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Las poleas son ruedas que se mueven con cuerdas, cadenas o correas colocadas alrededor de sus surcos.
En una polea propulsada por una correa, una correa continua une las ruedas de dos poleas. La rueda a la que se aplica la fuerza externa (esfuerzo) se denomina rueda motriz, y la otra es la rueda propulsada. La rueda motriz de la polea ofrece la fuerza de entrada, y la rueda propulsada de la polea ofrece la fuerza de salida. Cuando gira la rueda motriz, la correa se mueve y hace que gire la rueda propulsada en el mismo sentido. Si la rueda motriz es más pequeña que la rueda propulsada, la rueda propulsada gira más lentamente que la rueda motriz.
Las poleas propulsadas por correas utilizan la fricción de una correa para transmitir el movimiento. Si la correa está demasiado tensa, creará fuerzas de fricción inútiles en el eje y el rodamiento de la polea. Si la correa está demasiado floja, resbalará y el esfuerzo no se utilizará con eficacia. El deslizamiento es una característica de seguridad de protección de sobrecarga en las máquinas que funcionan con correas.
Para realizar trabajos de elevación difíciles, pueden combinarse varias ruedas de polea en un sistema de elevación que haya más sencilla la elevación de objetos pesados.
Utilizar una sola polea para elevar una carga no hace las cosas más sencillas, pero cambia la dirección de movimiento sin ventajas en cuanto a velocidad o esfuerzo necesario. Sólo permite elevar una carga tirando de una cuerda. Las poleas pueden ser móviles o fijas. La diferencia entre poleas fijas y móviles es que las poleas fijas no se mueven hacia arriba o hacia abajo al mover la carga. Una polea fija a menudo se fija a un eje elevado o viga, y sólo puede girar alrededor de su propio eje. El uso de ruedas de polea múltiples sobre un eje en un sistema de elevación o arrastre, se denomina aparejo.
Puedes encontrar ejemplos comunes de poleas en persianas, cortinas y astas de banderas.
En la figura, la polea de arriba está fija al techo, por eso es una polea fija. La polea de abajo está "colgando", así que al jalar (y soltar) la cuerda puede moverse hacia arriba y hacia abajo. Esta es una polea móvil
Las poleas fijas permiten cambiar la dirección en la que se aplica la fuerza para levantar el objeto pesado, pero no contribuyen a disminuir el esfuerzo necesario.
Las poleas móviles sí reducen el esfuerzo necesario para levantar el peso. Solo que a cambio de disminuir el esfuerzo, se incrementa la distancia que se tiene que jalar la cuerda.
El motivo por el cual se disminuye el esfuerzo necesario es el siguiente: imagina que hay dos personas levantando una roca:
Cada una de ellas solo tiene que soportar la mitad de lo que pesa la roca. Lo mismo ocurre si una de esas personas se remplaza por una estructura fija (por ejemplo, un árbol). Obviamente, el árbol no se moverá (la que se mueve es la polea móvil) pero aun así el árbol está aportando la mitad de la fuerza que se necesita para levantar la roca.
Sin embargo, no será fácil levantar el peso jalando la cuerda hacia arriba. Pero combinando ambas poleas se logran ambos beneficios: levantar el peso con la mitad del esfuerzo, jalando la cuerda hacia abajo:
Ventaja Mecánica
Ventaja Mecánica
La ventaja mecánica de un sistema de poleas se puede calcular contando el número de trozos de cuerda que se encuentran unidas a la carga (eslingas), o bien, a las poleas móviles que soportan la carga directamente. Ejemplos
Imagina que necesitas levantar un objeto pesado, como una roca o un animal. Si tus brazos no tienen la fuerza necesaria, no podrás levantarlo. Para lograrlo podrías utilizar un sistema de poleas.
Aquí, solo se tiene una polea fija. Como las poleas fijas no ayudan a disminuir el esfuerzo, lo único que cambia es la dirección: en vez de jalar la cuerda hacia arriba se tiene que jalar hacia abajo. Así que no será necesario que subas al árbol para jalar la cuerda hacia arriba.
Aquí, se tiene una polea fija que cambia la dirección del movimiento (se tiene que jalar la cuerda hacia abajo), y además se tiene una polea móvil, con lo cual el animal se puede levantar como si pesara la mitad. Si el animal tiene un peso digamos de 100kg, con este sistema de poleas se puede levantar como si solo pesara 50kg. Sin embargo, la cuerda se tiene que jalar una distancia que es el doble de lo que se levanta el animal.
Aquí se tienen 2 poleas móviles, con lo cual se tienen en total 4 trozos de cuerda que llegan directamente al animal (la carga). Por lo tanto, será 4 veces más fácil levantarlo. Si el animal pesa digamos 100kg, con este sistema de poleas se puede levantar como si solo pesara 25kg. Sin embargo, la cuerda se tiene que jalar una distancia 4 veces mayor.
La ventaja de una polea reside en el intercambio de fuerza y distancia. En general, lo que se gana en fuerza útil se pierde en distancia de desplazamiento. La forma más precisa de calcular la ventaja mecánica de una polea propulsada por correas es dividir el diámetro interior de la polea propulsada por el diámetro interno de la polea motriz. También puedes comparar el número de revoluciones de la polea propulsada con una revolución de la polea motriz. No obstante, el deslizamiento podría afectar a la precisión de tu comparación.
Existen dos formas de determinar la ventaja mecánica de un sistema de poleas. La manera más sencilla de determinar la ventaja mecánica es contar el número de eslingas (o cuerdas de elevación activa) que se encuentran unidas a la carga. También puedes dividir la distancia del esfuerzo por la distancia de la carga.
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