Polea para niños
Una polea es una máquina simple, un aparato mecánico que nos ayuda a mover objetos. Imagina una rueda con un canal por donde pasa una cuerda. Esta rueda gira sobre un eje central. Las poleas nos permiten transmitir una fuerza y, si usamos varias juntas (en sistemas llamados polipastos), podemos levantar cosas muy pesadas con menos esfuerzo.
Desde hace mucho tiempo, las poleas han sido útiles. Las primeras pruebas de su uso se encontraron en el Antiguo Egipto y en Mesopotamia, hace miles de años. En el Egipto romano, un sabio llamado Herón de Alejandría las incluyó entre las seis máquinas simples más importantes para levantar pesos. Las poleas también se usan en sistemas de correas y transmisión de cadena para pasar el movimiento de un eje a otro.
Contenido
Historia de las Poleas
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Una historia famosa sobre las poleas la contó Plutarco en su libro Vidas paralelas. Él relata que Arquímedes, un gran inventor, le escribió al rey Hierón de Siracusa diciendo que con la fuerza adecuada podría mover cualquier peso. ¡Incluso bromeó con que si hubiera otra Tierra, podría moverla!
El rey Hierón, asombrado, le pidió a Arquímedes que le hiciera una demostración. Acordaron que el objeto a mover sería un barco de la armada real. El rey pensaba que sería imposible sacar el barco del agua sin muchísimos hombres. Pero, según Plutarco, Arquímedes cargó el barco con pasajeros y cosas, se sentó a una distancia y, tirando de una cuerda, ¡levantó el barco del agua sin mucho esfuerzo! Lo hizo de forma tan suave como si el barco siguiera en el mar.
¿Cómo está hecha una Polea?
Una polea tiene tres partes principales:
- La llanta: Es la parte exterior de la rueda. Tiene un canal por donde pasa la cuerda o la correa. Su forma es muy importante para que la cuerda se ajuste bien.
- El cuerpo: Si la polea es pequeña, suele ser una pieza sólida. Si es grande, tiene "brazos" o "nervios" que conectan la llanta con el centro.
- El cubo: Es el agujero en el centro de la polea. Por aquí pasa el eje que la sostiene. Hoy en día, muchos cubos tienen una forma cónica para que sea más fácil montarlos.
Tipos de Poleas y sus Usos
Las poleas se pueden clasificar de varias maneras, según cómo se muevan o cómo se usen:
Poleas Fijas y Móviles
- Poleas fijas: Son aquellas que están sujetas a un punto fijo, como una pared o el techo de un edificio. Cuando las usas, la polea no se mueve de su lugar. Solo cambia la dirección de la fuerza que aplicas. Por ejemplo, si tiras hacia abajo, la carga sube.
- Poleas móviles: Estas poleas se mueven junto con la carga que estás levantando. Un extremo de la cuerda se sujeta a un punto fijo, y la polea se desplaza, generalmente hacia arriba o hacia abajo. Una sola polea móvil puede ayudarte a levantar el doble de peso con la misma fuerza.
Poleas Simples y Compuestas
- Polea simple: Es una sola polea que funciona por sí misma.
- Polea compuesta: Son sistemas donde varias poleas se unen para trabajar juntas. El objetivo es conseguir una gran ventaja mecánica, lo que significa que puedes levantar objetos muy pesados con muy poco esfuerzo.
Polipastos o Aparejos
Los polipastos son el tipo más común de sistema de poleas compuestas. En un polipasto, las poleas se dividen en dos grupos: uno fijo y otro móvil. La carga se engancha al grupo de poleas móviles. Cuantas más poleas tenga el polipasto, menos fuerza necesitarás para mover la carga.
Sistemas de Cuerdas y Poleas
Un sistema de cuerda y polea, también conocido como bloque y aparejo, usa una sola cuerda continua que pasa por una o más poleas para levantar o mover una carga. Este sistema es una de las máquinas simples más importantes.
