POLEAS=ROLDANAS

Las poleas son cilindros (discos de metal o de madera) que tienen en la periferia un canal y son utilizados para multiplicar las fuerzas. La fuerza que realizas sobre ellas se ve multiplicada por dos si empleas un sistema de dos poleas, por cuatro si empleas un sistema de cuatro poleas que tienen dos partes móviles, etc.

poleas

En la parte izquierda del applet vemos una sola polea, cuyo efecto es únicamente desviar la dirección de la fuerza con la que tiramos, sin restar nada a nuestra fuerza de tracción hacia abajo. Sólo debemos hacer un poco más de fuerza, una cantidad despreciable, para hacer girar tambien la polea -efecto de la polea-. Esto resulta muy ventajoso a la hora de subir un peso, pues podemos colocar un contrapeso igual al peso que queremos subir, o un poco menos, y emplear nuestro propio peso, colgándonos de la cuerda, para subir el cuerpo. El sistema bascula de un lado para otro con mucha facilidad.

Una sola polea no aumenta nuestra fuerza.

Este sistema de una polea se llama máquina de Atwood y se utiliza para hallar la aceleración de la gravedad. Se colocan dos masas desiguales, se halla la aceleración con la que se mueven y a partir de las ecuaciones formuladas para el sistema se halla "g".

g=(m1 + m2)· a /(m1-m2)

Con dos poleas la cosa cambia. Si te fijas en el aparejo formado por dos poleas, el del medio del applet, ves que una cuerda esta unida al techo y la otra es la que empleamos para colgar el cuerpo que queremos subir. Vamos a tirar de la cuerda haciéndola pasar primero por la polea móvil y dando la vuelta luego por la polea colgada del techo.

Una polea se mueve y la otra está fija.

La primera ventaja es que podemos colgar nuestro peso y la segunda es que nosotros sólo tiramos con la mitad del peso del cuerpo que queremos subir y un poco más. Utilizando dos ruedas acanaladas colocadas astutamente podemos elevar un peso de 6 N utilizando únicamente una fuerza de 3 N. Esta es la ventaja de las poleas.

Si te fijas verás que la fuerza de la izquierda la ejerce el techo (la cuerda está unida al techo). La mitad de la fuerza la pones tu y la otra mitad el techo.

Observa en el applet el sistema de cuatro poleas y fíjate que logras subir 12 N de peso empleando sólo 3 N.

En general, la fórmula para calcular la fuerza a emplear es:

fórmula poleas

Siendo "n" el número de poleas móviles.

¿Qué pasa con el recorrido de las fuerzas?

Si empleas la mitad de la fuerza, la distancia que recorres tirando hacia abajo es doble de la que sube el cuerpo. Si usas 4 poleas y empleas la cuarta parte de la fuerza, esta recorrerá 4 veces más distancia de la que sube el peso. En física se define el trabajo mecánico como la fuerza por la distancia (W=f·d). Por lo tanto deducimos que las dos fuerzas han realizado el mimo trabajo: el trabajo de la fuerza de acción es igual y opuesto al trabajo de la fuerza resistente.

(Fuerza mitad por distancia doble es igual a fuerza doble por distancia mitad)

La naturaleza nos permite que la engañemos empleando menos fuerza, pero nos exige una compensación en el recorrido.

Se define el trabajo mecánico como W=F· d

Observa que el sentido de la fuerza durante el recorrido es opuesto al sentido del desplazamiento, por lo tanto el trabajo es negativo.

Rendimiento

Siempre debemos emplear un poco más de trabajo del que quisiéramos para lograr algo. Por ejemplo, para subir un cuerpo de 100 kg a 2 metros de altura debemos subir también esa misma distancia a parte de la cuerda y la polea (o poleas) que utilizamos. Quiere esto decir que no vamos a lograr nunca rendimientos del 100%. En efecto, definimos el rendimiento como el trabajo útil (trabajo para subir sólo la masa que nos interesa) dividido por el trabajo motriz empleado. Rendimiento (en %)=(W útil / W motriz )*100