Máquinas simples, trabalho e energia
Em nosso
dia-a-dia, vivemos cercados de máquinas. É muito comum nos depararmos com
máquinas de todos os tipos, desde as mais simples até as mais complexas.
Usamos um
abridor para abrir latas, cortamos papel com uma tesoura, penduramos quadros em
pregos fixados na parede pelos martelos e seguramos as crianças pequenas em
carrinhos de bebê.
Somos cada vez
mais dependentes de máquinas cada vez mais complexas, como os carros ônibus e
os trens que utilizamos para ir a escola, ao local de trabalho etc.
Maquinas
simples
Sabemos que as
máquinas variam das mais simples as mais complexas. Máquinas complexas são
aquelas que utilizam dispositivos eletrônicos em sua composição, como os
circuitos integrados. Um exemplo de máquina complexa são os computadores.
Automóveis
utilizam também recursos eletrônicos e elétricos, mas seu funcionamento se
baseia principalmente em peças se deslocando: puxando, empurrando, girando
etc.; enfim, são peças se movendo. Esse tipo de funcionamento, portanto, é do
domínio da mecânica.
Toda máquina
tem uma ou várias funções. Iremos iniciar o estudo de
algumas maquinas que facilitam a atividade humana simplesmente por nos permitir
realizar uma tarefa com menor esforço físico. Por exemplo, quando pregamos um prego na parede com um martelo,
fazemos um esforço muito menor do que o necessário para pregá-lo usando apenas
as mãos, o que certamente nem conseguiríamos.
Denominaremos
de máquinas simples às que modificam e transmitem a ação de uma força para
realizar algum movimento. Abridor de latas, martelo, tesoura, chave de fenda,
alicate, quebra-nozes, carrinho de mão, pinça e cortador de unha são exemplos
de máquinas simples.
Maquinas simples são aquelas que modificam e transmitem a ação de uma
força para realizar algum movimento.
Alavancas
Imagine a seguinte situação: você precisa levantar um saco cheio
de mantimentos.
A massa total do saco é 120 kg. Poucas pessoas conseguem, e
geralmente somente aquelas que se preparam para isso. Entretanto, no decorrer
da história, as pessoas muitas vezes tiveram que levantar pedras ou objetos, e
não contavam com máquinas para auxiliá-las.
Há mais de 22 séculos, um homem chamado Arquimedes (287 –
212 a.C.) encontrou um método extremamente simples para resolver esse problema:
ele descobriu as alavancas.
Uma alavanca nada
mais é do que uma barra rígida que pode girar em torno de um ponto de apoio.
Em pleno século III a.C. Arquimedes afirmou: “Dê-me uma alavanca que moverei o mundo”
Como você poderia, com auxílio de uma alavanca, levantar um saco
de 120 kg, fazendo uma força equivalente à que faria para levantar um saco de
20kg de arroz? Em outras palavras, como levantar uma massa com peso seis vezes
maior que outra, fazendo a mesma força que faria para levantar essa?
Simples! É
só a distância entre o ponto da barra rígida em que você aplica a força e o
ponto de apoio (de P a A) ser seis vezes maior do que distância da massa até o
ponto de apoio (de A a R).
Vamos denominar:
- Força resistente – é a força
que queremos equilibrar. No exemplo acima, é o peso do saco de
mantimentos.
- Força potente – é a força
que sustentará a resistência. No exemplo, é a força que fazemos.
Roldanas e polias
Você já
observou pessoalmente, em programas esportivos ou em filmes, que nas academias
de ginástica os aparelhos de musculação são cheios de discos rígidos em torno
dos quais há um fio, em que estão presas as cargas? Para que servem?
Esses discos
são denominados roldanas ou polias. São
discos com um canal por meio do qual passa um fio ou corda, em que está presa
uma carga.
Roldanas fixas
A roldana fixa
facilita a realização de um esforço por mudar a direção da força que seria
necessária. Nesse caso, como observamos na figura, a força necessária para
equilibrar o corpo é igual à força realizada pela pessoa. Entretanto, para
levantar a carga, temos que puxar para baixo, o que facilita o trabalho.
Roldanas móveis
As roldanas
móveis diminuem a intensidade do esforço necessário para sustentar um corpo,
pois parte desse esforço é feito pelo teto, que sustenta o conjunto.
