Fórmula de la polea fija

Los alumnos continúan explorando la historia de la construcción de una pirámide, aprendiendo sobre la máquina simple llamada polea. Aprenden cómo puede utilizarse una polea para cambiar la dirección de las fuerzas aplicadas y mover/levantar objetos extremadamente pesados, así como las poderosas ventajas mecánicas de utilizar un sistema de poleas múltiples. Los alumnos realizan una sencilla demostración para ver las ventajas mecánicas del uso de una polea, e identifican las aplicaciones de ingeniería actuales de las poleas. En una actividad práctica, ven cómo una polea puede cambiar la dirección de una fuerza, la diferencia entre poleas fijas y móviles, y la ventaja mecánica obtenida con poleas múltiples / combinadas. También aprenden las muchas maneras en que los ingenieros utilizan las poleas para fines cotidianos.

Los ingenieros son expertos en explotar las ventajas de las máquinas simples en todo tipo de aplicaciones del mundo real que benefician a la sociedad. Incorporan las ventajas mecánicas de las poleas en el diseño de muchas estructuras, máquinas, productos y herramientas de hoy en día, como grúas, ascensores, astas de bandera, tirolinas, motores, anillos/cadenas de bicicleta, tendederos, cubos/cuerdas de pozos de agua, dispositivos de escalada, persianas y barcos de vela/pesca. Utilizando múltiples poleas junto con motores y componentes electrónicos, los ingenieros crean complejos dispositivos modernos que realizan mucho trabajo con muy poca energía.

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Una polea es una rueda situada en un eje o árbol que está diseñada para soportar el movimiento y el cambio de dirección de un cable o una correa tensada, o la transferencia de potencia entre el eje y el cable o la correa. En el caso de una polea soportada por un armazón o carcasa que no transfiere potencia a un eje, sino que se utiliza para guiar el cable o ejercer una fuerza, la carcasa de soporte se denomina bloque, y la polea puede llamarse polea.

Los primeros indicios de la existencia de poleas se remontan al Antiguo Egipto en la duodécima dinastía (1991-1802 a.C.)[1] y a Mesopotamia a principios del segundo milenio a.C.[2] En el Egipto romano, Héroe de Alejandría (c. 10-70 a.C.) identificó la polea como una de las seis máquinas simples utilizadas para levantar pesos[3] Las poleas se ensamblan para formar un bloque y una polea con el fin de proporcionar una ventaja mecánica para aplicar grandes fuerzas. Las poleas también se ensamblan como parte de las transmisiones por correa y cadena con el fin de transmitir la potencia de un eje giratorio a otro[4][5] Las Vidas Paralelas de Plutarco relatan una escena en la que Arquímedes demostró la eficacia de las poleas compuestas y del sistema de bloque y aparejo utilizando una de ellas para tirar de un barco completamente cargado hacia él como si se deslizara por el agua[6].

Polea fija simple

La polea fija se utiliza para cambiar la dirección de la fuerza de entrada, estas poleas se utilizarían para astas de bandera o con un dispositivo de elevación, la polea se suele fijar a un objeto estacionario por encima de la carga. Cuando la cuerda se tira hacia abajo, el efecto es que la carga se levanta hacia arriba, este tipo de polea no reducirá el esfuerzo necesario para levantar la carga, pero utilizando la fuerza de la gravedad y su peso a su favor. La ventaja mecánica es 1, y para levantar la carga un pie, tendrá que tirar de un pie de cuerda hacia abajo.

La polea móvil se utiliza para reducir la cantidad de fuerza de entrada para levantar una carga. El sistema más popular que utiliza esta polea sería un pozo. A diferencia de la polea fija, la polea móvil está unida a la carga y se levanta tirando de la cuerda hacia arriba, lo que hace que sea el doble de fácil levantar un objeto pesado. En este caso, una carga de 20 libras podría levantarse con sólo 10 libras de fuerza de entrada. La contrapartida es que tendrías que tirar el doble de cuerda, y la gravedad no está a tu favor tirando de ella.

Ejemplos de poleas fijas simples

Una disposición simple de dos poleas tiene una polea fija (1); la otra (2), a la que se une un peso (3), es libre de moverse. Si alguien tira del extremo libre de la cuerda, la polea móvil y el peso son arrastrados hacia arriba por el doble de la fuerza de arrastre (menos la resistencia a la fricción) porque están sujetos por dos tramos de cuerda. Pero el peso se eleva sólo la mitad de la distancia arrastrada por la cuerda.

Este polipasto de fábrica está enganchado a un soporte (1) y tiene dos poleas fijas de diferentes tamaños (2) junto con una polea móvil (4) a la que se sujeta una carga (5). Una cadena sin fin (3) pasa alrededor de todo el sistema de poleas. Si se tira de un lado del bucle de la cadena que se extiende sobre la polea fija más grande, se ejerce una fuerza mucho mayor para levantar la carga. Un tirón en el otro lado hace descender la carga.

Las poleas accionadas por correas son dispositivos de accionamiento habituales en las máquinas industriales y agrícolas. Una correa circular (sin fin) transmite el movimiento entre una polea en el eje de un motor y otra en el eje de una máquina, por ejemplo la de un torno. Dando a la polea del eje motor o motriz un diámetro diferente al de la polea del eje de la máquina o conducido, se puede variar la velocidad de rotación del eje conducido. A menudo se montan varias poleas de diferentes tamaños en el eje motor para proporcionar una gama de velocidades para el eje conducido. Esto se conoce como sistema de poleas escalonadas. El borde de una polea puede ser ancho y plano para que admita una correa ancha. Por otro lado, la cara del borde puede estar acanalada para alojar correas más estrechas con forma de V o de sección circular, lo que impide que se deslicen por la polea.