Acerca de este experimento
Los trabajadores de la construcción, los marineros y los operadores de grúa levantan cargas pesadas con poleas. Una sola polea fija solo permite tirar hacia abajo en lugar de hacia arriba, pero un polipasto distribuye el peso entre varias cuerdas, de modo que una persona puede levantar mucho más que su propio peso. Pero nada es gratis: hay que tirar de la cuerda a lo largo de una distancia mayor. Prueba seis sistemas de poleas, cuenta los tramos de cuerda que sostienen la carga, lee la fuerza aplicada en un dinamómetro y comprueba que el trabajo que realizas nunca sea menor que el trabajo realizado sobre la carga.
Objetivos de aprendizaje
- Describe qué hacen las poleas fijas y móviles
- Calcula la ventaja mecánica de un sistema de poleas contando los tramos de cuerda que sostienen la carga
- Demuestra que una fuerza menor implica tirar de la cuerda a lo largo de una distancia mayor
- Calcula el trabajo de entrada, el trabajo de salida y la eficiencia
- Explica por qué los sistemas de poleas reales tienen una eficiencia inferior al 100 %
Cómo usarlo
- 1Empieza con la polea fija y una carga de 20 kg. Compara la fuerza necesaria con el peso. ¿Para qué sirve la polea?
- 2Cambia a la polea móvil. ¿Qué fuerza necesitas ahora y en qué dirección debes tirar?
- 3Prueba con 2, 3, 4 y 5 tramos de cuerda. Haz una tabla que relacione los tramos de cuerda que sostienen la carga con el esfuerzo. ¿Cuál es la regla?
- 4Pulsa «Tirar», tira de la cuerda y observa las marcas. ¿Qué parte de la cuerda se mueve más rápido?
- 5Eleva la carga 50 cm en cada sistema y compara la longitud de cuerda que se tira con el trabajo realizado y el trabajo obtenido.
- 6Añade poleas de 2 kg y un 5 % de fricción. ¿Por qué disminuye la eficiencia al añadir más poleas?
El modelo
Supuestos
- La cuerda es ligera y no se estira, por lo que la tensión es la misma en toda su longitud cuando no hay fricción.
- Todos los tramos de cuerda que sostienen la carga son verticales, y esta se eleva lentamente a una velocidad constante, por lo que no hay aceleración.
- El peso de las poleas móviles se eleva junto con la carga. Las poleas fijas cuelgan del techo y no aumentan el esfuerzo.
- La fricción es un porcentaje fijo de la tensión que se pierde en cada polea por la que pasa la cuerda; se trata de un modelo sencillo de los rodamientos reales.
- Las poleas se muestran una al lado de la otra para que se pueda ver cada tramo de cuerda. En un aparejo real, comparten el mismo eje.
Pruébalo en clase
- Q1Se eleva una carga de 60 kg con 4 tramos de cuerda que la sostienen. ¿Cuál es la fuerza ideal necesaria? (g = 9,8 N/kg)
- Q2Para elevar una carga 2 m con un sistema de 5 tramos de cuerda, ¿cuánta cuerda hay que tirar?
- Q3Un trabajador tira con una fuerza de 150 N para elevar una carga de 400 N con 3 tramos de cuerda. Calcula la ventaja mecánica y la eficiencia.
- Q4¿Por qué sigue siendo útil una sola polea fija, aunque no proporcione ventaja mecánica?
- Q5¿Puede un sistema de poleas reducir alguna vez el trabajo necesario para elevar una carga? Explícalo.
Preguntas frecuentes
¿Por qué el extremo libre no cuenta como un tramo de cuerda que sostiene la carga cuando se tira hacia abajo?
El extremo libre que sale de una polea fija tira de esa polea, que está colgada del techo, no de la carga. Solo los tramos de cuerda unidos al bloque móvil, o el extremo del que se tira hacia arriba en una polea móvil, sostienen la carga.
¿La ventaja mecánica es lo mismo que la relación de velocidades?
Solo en un sistema ideal. La relación de velocidades se deriva de la geometría y siempre es n. La ventaja mecánica se mide a partir de las fuerzas y es menor cuando hay fricción o poleas pesadas.
¿Dónde se usan las poleas en la vida real?
Las grúas, los montacargas y ascensores, los veleros, los mástiles, las persianas, las máquinas de pesas de los gimnasios y los sistemas de rescate para escalada usan poleas, a menudo varias a la vez.