Un sencillo sistema de poleas. Si alguna vez ha mirado el extremo de una grúa, o si alguna vez ha utilizado un motor de elevación o un remolque, o si alguna vez ha mirado el aparejo de un velero, entonces has visto un bloqueo y un aparejo en el trabajo. Un bloque y aparejo es una disposición de cuerda y poleas que le permite cambiar la fuerza por la distancia. En esta edición de Como funcionan las cosas veremos cómo funciona un bloqueo y un aparejo, ¡y también examine varios otros dispositivos multiplicadores de fuerza!
Imagina que tienes la disposición de un peso de 100 libras (45,4 kilogramos) suspendido de una cuerda, como se muestra aquí.
En esta figura, Si va a suspender el peso en el aire, debe aplicar una fuerza hacia arriba de 100 libras a la cuerda. Si la cuerda mide 100 pies (30,5 metros) de largo y desea levantar el peso hasta 100 pies, tienes que tirar de 100 pies de cuerda para hacerlo. Esto es simple y obvio.
Ahora imagina que agregas una polea a la mezcla.
¿Esto cambia algo? Realmente no. Lo único que cambia es la dirección de la fuerza que tienes que aplicar para levantar el peso. Todavía tiene que aplicar 100 libras de fuerza para mantener el peso suspendido, y todavía tiene que enrollar 100 pies de cuerda para levantar el peso 100 pies.
La siguiente figura muestra la disposición después de agregar una segunda polea:
Este arreglo realmente cambia las cosas de una manera importante. Puede ver que el peso ahora está suspendido por dos poleas en lugar de una. Eso significa que el peso se divide equitativamente entre las dos poleas, por lo que cada uno tiene solo la mitad del peso, o 50 libras (22,7 kilogramos). Eso significa que si quieres sostener el peso suspendido en el aire, solo tiene que aplicar 50 libras de fuerza (el techo ejerce las otras 50 libras de fuerza en el otro extremo de la cuerda). Si desea levantar el peso 100 pies más alto, luego hay que enrollar el doble de cuerda que se debe tirar de 0 a 200 pies de cuerda. Esto demuestra un equilibrio entre la fuerza y la distancia. La fuerza se ha reducido a la mitad, pero la distancia que se debe tirar de la cuerda se ha duplicado.
El siguiente diagrama agrega una tercera y cuarta polea a la disposición:
En este diagrama, la polea unida al peso en realidad consta de dos poleas separadas en el mismo eje, como se muestra a la derecha. Esta disposición reduce la fuerza a la mitad y vuelve a duplicar la distancia. Para sostener el peso en el aire, debe aplicar solo 25 libras de fuerza, pero para levantar el peso 100 pies más alto en el aire, ahora debe enrollar 400 pies de cuerda.
Un bloque y un aparejo pueden contener tantas poleas como desee, aunque en algún momento la cantidad de fricción en los ejes de las poleas comienza a convertirse en una fuente significativa de resistencia.
Entras en contacto con compensaciones de fuerza / distancia en todo tipo de máquinas simples. Por ejemplo, una palanca es un ejemplo de este fenómeno:
En este diagrama, se aplica una fuerza F al extremo izquierdo de la palanca. El extremo izquierdo de la palanca es dos veces más largo (2X) que el extremo derecho (X). Por lo tanto, en el extremo derecho de la palanca está disponible una fuerza de 2F, pero actúa a lo largo de la mitad de la distancia (Y) que se mueve el extremo izquierdo (2Y). Cambiar las longitudes relativas del extremo izquierdo y derecho de la palanca cambia los multiplicadores.
Los engranajes pueden hacer lo mismo:
En este diagrama, el engranaje de la izquierda tiene el doble de diámetro que el de la derecha. Por cada vuelta de la marcha a la izquierda, el tren de la derecha gira dos veces. Si aplica una cierta cantidad de torsión al engranaje de la izquierda en una rotación, el engranaje de la derecha ejercerá la mitad de par pero girará dos revoluciones.
Otro buen ejemplo es un sistema hidráulico simple, Como se muestra abajo:
Suponga que tiene dos cilindros llenos de agua con una tubería que conecta los dos cilindros como se muestra. Si aplica una fuerza F al émbolo del lado izquierdo, crea una presión en el cilindro de la izquierda. Digamos que aplica una fuerza de 10 libras hacia abajo al cilindro de la izquierda. Digamos también que el radio del cilindro de la izquierda es de 0,57 pulgadas. Por lo tanto, el área del pistón de la izquierda es Pi * 0.57 * 0.57 =1 pulgada cuadrada. Si el radio del cilindro de la derecha es 4 veces mayor, o 2,28 pulgadas, entonces el área del pistón de la derecha es de 16 pulgadas cuadradas, o 16 veces mayor. Si empuja el pistón del lado izquierdo hacia abajo 16 pulgadas con una fuerza de 10 libras, luego, el pistón de la derecha se elevará 1 pulgada con una fuerza de 160 libras. Los cilindros hidráulicos de todo tipo aprovechan este simple efecto multiplicador de fuerza todos los días.
Puedes ver que un bloqueo y un tackle, una palanca, un tren de engranajes y un sistema hidráulico hacen lo mismo:le permiten magnificar una fuerza al disminuir proporcionalmente la distancia a través de la cual puede actuar la fuerza magnificada. ¡Resulta que este tipo de multiplicación de fuerzas es una capacidad extremadamente útil! Estos son algunos de los dispositivos que utilizan estos principios simples:
Publicado originalmente:1 de abril de 2000