Observe na
figura a baixo, como a roldana móvel pode facilitar o trabalho.
- Com
uma roldana móvel, a força necessária para equilibrar a carga é dividida
por dois (21).
- Com
duas roldanas móveis, a força necessária é dividida por quatro (22).
- Com
três, é dividida por oito (23), e assim sucessivamente.
Agora já
sabemos a razão de haver tantas polias em uma sala de musculação. Elas tornaram
viáveis o esforço que queremos realizar, em geral mudando de direção da força
necessária para levantar os pesos, a fim de trabalhar a musculatura desejada.
O plano inclinado
Imagine que você está carregando um monte de livros e tem de
levá-los para uma sala localizada em um andar acima do andar em que está.
Para isso, você poderá optar por utilizar uma de duas rampas. A
primeira é bem inclinada, e a outra tem inclinação suave.
Qual rampa você escolheria? Bem, se quisesse fazer menos esforço,
provavelmente você não teria dúvidas em escolher a mais suave. Planos
inclinados facilitam muito o levantamento de pesos. Quanto menor a inclinação,
menor a força.
Cunha e parafusos
As cunhas se formam pela justaposição de dois
planos inclinados unidos por suas bases. As lâminas cortantes de instrumentos
como facas, machados, utilizam-se de cunhas.
São planos inclinados “enrolados” ao redor de um
eixo. Procure lembrar alguns usos dos parafusos. Anote. Agora vamos ver se você
lembrou de outras coisas além da função de fixar objetos.
Além de manter unidos pedaços de madeira ou metal,
os parafusos auxiliam a executar movimentos, como um banco de piano que sobe e
desce com auxílio de um parafuso.
Também são parafusos as hélices de navios e aviões,
bem como no passado muitos instrumentos de moagem eram formados por grandes
parafusos. Brocas de perfuração também são grandes parafusos. Olhe um
saca-rolhas, por exemplo. Na verdade, ele é um parafuso.
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Exercícios de fixação de Máquinas
Simples
1. 1. Uma
haste presa ao centro de uma roda é chamada:
a)
um imã
b)
uma cunha
c)
um top
d)
um eixo
2. 2. Onde
se aplica o plano inclinado? Cite exemplos.
3. 3. A
vantagem mecânica de uma polia é:
a) Diâmetro
da polia / comprimento da corda
b) Comprimento
da corda de carga / Comprimento da corda de esforço
c) o
número de cordas que suportam a carga
d) Comprimento
da corda de carga
4. 4. São
tipos de Máquinas Simples, EXCETO:
a)
Alavanca
b)
Polia
c)
Plano Inclinado
d)
Parafuso
e)
Motor
5. 5. Sobre
uma alavanca está INCORRETO
a) Uma
alavanca é uma haste rígida fixada em um ponto.
b) A
alavanca tem um ponto fixo sobre o qual se move.
c) Ponto
fixo é a parte em que a força é aplicada
d) Carga:
É a parte em que o trabalho tem que ser feito.
6. 6. Considerando
as máquinas simples sobre a polia está ERRADO
a)
Uma polia é uma roda com uma ranhura e uma corda
ou uma corrente para se movimentar.
b)
Uma polia é uma haste rígida fixada em um ponto
chamado fulcro.
c)
Uma polia também é usada para levantar os
motores pesados e encaixá-los nos veículos.
d)
As bandeiras também são içadas em um mastro por
uma polia.
7. 7. Sobre
as máquinas simples assinale a alternativa errada.
a)
Um plano inclinado é um declive suave. Ajuda a
mover uma carga pesada com menos esforço.
b)
O parafuso é uma máquina simples possui ranhuras
cortadas Devido às ranhuras espirais, o parafuso se move facilmente na madeira.
c)
Uma roda e um eixo têm uma roda grande conectada
a uma haste pequena.
d)
Quando o eixo é girado, a roda não se move e vice-versa.
8. 8. Um
exemplo de uma roda e eixo é:
a)
um parafuso
b)
uma maçaneta
c)
motores de carros
d)
Lançadora de foguetes
9. 9. Explique
resumidamente o funcionamento de uma alavanca e dê cinco exemplos de aplicações
de alavancas.
1010. Dê
um exemplo de Ponto de apoio:
Gabarito:
1. D
2.
3. C
4. E
5. C
6. B
7. D
8. B
9.
10.
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