¿Cómo funcionan las poleas?

Introducción

Las máquinas simples fueron desarrolladas por la gente para reducir los esfuerzos requeridos para un trabajo particular. Para levantar un objeto particular de cierto peso, hay que aplicar una cantidad igual de fuerza en dirección opuesta. Por ejemplo, para levantar una caja de 10 kilogramos, hay que aplicar una fuerza equivalente de 10 kilogramos en dirección ascendente. Esto es un poco agotador, ya que la fuerza tiene que aplicarse en contra de la fuerza gravitacional. Por ello, se inventaron las poleas como máquinas sencillas que sirven para levantar o tirar de un objeto con un esfuerzo reducido. Vamos a discutir los procesos de cómo funcionan las poleas de una manera más detallada.

¿Qué son las poleas?

Las poleas se consideran como una de las máquinas simples básicas que se han descubierto y que se utilizan para levantar objetos. El primer uso de las poleas fue realizado por la gente de las antiguas civilizaciones egipcia y mesopotámica. Las poleas están formadas por una combinación de ruedas fijadas a un eje. Estas ruedas son gruesas y contienen ranuras en la parte central para permitir el libre movimiento de cuerdas o cables alrededor de ella sin ninguna resistencia.

Imagen: Una polea simple con una cuerda fijada con un eje

A menudo se colocan múltiples poleas juntas en un mismo sistema para reducir el esfuerzo que se utiliza para levantar o tirar de un objeto específico. Un aumento del número de poleas reduce el esfuerzo manual necesario.

Imagen: Múltiples poleas colocadas juntas para reducir el esfuerzo

Como se muestra en la imagen anterior, múltiples poleas reducen el esfuerzo requerido para levantar una carga. La carga aquí tiene un peso de 100N, y la fuerza que hay que aplicar es de 33,5N. Veamos los detalles elaborados de cómo funcionan las poleas.

¿Cómo funcionan las poleas?

Las poleas se utilizan en múltiples sectores de trabajos que están asociados con la elevación y el arrastre de ciertos objetos que tienen mayor masa o peso. Como su nombre indica, Polea se ha derivado de la palabra Tirar. Como ya se ha dicho, las poleas se fijan en un eje en la parte central de la rueda para permitir el movimiento circular libre alrededor de ella. La rueda tiene una ranura en la que se puede colocar una cuerda o un cable. La cuerda o el cable se tira de un extremo para que la carga pueda elevarse o moverse en la dirección deseada. Centrémonos en algunos sistemas en los que se pueden utilizar las poleas.

• ¿Cómo funcionan las poleas de una rueda?

Los sistemas de poleas de una rueda contienen el uso de una sola polea alrededor de la cual se coloca la cuerda. En estos casos, la carga está fijada en un extremo de la cuerda, o la carga está unida al eje de la polea.

– Elevación de un objeto con la ayuda de un sistema de poleas de una rueda (Carga unida a la cuerda)

Imagen: Sistema de polea fija simple

Como se muestra en la imagen anterior, una carga de 100 libras está unida a un extremo de la cuerda. La cuerda pasa por un sistema de poleas de una sola rueda y llega al otro lado. Normalmente, si una persona levanta manualmente el peso, tiene que ejercer una fuerza en dirección ascendente (contra la atracción gravitatoria de la Tierra) para levantarlo. Esto será en contra de la Fuerza Gravitacional que está presente en la Tierra. Sin embargo, con la ayuda de una polea, se cambia la dirección en la que se aplica la fuerza. Como resultado, el esfuerzo requerido para levantar el objeto se reduce (ya que la fuerza se aplica hacia la Tierra). Si se tira de la cuerda 1 metro, el peso también se levanta 1 metro, ya que la longitud de la cuerda es fija.

Nota importante: En el caso de una sola polea fija, la fuerza de tensión que actúa sobre toda la cuerda es la misma que la masa del objeto en Newton.

