O que é Mechanical Advantage?
Usamos máquinas para facilitar certos trabalhos. A vantagem mecânica é o que acontece quando uma pequena força aplicada produz uma força produzida maior. Mas não é tão simples assim. Para ser mais específico, a vantagem mecânica é a razão da força que a máquina produz (ou produz) sobre a força que foi aplicada (ou introduzida) na máquina (por um ser humano, outra máquina, ferramenta, etc.).
Vantagem Mecânica da Roda e Eixo
A roda e o eixo são classificados como uma das seis máquinas simples (as outras cinco são alavanca, polia, plano inclinado, cunha e parafuso). Usamos máquinas simples porque nos dão uma vantagem mecânica. Por exemplo, podemos carregar mais peso empurrando um carrinho sobre rodas do que segurando-o nos braços.
O eixo e a roda são dois círculos e giram juntos. A força geralmente é transferida do eixo para a roda. A vantagem mecânica da roda e do eixo é essencialmente a relação entre o raio da roda e o raio do eixo.
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Observação importante: um raio é a metade do diâmetro de um círculo e o diâmetro é a linha que passa diretamente pelo meio do círculo e cruza a origem, ou ponto médio, do círculo. Embora o cálculo para encontrar a vantagem mecânica de uma roda e eixo use os raios, você também pode encontrar a vantagem mecânica tomando a razão dos diâmetros da roda e do eixo! Teria o mesmo resultado.
Por que o Mechanical Advantage é importante?
A vantagem mecânica de uma máquina (neste caso, uma roda e um eixo) é importante porque diz às pessoas quanta força uma máquina exerce quando uma certa quantidade de força é aplicada a ela. Quanto maior o valor da relação de vantagem mecânica, menor a força necessária para fazer a máquina funcionar ou operar. Portanto, queremos uma vantagem mecânica maior. Quando uma máquina pode produzir uma grande quantidade de força em comparação com o esforço que é colocado nela, ela pode permitir que os humanos produzam mais, vão mais rápido, levantem objetos mais pesados, etc. Ao falar sobre a roda e o eixo, especificamente, a vantagem mecânica é útil na medida em que permite que as rodas girem mais rápido ou movam cargas mais pesadas.
Assim, se o pequeno vagão vermelho de uma criança (a funcionalidade é possível graças às quatro rodas e dois eixos) tem uma vantagem mecânica de 6, significa que o vagão pode puxar uma resistência 6 vezes mais pesada que o esforço. Por exemplo, o vagão poderia puxar 120 libras de pedras usando apenas 20 libras de força!
Exemplos de vantagem mecânica
A maioria de nós tem boas lembranças de aprender a andar de bicicleta. A bicicleta não funcionaria como máquina se não usasse eixos para movimentar as rodas. Quando um ciclista pedala, a bicicleta gira os eixos, que giram as rodas, criando força para que a bicicleta se mova e carregue o peso do ciclista.
Se o raio da roda é de 20 cm e o raio do eixo é de 4 cm, qual é a vantagem mecânica da roda de bicicleta?
Raio da roda / Raio do eixo = 20/4 = 5
A vantagem mecânica da roda da bicicleta é 5.
Ahh, a adorável roda gigante. Nenhum outro passeio de feira dá aos caçadores de emoção uma pausa das montanhas-russas malucas para flutuar vagarosamente no topo do recinto de feiras e apreciar a vista deslumbrante das luzes noturnas da cidade ao redor. A roda gigante não seria possível, porém, sem o mecanismo simples da roda e do eixo. O eixo fornece à roda da roda gigante a força necessária para girar e segurar todas as pessoas que estão no passeio.
Se o raio da roda gigante é de 40 pés e o raio do eixo que gira a roda é de 5 pés, qual seria a vantagem mecânica da roda gigante?
Raio da roda / Raio do eixo = 40/5 = 8.
A vantagem mecânica da roda gigante é 8.
Dos dois exemplos que acabamos de discutir, qual é uma máquina simples mais poderosa? Parece que a roda gigante é mais potente, pois tem uma vantagem mecânica maior do que a bicicleta (8 contra 5).
Resumo da lição
A vantagem mecânica mede a força que uma máquina exerce, dada a quantidade de força que foi colocada na máquina. A vantagem mecânica significa que a máquina pode exercer X vezes a quantidade de força do esforço.
Para a roda e o eixo , a vantagem mecânica está diretamente correlacionada aos raios da roda e do eixo. A vantagem mecânica da roda e do eixo pode ser encontrada tomando-se a relação entre o raio da roda e o raio do eixo. Quanto maior a vantagem mecânica da máquina, maior será a força que a máquina pode produzir.