La ventaja mecánica de Block & Tackle

Una polea de bloqueo y aparejo es una máquina que reduce en gran medida la cantidad de fuerza necesaria para mover o levantar un objeto, como una caja pesada. Una polea estándar se compone de una sola rueda sobre un eje con una cuerda que la recorre. Por sí sola, una polea solo puede cambiar la dirección de una fuerza aplicada a un objeto. Un sistema de poleas que trabajan juntas puede formar un bloque y un aparejo, que multiplica la fuerza además de cambiar la dirección de la fuerza, lo que significa que se requiere menos fuerza para mover un objeto. El grado en que el bloqueo y el aparejo multiplican la fuerza es su ventaja mecánica.

El bloqueo y los tackles se utilizan con frecuencia en áreas donde no se dispone de maquinaria pesada y en su lugar se debe sustituir la fuerza humana. En la antigüedad, el bloque y los aparejos se usaban en proyectos de construcción para mover cargas pesadas. En la era moderna, se utilizan con frecuencia en barcos donde no sería práctico tener una grúa u otra maquinaria de elevación pesada.

Si estuviéramos intentando levantar un 200 lb. cajón desde el piso hasta las vigas de un edificio, podríamos hacerlo usando una simple polea. Pondríamos una polea en las vigas y pasaríamos una cuerda a través de ella, uniendo un extremo de la cuerda a la caja. Tirando del otro extremo de la cuerda (la parte de arrastre), podríamos levantar la caja hacia las vigas. En este sistema, cada vez que tiramos de la cuerda un pie con 200 libras. de fuerza, levantamos la caja un pie. Levantar con algo menos de 200 libras. de fuerza no moverá nuestras 200 lb. caja.

Si, en lugar de unir la cuerda directamente a la caja, la pasamos a través de una nueva polea unida a la caja y luego unimos el extremo de la cuerda a las vigas, tendríamos un bloque y aparejo. Ahora, cada vez que tiramos del extremo libre de la cuerda, la cuerda tendría que viajar entre las vigas y la caja dos veces. Tendríamos que tirar de dos pies de la cuerda para levantar la caja un solo pie. Sin embargo, solo tendríamos que tirar con 100 libras. de fuerza.

Esta disparidad entre la cantidad de fuerza requerida para mover un objeto y el peso del objeto es la ventaja mecánica del bloqueo y el aparejo. Esto es lo mismo que la disparidad entre la cantidad de cuerda que tiramos en comparación con la distancia que se mueve el objeto. Para calcular la ventaja mecánica, podemos dividir el peso del objeto que se levanta por el fuerza requerida para levantarlo o podemos dividir la cantidad de cuerda que tenemos que tirar por la distancia al objeto se mueve. Para encontrar la ventaja mecánica de nuestra máquina mediante el primer método, dividiríamos el peso de la caja, 200 libras, por la cantidad de fuerza requerida para levantarlo, 100 libras, lo que nos da una ventaja mecánica de dos. Dividir la cantidad de cuerda que tiramos a la vez, 2 pies, por la distancia que se eleva la caja, un pie, nos da la misma respuesta. Como regla general, el número de tramos de cuerda entre las dos poleas en un bloque y aparejo corresponde a la ventaja mecánica de la máquina. En nuestra máquina, la cuerda pasa de la polea superior a la inferior y vuelve a subir a las vigas: dos tramos de cuerda nos dan nuestra ventaja mecánica de dos.

Aunque un bloqueo y un aparejo disminuyen la cantidad de fuerza necesaria para mover un objeto, no cambia la cantidad de trabajo. Por ejemplo, un bloque y un aparejo con una ventaja mecánica de cuatro le permitirán levantar 4 libras. objeto con solo 1 libra. de fuerza. Sin embargo, también requerirá que tire de 4 pies de cuerda para levantar el objeto un pie.

Cuando cualquier objeto se mueve contra otro objeto, parte de la energía del objeto en movimiento se pierde debido a la fricción. En un bloqueo y aparejo, algo de fricción en las poleas reducirá la ventaja mecánica de la máquina. Para incluir la fricción en un cálculo de la ventaja mecánica de un bloqueo y un aparejo, divida el peso del objeto que se levanta por el peso necesario para levantarlo.