Máquinas simples: alavanca, plano inclinado e polia

Máquinas simples

As pessoas estão sempre procurando maneiras de tornar o trabalho mais fácil e eficiente. Freqüentemente, fazemos isso inventando ferramentas e máquinas para nos auxiliar em nosso trabalho. Algumas das primeiras invenções são conhecidas como máquinas simples. Uma máquina simples é definida como um dispositivo básico que altera a magnitude e / ou direção de uma força.

Alguns exemplos de máquinas simples são alavancas, planos inclinados e polias. Todas essas três máquinas simples alteram a força de modo que seja mais fácil mover um objeto. Você pode não ter notado, mas usamos essas máquinas simples o tempo todo. Cada vez que você varre o chão com uma vassoura, está usando um tipo de alavanca. Se você já teve que carregar algo pesado em um caminhão, a rampa de carregamento é um plano inclinado. Um elevador usa um sistema de polia para subir e descer entre os andares. Esses são apenas alguns exemplos de máquinas simples que aparecem em todo lugar.

Quando queremos saber exatamente quão eficaz é uma máquina simples, olhamos para algo chamado de vantagem mecânica. A vantagem mecânica nos mostra a vantagem obtida com o uso da máquina para transmitir força. Podemos encontrar vantagem mecânica observando a relação entre a força de carga que resiste ao movimento e a força de esforço que o operador coloca na máquina simples.

• MA = vantagem mecânica
• F = força

Exatamente como encontramos a vantagem mecânica depende do tipo de máquina simples que está sendo usada. Nesta lição, veremos como encontrar vantagem mecânica para alavancas, planos inclinados e polias.

A alavanca

As alavancas são um dos tipos mais comuns de máquinas simples que usamos. Eles são usados ​​em todos os lugares, desde maçanetas de portas a utensílios de jantar, tesouras, gangorras, pés de cabra e muito mais. No entanto, nem todas as alavancas são criadas igualmente. Existem três classes diferentes de alavanca. Para determinar a classe de alavanca, precisamos saber onde a força de esforço, força de carga e fulcro estão localizados na alavanca. O fulcro é o ponto em que a alavanca gira.

Em uma alavanca de primeira classe, a força de esforço e a força de carga estão nas extremidades opostas da alavanca e o ponto de apoio está em algum lugar entre elas. Nosso exemplo de gangorra é uma alavanca de primeira classe. Ele tem um ponto de apoio no centro, e a criança no solo cria uma força de esforço com seu peso, enquanto a criança na outra extremidade, no ar, age como a força de carga.

Em vez disso, uma alavanca de segunda classe tem o fulcro e a força de esforço nas extremidades opostas da alavanca e a força de carga em algum lugar entre eles. Um carrinho de mão seria uma alavanca de segunda classe, pois a roda é o ponto de apoio em uma extremidade e você fornece uma força de esforço na extremidade oposta. A força de carga está no centro com o que você está carregando no carrinho de mão.

Similarmente a uma alavanca de segunda classe, uma alavanca de terceira classe tem o fulcro e a força de carga nas extremidades opostas, e a força de esforço em algum lugar entre elas. Nossa vassoura é um exemplo de alavanca de terceira classe com a força de carga na extremidade da escova e o ponto de apoio na extremidade do cabo. Você aplica a força à vassoura em algum lugar entre as duas pontas, dependendo de como a segura.

Embora existam três tipos diferentes de alavancas, a fórmula da vantagem mecânica é a mesma para cada uma. Podemos encontrar a vantagem mecânica de uma alavanca observando o trabalho que ela faz. O trabalho que o usuário insere na alavanca é igual ao trabalho produzido pela alavanca, onde trabalho é uma força multiplicada por um deslocamento. Os deslocamentos neste caso são a distância entre o esforço ou força de carga e o fulcro.

• d = distância

Lembre-se de que a vantagem mecânica é a força de carga dividida pela força de esforço. Portanto, essa fórmula nos permite descrever a vantagem mecânica apenas em termos de distância.

Contanto que você saiba que tipo de alavanca está usando, medir as distâncias prova ser uma maneira simples de encontrar a vantagem mecânica.

