fueron sufriendo transformaciones sencillas.
Cuando resultaban fáciles los intercambios comerciales y culturales, algunos pueblos introdujeron novedades extranjeras que se adaptaban a su manera de vivir, pero no fue hasta el siglo XIX cuando la cultura occidental, industrial y urbana, impuso un modelo casi uniforme de construir.
MATERIALES PRIMITIVOS Durante los primeros milenios, los seres humanos, que eran exclusivamente nómadas, para pasar la noche se limitaban a aprovechar las posibilidades del terreno, el cual hacían más confortable mediante ramas y hojas, a semejanza de como siguen haciéndolo los chimpancés y gorilas en la actualidad. Quienes aprendieron a seguir los
rebaños descubrieron cómo usar las pieles para construir refugios ligeros y confortables. Algunas culturas que practican la ganadería itinerante y que han sobrevivido hasta hoy combinan las pieles, ramas flexibles y telas para realizar vistosas y variadas viviendas temporales fáciles de desmontar.
CABAÑAS E IGLÚS Algunos pueblos pastores construyen viviendas semipermanentes rellenando un entramado de ramas con una mezcla de tierra y estiércol animal amasada con agua, que al secarse se endurece. En la techumbre se combinan ramas y pieles, que también se utilizan en la puerta y para el recubrimiento interior. En los iglús fabricados por los esquimales sólo se utilizan bloques de hielo, que protege tanto del frío que mientras en el interior la temperatura es de 0 ºC en el exterior puede ser inferior a los –30 ºC.
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Hace muchos miles de años, el hombre ya construía tiendas ligeras de pieles y ramas. Esto le permitía desmontarla y montarla con rapidez y desplazarse a lugares donde había mejores condiciones para la caza.
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Las cabañas de los masai (África) están hechas mediante una mezcla de tierra y estiércol, resultando muy aislantes del tórrido sol.
TEJADOS Los materiales empleados para cubrir las casas pueden ser vegetales, como la paja, las hojas de palmera, las ramas secas, la madera o la hierba plantada; minerales, como la pizarra; de origen animal, como las pieles, o fabricados por el hombre, como el ladrillo, las tejas y las láminas metálicas.
El iglú está construido en forma de cúpula con bloques de hielo; estos bloques se soldan entre sí por contacto.
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Introducción
PRIMEROS MATERIALES PERDURABLES Máquinas y herramientas
La piedra y la tierra pisada fueron, seguramente, los dos primeros materiales duraderos que se utilizaron en la construcción. Para construir las casas de piedra más primitivas primero se hacía un agujero en la tierra y luego se lo rodeaba con piedras apiladas, que no solían sobrepasar un metro de altura; no tenían ventanas y el techo consistía en ramas sujetas con piedras. Las casas de tierra pisada se construyen vertiendo una mezcla de tierra arcillosa y paja, amasada con agua, entre dos troncos o tablones horizontales donde se la pisa, para darle mayor consistencia y extraer el agua sobrante. Este sistema permite hacer casas grandes con ventanas, pero requiere paredes muy gruesas cuando se usan vigas para el tejado.
La máquina de vapor
Máquinas de combustión interna
En Yemen (Asia Menor) hay dos tipos de construcciones: en adobe (derecha), empleada en lugares calurosos, y en piedra (izquierda), utilizada en zonas montañosas y lluviosas.
La energía y su distribución
Motores eléctricos
ADOBE Y LADRILLOS El adobe es una variante de la tierra pisada que consiste en fabricar bloques de tamaño mediano con los mismos materiales y dejarlos endurecer al sol. Los bloques se fijaban con la misma masa, todavía húmeda, a la que en ocasiones se le añadía cal. La cocción de piezas de arcilla para endurecerla es una técnica muy antigua que se utilizó hace más de seis mil años en Asia para fabricar ladrillos. El uso combinado de ladrillos y vigas de madera permitió la construcción de casas de más de un piso, con varias habitaciones, puertas y ventanas.
MATERIALES COMPLEMENTARIOS Cuando se empezaron a construir casas grandes que necesitaban ventanas, era necesario encontrar un material que dejara pasar la luz pero que impidiera la entrada del agua y el viento. En algunos lugares se utilizó el pergamino, una piel curtida y trabajada hasta que se hacía traslúcida, mientras que en otros se usó el papiro, una especie de papel resistente hecho con fibras de la planta del mismo nombre. En los suelos se usaban tablones de madera pulida, losas planas de piedra o de arcilla cocida, aunque lo más frecuente es que se cubriera la tierra pisada con alfombras o esteras de fibras vegetales.
Los minerales
Metalurgia
Química
Construcción
Vehículos y transporte
Imagen
Electrónica
Informática
➜ Por su facilidad para trabajarla, la madera ha sido un material constructivo presente en todos los tiempos. Su gran inconveniente ha sido siempre la facilidad con que arde.
Robótica
El ladrillo es un material que se viene utilizando desde hace más de 5.000 años. Por lo general se utiliza como material constructivo (a la izquierda, casa de Saint-Bertrand-de-Comminges, en Francia), pero también se lo emplea como material arquitectónico o artístico (derecha, torre románica de Saint-Sernin, en Toulouse, Francia).
Índice alfabético de materias
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EL TRANSPORTE AÉREO. GLOBOS Y PLANEADORES El sueño de volar como las aves era uno de los que parecía menos realizable hasta tiempos muy recientes. El estudio del comportamiento de los gases permitió, hacia finales del siglo XVIII, la construcción de globos aerostáticos que utilizaban aire caliente para ascender, pero no fue hasta un siglo después, a finales del XIX, que se encontró la manera de dotarlos de un sistema que permitiera dirigirlos. Se pusieron también de moda los planeadores, construidos con tela y maderas ligeras, que aprovechaban las corrientes de aire caliente para efectuar vuelos sobre los que se tenía muy poco control.