Si el sistema de cuerda y polea no pierde energía por fricción o por el peso de las poleas, la ventaja mecánica es igual al número de partes de la cuerda que sostienen la carga. Por ejemplo, si cuatro partes de la cuerda sostienen la carga, la fuerza que necesitas aplicar es cuatro veces menor que el peso de la carga.
¿Cómo funcionan?
Para entender cómo funcionan, imaginemos que las poleas y las cuerdas no pesan nada y no hay fricción. También asumimos que las cuerdas no se estiran.
En un sistema equilibrado, las fuerzas sobre el bloque móvil deben ser cero. La tensión en la cuerda es la misma en todas sus partes. Si dos partes de la cuerda sostienen un bloque móvil, cada parte soporta la mitad de la carga.
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Polea fija
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Diagrama 1: La carga F sobre la polea móvil se equilibra con la tensión en las dos partes de la cuerda que sostienen la polea.
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Polea móvil
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Diagrama 2: Una polea móvil levanta una carga W y es sostenida por dos partes de la cuerda con tensiones W/2 cada una.
Existen varios tipos de sistemas de poleas:
- Fija: Una polea fija tiene su eje unido a una estructura de soporte. Cambia la dirección de la fuerza.
- Móvil: Una polea móvil tiene su eje en un bloque que se mueve. Una sola polea móvil es sostenida por dos partes de la misma cuerda y duplica la ventaja mecánica.
- Compuesta: Una combinación de poleas fijas y móviles forma un bloque y aparejo. Esto aumenta aún más la ventaja mecánica.
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Diagrama 3: El aparejo de pistola "tiro con ventaja" tiene la cuerda unida a la polea móvil. La tensión en la cuerda es W/3, dando una ventaja de tres.
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Diagrama 3a: El aparejo Luff añade una polea fija "tiro con desventaja". La tensión en la cuerda sigue siendo W/3, dando una ventaja de tres.
La ventaja mecánica de un aparejo de pistola puede aumentar si se cambian los bloques fijos y móviles. Si la cuerda se une al bloque móvil y se tira en la dirección de la carga, la ventaja es mayor. En el Diagrama 3, tres partes de la cuerda soportan la carga "W", lo que significa que la fuerza necesaria es "W/3". Así, la ventaja mecánica es tres.
Si añadimos una polea al bloque fijo de un aparejo de pistola, la dirección de la fuerza de tracción cambia, pero la ventaja mecánica sigue siendo la misma (Diagrama 3a). Esto se conoce como aparejo Luff.
Sistemas de Correas y Poleas
Un sistema de correa y polea tiene dos o más poleas unidas por una correa. Esto permite transmitir potencia, par motor y velocidad entre ejes. Si las poleas tienen diámetros diferentes, se obtiene una ventaja mecánica.
Las transmisiones por correa son parecidas a las transmisiones por cadena. Sin embargo, una polea de correa puede ser lisa, sin dientes. La ventaja mecánica se calcula por la relación de los diámetros de las poleas.
En las poleas con forma de tambor, sin ranuras, la superficie suele ser un poco curva para mantener la correa plana centrada. A veces se les llama poleas coronadas. Aunque antes se usaban mucho en fábricas, todavía se encuentran en aspiradoras, lijadoras de banda y sierras de cinta. Los tractores antiguos también tenían una polea para una correa plana. Hoy en día, se usan más otros sistemas como la toma de fuerza o la hidráulica.
Así como los diámetros de los engranajes determinan la relación de transmisión y los cambios de velocidad, los diámetros de las poleas hacen lo mismo. Las poleas cónicas o escalonadas permiten tener varias relaciones de transmisión en un sistema de correa y polea. Esto es como una caja de cambios en un coche. Las poleas escalonadas con correas en V son muy comunes en las prensas de taladro para cambiar la velocidad.
La fricción es muy importante en los sistemas de correas y poleas. A veces, las poleas se recubren con un material, como goma, para mejorar la fricción entre la correa y la polea. Esto ayuda a que la correa no se resbale y dure más tiempo.
Otros temas relacionados
- Palanca
- Plano inclinado
- Tornillo
- Polipasto
Véase también
En inglés: Pulley Facts for Kids