O Plano Inclinado

O plano inclinado é uma das mais básicas das máquinas simples. Quer você esteja olhando para uma rampa de carregamento, uma rampa de acesso para cadeiras de rodas ou um escorregador tradicional de playground, tudo pode ser resumido em triângulos retângulos.

Assim como com a alavanca, usamos o trabalho para encontrar nossa fórmula de vantagem mecânica de um plano inclinado. A única diferença é quais distâncias usamos. Para a entrada de trabalho, estamos olhando para a inclinação da rampa, e para a saída de trabalho, estamos olhando para a altura da rampa.

• s = declive
• h = altura

Em termos de geometria, também podemos escrever isso como MA = hipotenusa / oposto.

A polia

A polia não é tão comum quanto a alavanca ou plano inclinado, mas eles ainda aparecem com relativa frequência. Por exemplo, guindastes os usam para levantar objetos pesados ​​para construção. Na maioria das vezes, em vez de uma única polia, usamos um sistema de várias polias para ajudar a levantar objetos. Existem dois tipos principais de polias nesses sistemas.

Uma polia fixa não está facilitando o levantamento do objeto do que se você o tivesse levantado manualmente. Em vez disso, ele muda a direção da força aplicada ao sistema de polia. Você puxa a corda para baixo e a carga é movida para cima. Chamamos isso de polia fixa porque está presa a um ponto fixo com a corda livre em cada extremidade.

Em segundo lugar, uma polia móvel é o tipo de polia que aumenta a vantagem mecânica de um sistema de polia, tornando mais fácil levantar seu objeto. Em vez de ser fixada em um ponto, uma polia móvel pende livremente e se move para cima e para baixo conforme uma corda é puxada por ela.

Em vez de olhar para as distâncias para encontrar vantagem mecânica aqui, veremos como a força de carga é distribuída ao longo do cabo da polia. Entre cada polia do sistema está uma seção de corda que suporta a carga. A força de carga é distribuída uniformemente entre cada uma dessas seções de suporte do cabo. Nossa força de carga será então igual ao número de seções de suporte no sistema de polia multiplicado pela tensão nessas seções de cabo. A força de esforço funciona de maneira semelhante, mas há apenas uma seção da corda no sistema que está sendo usada para a força de esforço. Isso nos permite encontrar a vantagem mecânica de uma polia da seguinte maneira.

• n = número de segmentos de corda de suporte
• T = tensão

A vantagem mecânica é igual ao número de seções do cabo de suporte em um sistema de polia. Isso também resulta em duas vezes o número de polias móveis no sistema. Portanto, é fácil aumentar a vantagem mecânica de um sistema de polias adicionando mais polias a ele.

Resumo da lição

Uma máquina simples é um dispositivo básico que altera a magnitude e / ou direção de uma força. Para verificar a eficácia de uma máquina simples, examinamos sua vantagem mecânica , que nos mostra a vantagem obtida com o uso da máquina para transmitir força. Encontramos a fórmula geral para vantagem mecânica observando a força de carga , que resiste ao movimento, e a força de esforço que é colocada na máquina simples por seu operador.

Três exemplos comuns de máquinas simples são alavancas, planos inclinados e polias. Existem três classes de alavanca que dependem da posição da força de esforço, da força de carga e do ponto onde a alavanca gira, conhecido como seu fulcro . Podemos encontrar a vantagem mecânica de uma alavanca observando as distâncias entre o esforço ou força de carga e o fulcro.

Um plano inclinado pode ser visto como um triângulo retângulo, e a vantagem mecânica pode ser encontrada usando sua inclinação e altura.

Finalmente, as polias funcionam melhor quando combinadas em um sistema. O sistema consiste em polias fixas , que mudam a direção da força, e polias móveis que aumentam a vantagem mecânica do sistema de polias. Em um sistema de polia, verifica-se que a vantagem mecânica é igual ao número de cabos de suporte, ou duas vezes o número de polias móveis.

Resultados de Aprendizagem

Depois de terminar, você deve ser capaz de:

• Diga o que é uma máquina simples
• Identifique e descreva três máquinas simples
• Explique a vantagem mecânica e como calculá-la
• Lembre-se das três classes de alavanca
• Cite os dois tipos principais de polias