Una polea fija cambia la dirección.

Una polea es una rueda que guía una cuerda u otro elemento flexible similar. En una disposición ideal de polea fija, tirar hacia abajo puede elevar una carga, pero la fuerza necesaria en la cuerda es igual al peso de la carga.

La dirección resulta más cómoda; la fuerza no se ha reducido. El cable se desplaza la misma distancia que la carga.

Una polea móvil puede repartir la carga.

Cuando una polea se desplaza con la carga y dos tramos verticales de cuerda la sostienen, cada tramo aporta una tensión hacia arriba. Con tensiones ideales iguales, cada uno proporciona la mitad de la fuerza total de sustentación.

Este modelo supone cable y polea sin masa, sin rozamiento ni aceleración. También deben sostenerse el peso de la polea móvil real y otros efectos.

Menos fuerza implica más recorrido del cable.

Polea fija: cambiar la dirección.

Polea fija con un tramo de cable sustentanteUn eje fijo está unido al techo. La cuerda sube desde la carga, pasa sobre la rueda y baja hasta el extremo libre. Una tensión ascendente T sostiene el peso W; un esfuerzo descendente igual T tira del extremo libre.TTW123
  1. Eje fijo. La polea permanece fija y redirige el cable.
  2. Carga: W = 1,000 N. Un tramo de cable la sostiene, por lo que T = 1,000 N en este ejemplo ideal.
  3. Tira hacia abajo 1 m. La carga sube 1 m. Trabajo de entrada: 1,000 N × 1 m = 1,000 J.

Polea móvil: repartir la carga.

Polea móvil con dos tramos de cable sustentantesUn extremo de la cuerda está anclado al techo. La cuerda baja alrededor de la polea móvil y vuelve a subir hasta el extremo libre. El eje de la polea soporta la carga. Dos tensiones verticales T sostienen el peso W, de modo que dos T equivalen a W.TTTW123
  1. Anclaje fijo del cable. Este extremo permanece unido al soporte superior.
  2. La polea se desplaza con la carga. Dos tramos verticales sostienen W = 1,000 N. Aquí 2T = W, por lo que cada T = 500 N.
  3. Tira hacia arriba 2 m. La carga sube 1 m. Trabajo de entrada: 500 N × 2 m = 1,000 J.
T significa tensión de la cuerda; W significa peso de la carga. Las flechas naranjas muestran fuerzas, no distancias. Movimiento uniforme ideal: la cuerda y las poleas no tienen masa, fricción ni estiramiento. Una polea fija podría redirigir hacia abajo el extremo libre de la segunda disposición sin cambiar su relación 2:1.

El trabajo es la fuerza multiplicada por la distancia en la dirección de la fuerza. Reducir la fuerza a la mitad y duplicar el recorrido mantiene el mismo trabajo.

Cuente los tramos sustentantes, no las ruedas.

La ventaja mecánica depende de la disposición. Las poleas fijas adicionales pueden limitarse a redirigir el cable y añadir pérdidas; contar simplemente todas las ruedas da una respuesta incorrecta.

Si los tramos de soporte están inclinados, solo sus componentes de fuerza ascendentes sostienen la carga. El ejemplo sencillo de dos tramos supone que son verticales.

La disposición de cables cambia la relación con la máquina.

En una suspensión sencilla 2:1 de ascensor, el cable recorre el doble de distancia que la cabina. Por tanto, la velocidad del cable en la máquina difiere de la de la cabina.

La relación de suspensión es una parte del diseño, junto con el equilibrado del contrapeso, la tracción y las masas en movimiento. El ejemplo explica la relación; no determina las tensiones de los cables ni el tamaño del motor de un ascensor real.

Una mirada más cercana

Los sistemas reales requieren más trabajo de entrada que el trabajo útil de salida porque los rodamientos, la flexión de los cables y otros efectos introducen pérdidas. La ventaja mecánica intercambia fuerza por distancia; nunca elimina la necesidad de energía.

Compruebe lo que ha entendido

¿Reduce siempre a la mitad el esfuerzo añadir una polea fija?

Mostrar la explicación

No. Una polea fija puede simplemente cambiar la dirección del esfuerzo. La ventaja mecánica depende de cómo se sostiene la carga móvil.

Para seguir leyendo.

Lectura opcional para profundizar en esta lección.

  • OpenStax: máquinas simples y poleas

    En la sección 9.5, vaya a las disposiciones de poleas cerca del final. Compare los tramos de cable de soporte y la ventaja mecánica; estos diagramas utilizan sistemas idealizados sin rozamiento.