Desde os tempos antigos, a humanidade busca por todos os meios facilitar seu trabalho físico. Mecanismos simples tornaram-se um meio para resolver este problema. Este artigo discute invenções como a alavanca e o bloco, bem como o sistema de alavancas e blocos.
O que é alavancagem e quando foi usada?
Provavelmente todo mundo conhece esse mecanismo simples desde a infância. Na física, uma alavanca é uma combinação de uma viga (haste, tábua) e um suporte. Serve como alavanca para levantar pesos ou para comunicar velocidade aos corpos. Dependendo da posição do apoio sob a viga, a alavanca pode levar a um ganho de força ou de movimentação de cargas. Deve-se dizer que a alavanca não leva a uma redução do trabalho como grandeza física, ela apenas permite redistribuir sua execução de maneira conveniente.
O homem usa alavancagem há muito tempo. Portanto, há evidências de que foi usado pelos antigos egípcios na construção das pirâmides. A primeira descrição matemática do efeito da alavanca remonta ao século III aC e pertence a Arquimedes. Uma explicação moderna do princípio de funcionamento deste mecanismo envolvendoo conceito de momento da força surgiu apenas no século XVII, durante a formação da mecânica clássica de Newton.
Regra da alavanca
Como funciona a alavanca? A resposta a esta pergunta está contida no conceito de momento da força. Este último é chamado de tal valor, que é obtido como resultado da multiplicação do braço da força por seu módulo, ou seja:
M=Fd
O braço da força d é a distância do fulcro ao ponto de aplicação da força F.
Quando uma alavanca faz seu trabalho, existem três forças diferentes agindo sobre ela:
- força externa aplicada, por exemplo, por uma pessoa;
- o peso da carga que uma pessoa procura mover com uma alavanca;
- reação do apoio atuando do lado do apoio para a viga de alavanca.
A reação do suporte equilibra as outras duas forças, de modo que a alavanca não avança no espaço. Para que também não realize movimento rotacional, é necessário que a soma de todos os momentos de forças seja igual a zero. O momento da força é sempre medido em relação a algum eixo. Neste caso, este eixo é o fulcro. Com essa escolha de eixo, o ress alto da ação da força de reação do apoio será igual a zero, ou seja, essa força cria um momento zero. A figura abaixo mostra uma alavanca típica do primeiro tipo. As setas marcam a força externa F e o peso da carga R.
Escreva a soma dos momentos para essas forças, temos:
RdR+ (-FdF)=0
A igualdade a zero da soma dos momentos garante a ausência de rotação dos braços de alavanca. Momentoa força F é tomada com sinal negativo porque essa força tende a girar a alavanca no sentido horário, enquanto a força R tende a fazer isso girar no sentido anti-horário.
Reescrevendo esta expressão nas seguintes formas, obtemos as condições de equilíbrio para a alavanca:
RdR=FdF;
dR/dF=F/R
Recebemos as igualdades escritas usando o conceito de momento da força. No século III aC. e. Os filósofos gregos não conheciam esse conceito físico, no entanto, Arquimedes estabeleceu uma relação inversa entre a razão das forças que atuam nos braços da alavanca e o comprimento desses braços como resultado de observações experimentais.
As igualdades registradas mostram que a diminuição do comprimento do braço dR contribui para o surgimento da possibilidade de levantar grandes pesos com a ajuda de uma pequena força F e um braço longo dF R carga.
O que é um bloco em física?
Block é outro mecanismo simples, que é um cilindro redondo com uma ranhura ao longo do perímetro da superfície cilíndrica. O sulco serve para prender a corda ou corrente. O bloco tem um eixo de rotação. A figura mostra um exemplo de bloco que demonstra como ele funciona.
Este bloco é chamado de fixo. Não dá ganho de força, mas permite que você mude sua direção.
Além do bloco fixo, existe um bloco móvel. O sistema de blocos móveis e fixos é mostrado abaixo.
Se a regra dos momentos é aplicada a este sistema, então temoso ganho de força é duas vezes, mas ao mesmo tempo perdemos a mesma quantidade no caminho (na figura F=60 N).
O sistema de alavancas e blocos
Como mencionado nos parágrafos anteriores, a alavancagem pode ser usada para ganhar caminho ou poder, enquanto o bloqueio permite que você ganhe poder e mude a direção de sua ação. Estas propriedades dos mecanismos simples considerados usam-se em sistemas de alavancas e blocos. Nesses sistemas, cada elemento pega alguma força e a transfere para outros elementos para que tenhamos a força original como saída.
A facilidade de operação da alavanca e do bloco e a flexibilidade de seu uso estrutural possibilitam compor mecanismos complexos a partir dessa combinação.
Exemplos de uso de sistemas de mecanismos simples
Na verdade, todas as máquinas que nos cercam são sistemas de alavancas e blocos. Aqui estão os exemplos mais famosos:
- máquina de escrever;
- piano;
- guindaste;
- andaimes dobráveis;
- camas e mesas ajustáveis;
- um conjunto de ossos, articulações e músculos humanos.
Se a força de entrada em cada um desses sistemas for conhecida, então a força de saída pode ser calculada aplicando sucessivamente a regra da alavanca a cada elemento do sistema.
