Máquinas Simples e Alavanca e Roldana

INTRODUÇÃO

Segundo a regra da alavanca, esta está em equilíbrio quando a forçamultiplicada pelo braço da força for igual à carga multiplicada pelo braço dacarga.
Desta forma, com a força limitada de um ser humano é possível movimentarcargas várias vezes superiores às que se poderiam movimentar sem a sua ajuda.
As alavancas são classificadas consoante as forças (potência e resistência) atuam ou não do mesmo lado do fulcro.

Assim, distinguese alavanca de primeira ordem ou interfixa, alavanca desegunda ordem ou inter-resistente e alavanca de terceira ordem ouinterpotente.
Numa alavanca interfixa o fulcro fica colocado entre a potência e a resistência.Numa alavanca interresistente a resistência fica entre o fulcro e a potência enuma alavanca interpotente a potência situa-se entre o fulcro e a resistência.

DESENVOLVIMENTO

Maquinas Simples

As máquinas simples são dispositivos que, apesar de sua absoluta simplicidade, trouxeram grandes avanços para a humanidade e se tornaram base para todas as demais máquinas (menos ou mais complexas) criadas ao longo da história.

As máquinas simples são dispositivos capazes de alterar forças, ou simplesmente de mudá-las de direção e sentido.

Comumente, o termo "máquina simples" refere-se às seis máquinas simples clássicas, conforme definidas pelos cientistas renascentistas:

1.   Alavanca

2.   Cunha

3.   Engrenagem

4.   Mola

5.   Polia

6.   Rodas e eixo

7.   Plano inclinado

Não se tem segurança científica até o presente, senão conjeturas apenas, para afirmar-se sobre a cronologia do seu aparecimento.

Alavanca

Na física, a alavanca é um objeto rígido que é usado com um ponto fixo apropriado (fulcro) para multiplicar a força mecânica que pode ser aplicada a um outro objeto (resistência). Isto é denominado tambémvantagem mecânica, e é um exemplo do princípio dos momentos. O princípio da força de alavanca pode também ser analisado usando asleis de Newton.

A força aplicada em pontos de extremidade da alavanca é proporcional à relação do comprimento do braço de alavanca medido entre o fulcro e o ponto da aplicação da força aplicada em cada extremidade da alavanca.

A equação fundamental das alavancas é: 

onde: Fp é a força potente;

§  Fr é a força resistente;

§  BP é o braço potente; e

§  BR é o braço resistente.

A balança de dois pratos

§  O peso P representa a resistência aplicada no ponto B, o ponto O é o ponto de apoio (fulcro) e a força representa a potência aplicada no ponto A.

§  O torque da força  com relação ao ponto O é tal que faz girar o sistema no sentido horário e depende do módulo da força peso e da distância .

§  O torque da força  com relação ao ponto O é tal que faz girar o sistema no sentido anti-horário e depende do módulo da força peso e da distância .

§  Quando os dois torques forem iguais, o sistema não gira, está em equilíbrio.

Podem ser classificadas em:

§  inter-fixa ou de primeira classe  onde o ponto fixo fica entre a força resistente () e a força potente ():

§ 

  Exemplo: Gangorra, articulação, cabeça, atlanto axial, tornozelo e tesoura

§  inter-resistente ou de segunda classe  onde a força resistente () está entre a força potente () e o ponto fixo:

§ 

  Exemplo: Carrinho-de-mão, quebra nozes e pé.

§  interpotente ou de terceira classe  onde a força potente () está entre a força resistente () e o ponto fixo:

Polia

A polia ou roldana ou moitão é uma peça mecânica muito comum a diversas máquinas, utilizada para transferir força e movimento. Uma polia é constituída por uma roda de material rígido, normalmente metal, mas outrora comum em madeira, lisa ou sulcada em sua periferia. Acionada por uma correia,corda ou corrente metálica a polia gira em um eixo, transferindo movimento eenergia a outro objeto. Quando associada a outra polia de diâmetro igual ou não, a polia realiza trabalho equivalente ao de uma engrenagem.

Funcionamento

Uma polia presa a um suporte mantém dois corpos A e B suspensos e unidos por um fio inextensível (não muda de tamanho) e massa desprezível. Após liberarmos o sistema do repouso, pode-se deduzir alguns resultados. Considerando que o corpo A tem uma massa mA > mB (massa de B), o movimento do corpo A será para baixo. (mesmo sentido da referência adotada).

A figura 2 logo abaixo mostra uma aplicação de polias para reduzir a força necessária para levantar um objeto. Nessa configuração com duas polias, a força de tração T necessária para segurar um objeto de peso P é igual à metade P:

 

 

Relações de força

Numa polia fixa, a força F realizada para elevar um peso P, supondo que a polia esteja sem atritos, é exatamente igual em módulo, se a corda estiver tangenciando a roldana.Logo, F=P

O trabalho realizado para elevar o objeto de uma certa distância d é exatamente o trabalho realizado pela força peso. Nesta nova posição, o objeto ganha energia potencial.

Se for usada uma polia móvel juntamente com outra fixa, a força necessária será a metade, mas o deslocamento da mão será o dobro do deslocamento da massa M. A velocidade de elevação da massa será a metade da obtida no caso anterior.

Pode-se associar três, quatro ou mais polias para se obter situações adequadas a algum caso específico.

Se a polia tiver um diâmetro pequeno ou grande, isso afetará o torque mas não a força envolvida.

Diferentes tipos de polias

As polias podem ser utilizadas em distintas configurações, que influenciam na razão entre a força potente e força resistente.

§  Polia fixa: somente altera a direção e o sentido da força. 

§  Polia móvel: divide a força resistente entre o ponto de fixação da corda e a força potente. 

§  Cadernal: configuração de várias roldanas móveis e o mesmo número de roldanas fixas. 

§  Talha: configuração de várias roldanas móveis e uma roldana fixa. 

onde

§  Fp = Força potente.

§  Fr = Força resistente.

§  n = Número de roldanas móveis.

§  / = dividido.

§  = = igual.

§  Fn = Força natural.

Equilíbrio de Força na Alavanca

A balança de dois pratos é uma alavanca interfixa, pois seu ponto fixo fica tal como para que, em uma alavanca, ocorra equilíbrio entre os lados, o produto do braço pela força resultante deve ser igual em ambas as extremidades.

CONCLUSÃO

Uma alavanca é uma máquina simples formada por um corpo rígido, geralmenteuma barra, que se apoia e pode girar em torno de um ponto fixo designado porfulcro.

Esta tem como princípio básico a possibilidade de poder mover grandes cargaspor meio de forças pequenas.A alavanca constitui uma das máquinas mais importantes e também das maisantigas. Já os antigos egípcios as utilizavam na sua vida quotidiana.

Atualmente, utilizamse em diferentes tipos de balanças, manivelas, tornos e engrenagens.Quando há movimento as forças aplicadas à barra designam-se por potência eresistência. A potência é a força que produz trabalho positivo e a resistência éa força que provoca um trabalho negativo.

À distância entre o fulcro e o ponto de aplicação das forças atribuise o nomede braço da alavanca.

Bibliografia

Este trabalho é fruto ou base das seguintes fontes:

Internet.

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