PARTES PRINCIPALES DE UN GLOBO
•
En la actualidad existen varios proyectos para volver a introducir el dirigible como medio de transporte de carga, sobre todo en distancias medias, aprovechando que no necesita grandes espacios para aterrizar.
quemador
panel de control (velocidad, oxígeno, altura, etc.)
➜
•
•
cesta
bombonas de oxígeno
•
•
EL DIRIGIBLE, EL PRIMER INTENTO SERIO La idea de colocar una máquina de vapor que moviera una hélice en la barquilla de un globo fracasó repetidamente, e incluso cuando se inventó el motor de combustión interna, menos pesado que aquélla, resultaba imposible que el globo venciera la resistencia del aire. El inventor alemán August Heinrich von Zeppelin construyó un globo de aluminio, con forma de puro, que disminuía el rozamiento y que, impulsado con motores de explosión, fue capaz de volar con éxito el 2 de julio de 1900, inaugurando así la era del transporte aéreo. Tres tipos de dirigibles de principios del siglo XX: arriba, Patrie; en el centro, Zeppelin; abajo, Perceval.
VEHÍCULOS AÉREOS
PERSEGUIDOS POR LA TRAGEDIA
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El globo dirigible o zeppelin, como también se le llamaba en honor de su inventor, demostró durante cerca de treinta años que no solamente era capaz de efectuar vuelos a distancias cortas y medias, sino que también podía ser utilizado en travesías oceánicas, con la ventaja añadida de que no necesitaba espacios especialmente acondicionados para despegar y aterrizar. Tuvo éxito como medio de transporte de personas y mercancías hasta que una serie de accidentes, finalizados con una gran tragedia, obligaron a prohibir su uso. La causa era que el globo se llenaba con hidrógeno, un gas mucho menos pesado que el aire, pero en extremo combustible. Los actuales dirigibles, empleados sobre todo con fines publicitarios, utilizan el helio, un gas más caro pero inocuo.
Frente al gran tamaño y poca maniobrabilidad de los dirigibles, el avión supuso una auténtica revolución. En el dibujo, el Spirit of Saint Louis, de Charles Lindberg, quien hizo la primera travesía en solitario del Atlántico en 1925.
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Introducción
LOS PRIMEROS AVIONES
¿POR QUÉ VUELAN LOS AVIONES?
Hacía 50 años que existían los planeadores cuando los hermanos Wilbur y Orville Wright consiguieron, en 1903, que uno de estos aparatos, provisto de un motor de explosión, volara 250 metros, culminando así las experiencias fallidas que otros pioneros de la aviación llevaban haciendo desde unos años antes. Para conseguirlo, los hermanos tuvieron que inventar los alerones móviles, que permitían controlar el aparato, y perfeccionar un motor que fuera potente y ligero.
Para que un cuerpo más pesado que el aire vuele, es necesario que actúe sobre él una fuerza, al menos igual que su peso, en dirección contraria al centro de la Tierra. Las aves que planean, las alas delta, los parapentes y los planeadores la obtienen de las corrientes ascendentes de aire recalentado, pero fuera de ellas las aves han de batir sus alas y los aparatos mencionados no pueden volar. Los aviones aprovechan el hecho de que el aire no puede seguir por completo el contorno de los objetos que se mueven rápidamente en él, utilizando alas cuyo perfil facilita que en su parte trasera y superior se desprenda el aire y se cree un vacío, de manera que la fuerza ejercida por el aire debajo del ala compensa el peso del avión. Este efecto depende tanto de la velocidad del avión como de la superficie y la forma del ala.
ala
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Principio de sustentación del ala de un avión.
LOS AVIONES MODERNOS En la actualidad, existe una gran variedad de aviones: pequeñas avionetas de una o dos plazas movidas por un motor de hélice, grandes aviones que transportan más de 300 pasajeros en vuelos transoceánicos, propulsados por cuatro motores turborreactores, aviones que tienen dos motores de hélices o dos o tres motores a reacción...
A pesar de lo poco natural que resulta ver suspendidos en el aire aparatos tan pesados, los aviones han demostrado ser aparatos extraordinariamente seguros.
•
Motores eléctricos estabilizador
•
•
timón
deriva
•
alerones
SECCIÓN DE UN AVIÓN COMERCIAL
Metalurgia
•
reactor
Química
compartimentos de pasajeros
•
compartimento de carga fuselaje
• radar
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•
Construcción
•
•
•
tren de aterrizaje delantero
Máquinas de combustión interna
Los minerales ala en flecha
•
cabina
La máquina de vapor
La energía y su distribución
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vacío
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Máquinas y herramientas
tren de aterrizaje
Vehículos y transporte
•
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acceso delantero principal
Imagen
EL HELICÓPTERO El ingeniero norteamericano Igor Ivan Sikorsky logró, en 1939, una máquina sin alas que era capaz de volar gracias a una gran hélice situada en su parte superior. La depresión que crea la rotación de la hélice mantiene al helicóptero suspendido en el aire incluso estando quieto, pero se necesita una segunda hélice más pequeña que gire en un plano perpendicular a la otra para controlar el aparato.
Aunque el helicóptero no puede alcanzar grandes velocidades, posee una extraordinaria maniobrabilidad.
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