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Ciências da Natureza, Matemática e suas Tecnologias.  

Máquinas

Potência e resistência

Em toda máquina, distingue-se a força que se aplica, chamada de força de potência, e a força que vencemos, a força de resistência. A força de potência atua sobre uma parte da máquina ao longo de um espaço, realizando um trabalho sobre essa máquina, que é denominado trabalho-motor. A máquina, por sua vez, exerce uma força, a força de resistência, que realiza um trabalho chamado trabalho resistente. Como uma máquina não pode criar trabalho, dizemos que o trabalho resistente que a máquina realiza é igual ao trabalho motor que lhe foi aplicado.
 
Alavanca

A alavanca é uma máquina formada por uma barra rígida que pode girar ao redor de um ponto, chamado ponto de apoio, modificando a intensidade das forças necessárias para realizar um trabalho. Os cabos dos machados de sílex usados pelos homens primitivos baseavam-se no funcionamento da alavanca.

Foi o matemático grego Arquimedes (287 a.C.-212 a.C.) quem elaborou a teoria do funcionamento da alavanca. A ele atribui-se a frase: 'Dai-me uma alavanca e um ponto de apoio e moverei a Terra'.
 
Segundo a posição relativa do ponto de apoio, da resistência e da potência, as alavancas distinguem-se em três tipos: alavancas interfixas, inter-resistentes e interpotentes.
 
Alavanca interfixa
É aquela que tem o ponto de apoio entre a potência e a resistência. As tesouras, a barra para o levantamento de pesos e o alicate são exemplos de alavancas interfixas.
 
Alavanca inter-resistente

É a que tem a resistência (R) entre o ponto de apoio (A) e a potência (P). Servem de exemplo o carrinho de mão e o quebra-nozes.
 
 
Alavanca interpotente

É a que tem a potência (P) entre a resistência (R) e o ponto de apoio (A). Exemplos deste tipo são a pinça, o pedal do amolador de facas, o antebraço humano.
 
Lei da alavanca

A relação matemática entre a potência e a resistência, em qualquer tipo de alavanca, é assim estabelecida: chamamos braço de potência (a) a distância entre a potência e o ponto de apoio da alavanca, e braço de resistência (b) a distância entre a resistência e o ponto de apoio. Em toda alavanca, o produto da potência (P) por seu braço (a) é igual ao da resistência (R) pelo seu braço (b). Então:

P · a = R · b

Roldana

A roldana é uma máquina feita por um disco que gira em torno de um eixo.
O disco possui uma canelura na borda por onde passa uma corda. A roldana muda a direção ou o sentido em que se exerce uma força. É muito mais cômodo fazer uma força no mesmo sentido da gravidade do que no sentido oposto. Numa roldana simples, a potência é igual à resistência.


Sarilho

O sarilho é uma máquina formada por um cilindro que pode ser girado ao redor de um eixo acionado por uma manivela. O cilindro traz uma corda enrolada e ao girar ele eleva ou abaixa o corpo que estiver preso a ela. No sarilho, o produto da potência pelo comprimento da manivela é igual ao produto da resistência pelo raio do cilindro. Assim:
 
P · r2 = R · r1
 
O plano inclinado
O plano inclinado é uma superfície plana formando um ângulo a com o solo que é empregada para elevar corpos, seja deslizando-os, seja rolando-os. Os egípcios já o utilizavam no transporte e elevação das grandes pedras na construção das pirâmides. Em um plano inclinado, o produto da potência pelo comprimento do plano é igual ao produto da resistência, ou seja, o peso do corpo, pela altura do plano inclinado. Assim:

P · L = R · h


A roda hidráulica

A água em movimento impulsiona as pás de uma roda, seja caindo sobre elas, seja arrastando-as, provocando o movimento giratório da roda. No princípio, as rodas hidráulicas eram utilizadas para elevar a água destinada à irrigação e, mais tarde, para mover mecanismos nas fábricas de tecido ou papel e para trabalhar o ferro. As primeiras rodas hidráulicas trabalhavam de forma muito limitada porque não possuíam engrenagens, mas à medida que foram sendo aperfeiçoadas, permitiram um melhor aproveitamento da energia.
 
Moinhos de vento

Foram utilizados com fins similares aos da roda hidráulica. Nos moinhos, as pás da roda estão presas ao eixo. O vento pressiona as pás e elas se movem, fazendo girar a roda. O movimento assim obtido pode ser empregado, por meio de engrenagens, para moer o grão ou bombear água.
 
 
Engrenagens

Existem máquinas simples, como a alavanca, mas a maioria é formada por um conjunto mais complexo de peças. Mesmo assim, às vezes basta uma simples alteração no mecanismo de uma máquina para melhor utilizar o trabalho que ela fornece. Este e outros problemas são resolvidos pelas engrenagens. A engrenagem mais simples consiste em duas rodas dentadas que se acoplam de modo que a rotação de uma se transmita à outra.
 
Pela engrenagem modifica-se a direção (horizontal ou vertical), o sentido (para a direita ou esquerda) e a velocidade de rotação.
 
A direção de rotação é modificada colocando-se os eixos das rodas no ângulo mais conveniente. Em um moinho, por exemplo, os eixos são postos em posição perpendicular. Dessa forma, a rotação vertical das pás se converte, na base da engrenagem, em rotação horizontal. O sentido continua o mesmo se o total de rodas for ímpar: a primeira gira para a direita; a segunda, para a esquerda; e a terceira, para a direita. Logo, se o total for par, o sentido se inverte.
A velocidade depende do diâmetro das rodas. Quanto maior o diâmetro, menor será a velocidade, e vice-versa.
 
 
 


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