– Levantar un objeto con la ayuda de un sistema de poleas de una rueda (Carga unida a la polea)

Imagen: Sistema de polea móvil simple

Una sola polea fija tiene una ventaja mecánica de 1 porque el esfuerzo (fuerza) aplicado es igual a la masa levantada. Sin embargo, en el caso de una sola polea móvil, la ventaja mecánica es de 2. Esto se debe principalmente a que el esfuerzo (fuerza) que hay que aplicar es la mitad de la masa que se quiere levantar.

Una polea móvil tiene la carga unida al eje o flecha y un extremo de la cuerda o cable está fijo. El otro extremo de la cuerda se tira en la misma dirección que el peso. Toda la polea se mueve alrededor de la cuerda cuando se levanta el peso. Como un extremo de la cuerda está fijado a una estructura sólida y la polea cuelga en medio, ambos lados de las cuerdas soportan la fuerza de la carga. Como resultado, la masa del objeto se reduce a la mitad, y sólo hay que aplicar la mitad de la fuerza para levantar el objeto.

Nota importante: En el caso de un sistema de polea móvil, la fuerza de tensión que trabaja en la cuerda a cada lado es la mitad de la masa que se está levantando. Por lo tanto, si se levanta un objeto de masa ‘M’, la tensión en cada lado de la cuerda es M/2.

• ¿Cómo funcionan las poleas de dos ruedas?

El aumento de ruedas en un sistema de poleas ayuda a la reducción del esfuerzo que se requiere para levantar la carga. La ventaja mecánica se obtiene con el aumento del número de ruedas en un sistema de poleas. La ventaja mecánica es la relación entre la cantidad de peso y el número de tramos en que se divide la cuerda. Una polea con dos ruedas suele colocarse principalmente en una combinación en la que una polea es fija y otra móvil.

Imagen: Sistema de poleas de dos ruedas

El uso de un sistema de poleas de dos ruedas es casi similar al uso de una sola polea móvil, ya que se obtiene la misma ventaja mecánica. Sin embargo, hay dos diferencias principales en este caso:

• En primer lugar, la fuerza se aplica hacia abajo para levantar un objeto hacia arriba. Esto ayuda a anular la fuerza gravitacional que actúa sobre la carga.
• En segundo lugar, para levantar un objeto en una distancia x, la cuerda tiene que ser tirada en una distancia 2x. Esto se debe principalmente a que la cuerda está ahora dividida entre los dos sistemas de poleas y tiene dos secciones de tensión. Cada sección de la cuerda tiene que moverse para levantar el peso. Así, un movimiento de x distancia en cada sección de la cuerda elevará la carga en x distancia. Para mover las dos secciones de la cuerda una distancia x, hay que tirar de una longitud equivalente de la porción 2x.

• ¿Cómo funcionan las poleas de cuatro ruedas?

Imagen: Sistema de poleas de cuatro ruedas

En el caso de un sistema de poleas de cuatro ruedas, hay una reducción adicional del esfuerzo que se requiere para levantar un objeto. Esto se debe principalmente a que la cuerda se enrolla cuatro veces alrededor del sistema de poleas, ignorando el extremo libre que se tira hacia abajo. Como resultado, la masa del objeto o la fuerza que actúa hacia abajo a través de la carga se divide por cuatro veces. En consecuencia, la persona que tira del extremo libre de la cuerda sólo tiene que aplicar una cuarta parte de la fuerza para levantar el objeto. Sin embargo, para levantar el objeto una distancia x, la persona que tira de la cuerda tiene que aplicar una longitud equivalente de 4x.

Conclusión

Las poleas son una de las máquinas simples más utilizadas en diversos sectores industriales y mecánicos. El desarrollo con el tiempo ha aumentado la eficacia de las poleas. El diseño ha permitido obtener la ventaja mecánica del sistema de cuatro poleas utilizando sólo dos poleas, simplemente aumentando el número de ranuras en una sola polea. Para saber más sobre cómo funcionan las poleas, visite el sitio web de Pulley India y obtenga información detallada.