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¿Cuál es un ejemplo del sistema de polipasto y polea?

Escrito por paul dohrman | Traducido por florence e. smith
¿Cuál es un ejemplo del sistema de polipasto y polea?

El sistema de poleas o polipasto funciona como palanca a la hora de levantar cargas.

polea image by juanjo tugores from Fotolia.com

El sistema de poleas o el de polipasto usa poleas en grupos llamados bloques. El polipasto consta de una línea que viaja a través de poleas. La combinación de varias poleas en un bloque puede parecer redundante al principio, pero brinda un efecto de palanca importante, o una ventaja mecánica, tal como una palanca y un fulcro reducen la fuerza necesaria para mover una carga. Los sistemas de polipasto son comunes en lo náutico; históricamente, se cree que es donde fueron aplicados por primera vez.

Efecto de palanca

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En realidad, tener tantas poleas juntas en un bloque brinda un efecto de palanca extra. Supón que lo que tira la línea tira 10 pies (3 m) de cuerda, pero la carga sólo sube 2 pies (61 cm). La ventaja mecánica fue de 5-a-1, y el tirador sólo tuvo que tirar con un una fuerza de 1/5 del peso de la carga, aunque en una distancia mayor. Esto es lo mismo que un fulcro ubicado, de modo tal que el borde con la carga de la palanca es sólo de una unidad de largo, mientras que el borde que presiona es de 5 unidades de largo, de vuelta con una ventaja mecánica de 5-a-1. La ventaja proviene de la ley de conservación de energía, ya que fuerza por distancia aplicada es igual al trabajo (energía) aplicada. Baja fuerza por gran distancia de aplicación es lo mismo que alta fuerza (carga) por corta distancia.

Un ejemplo de poleas ineficiente

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Son preferibles las líneas verticales, de modo que no se introduzca ninguna fuerza lateral, para incrementar la tensión. Por ejemplo, en el diagrama, las líneas sesgadas no sólo tienen que sostener la carga, sino que también deben luchar con la fuerza lateral que cada uno produce contra el otro. En las dos distancias diagonales en el diagrama, su tensión se usa oblicuamente para luchar contra la dirección vertical de la gravedad de la carga. Este es un beneficio importante de mantener las poleas en un bloque. Para poner cifras, imagínate que la carga en el diagrama pesa 100 newtons. Si las líneas fueran todas verticales, la ventaja mecánica del sistema de poleas sería de 4-a-1, ya que cuatro líneas necesitarían, cada una, acortarse una unidad para que la carga pueda subir una unidad. En otras palabras, el tirador deberá tirar la cuerda cuatro unidades. Entonces, cada línea estaría levantando 25 newtons. Pero con la introducción de la fuerza lateral, la tensión es de más de 25 newtons cada línea, y el tirador debe tirar más de 25 newtons sólo para sostener la carga en el aire.

Un ejemplo de Arquímedes

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Se cree que Arquímedes ha inventado el sistema de poleas. Él presumía saber cómo tirar un bote al agua usado sólo su fuerza. Cuando el Rey Kieron escuchó ésto, desafió a Arquímedes a demostrarlo. Luego, Arquímedes improvisó un sistema de poleas y levantó todo un buque de guerra, lleno de hombres y de carga, en el agua con su propia fuerza.

Poleas diferenciales

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Otro ejemplo del sistema de polipasto es el de poleas diferenciales, que se suele ver en talleres de reparación de auto, en los que se deja parte de la curva cerrada colgando. Una polea diferencial es diferente de una regular ya que una rueda del bloque es un poco más pequeña que la otra; también, las poleas del bloque están unidas entre ellas. El polipasto es una cadena de curva cerrada, que pasa a través de las tres poleas. Si las poleas del bloque fueran del mismo tamaño, la carga no podría ser levantada: la rotación de las poleas dejaría la misma distancia que la otra polea consumiría. Pero como una polea es más pequeña, la carga puede levantarse. Como se necesita mucha distancia de cadena para levantar un poco de la carga, la ventaja mecánica es tremenda. A pesar de la capacidad de levantarla, la carga, al tirar de los dos lados del bloque, evita que las poleas se desenrollen, ya que las poleas grandes y pequeñas están conectadas. La parte de la cadena que tira puede estar floja mientras que la carga está en el aire.

Ventaja mecánica

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Para calcular la ventaja mecánica de una polea diferencial, pregunta qué distancia se toma en un tipo del bloque de poleas. Supón que la polea más grande tiene un radio R y la pequeña un radio r. Entonces, en un tiro del bloque, la polea menor liberará un largo de 2r de la cadena. La mayor, que está conectada a la menor, tomará un largo de 2R de la cadena. Entonces, hay 2(R-r) menos de cadena en la cual la carga cuelga. Por el duplicado, la carga se ha levantado la mitad de su distancia, o (R-r). Mientras tanto, la distancia de la cadena que se tiró para que el bloque girara una rotación es de 2R. Por lo tanto, la ventaja mecánica es la distancia tirada dividida por la distancia leventada = 2?R / [?(R-r)] = 2R/(R-r). Cuanto más cerca se encuentre r de R, mayor será la ventaja mecánica.

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