Una polea es una máquina simple que fue diseñada en la antigüedad, pero que sigue siendo la base de gran parte de la maquinaria moderna. Es esencialmente una rueda a través de la cual se enrolla una cuerda u otra cuerda. Un extremo de la cuerda generalmente está anclado a un peso u otra carga, y cuando el extremo libre es tirado, generalmente por una persona, pero posiblemente también por una máquina, la rueda cambia la dirección de la fuerza aplicada y hace que sea mucho más sencillo levante el peso adjunto. Este tipo de herramienta viene en varios tamaños y variedades específicas, pero en casi todos los casos el objetivo es el mismo, es decir, facilitar el levantamiento de objetos pesados y canalizar la energía de manera más eficiente.
Componentes básicos
Los ingenieros generalmente hablan de “máquinas simples” en seis categorías diferentes: planos inclinados, palancas, tornillos, cuñas, ruedas y ejes y poleas. Todos están hechos de componentes básicos y cotidianos y todos simplifican el trabajo de los humanos de una forma u otra. Las poleas generalmente se preocupan más por levantar y mover objetos grandes.
En su forma más básica, esta herramienta consta de poco más que una rueda con una ranura. Una cuerda, cinturón o cable corre dentro de la ranura. Ese mecanismo se puede usar solo o conectado con otros en un sistema de poleas. Cuanto mayor sea el número de poleas en el sistema, menos fuerza se necesitará para levantar el objeto.
Tipos de sistema
Hay tres tipos básicos de sistema: (1) fijo, con eje fijo; (2) móvil, con eje libre; y (3) compuestos, con una combinación de ejes fijos y móviles Los ejes móviles y compuestos, al multiplicar la fuerza, tienden a ser más eficientes que los sistemas fijos.
Las herramientas de rueda y cuerda también se pueden utilizar en combinación con otras herramientas para fines más específicos. El llamado «sistema de correas y poleas» es un ejemplo. Estos tienden a ser sistemas «cerrados» en los que varias ruedas ranuradas están conectadas por una correa circular conectada, y están diseñadas para la transmisión y amplificación de energía en lugar de la potencia de elevación recta.
Ventaja de elevación
Uno de los mayores beneficios de este tipo de máquina es la capacidad de mover objetos pesados y canalizar la energía de elevación sin ejercer mucha fuerza. En general, cuanto más pesado es el objeto, más fuerza debe ejercer una persona para moverlo. Canalizar esa energía por una cuerda y alrededor de una rueda, o una serie de ruedas, dependiendo del peso del objeto & madash; puede hacer que el esfuerzo general, que se conoce comúnmente como «ventaja de elevación», sea mucho más eficiente.
Por ejemplo, una persona normalmente necesitará ejercer alrededor de 10 libras (4.5 kilogramos) de fuerza para levantar un peso de 10 libras (4.5 kg) y, en la mayoría de los casos, esa fuerza deberá aplicarse en un movimiento recto hacia arriba. Si el peso está sujeto a una polea, la persona aún necesitará ejercer la misma cantidad de fuerza medida, pero la dirección en la que debe ejercerse cambia. Una vez sujeta al sistema de cuerdas, la persona debe tirar hacia abajo en lugar de levantarse. Esto hace un uso más eficiente del peso corporal y el esfuerzo del individuo.
Cuantas más ruedas haya en un sistema dado, es probable que sea más eficiente. Si el peso está unido a dos sistemas, por ejemplo, la persona necesitará ejercer solo 5 libras (2.26 kg) de fuerza. Cuatro requerirán 2.5 (1.13 kg) libras de fuerza, y así sucesivamente.
Ejemplos comunes
Estas herramientas se pueden encontrar en muchos entornos modernos. Los ascensores son quizás uno de los más comunes: aunque no se ven en el exterior, los grandes sistemas de ruedas giratorias y cables ayudan a que los autos se muevan hacia arriba y hacia abajo. En la mayoría de los casos, estos están controlados por computadoras y se obtienen mediante medios mecánicos en lugar de mano de obra, pero la eficiencia es la misma. Muchos motores de automóviles también dependen de sistemas con correas para ayudar a transportar la energía desde el motor a los ejes de las ruedas y otras partes móviles. Los veleros los usan con frecuencia para controlar la tensión en las velas, y también son comunes en grúas y otras maquinarias.