Este artigo explica o que são máquinas simples e para que são utilizadas. Você descobrirá o significado de máquina simples, os diferentes tipos de máquinas simples e como é calculada a vantagem mecânica de uma máquina simples.
O que é uma máquina simples?
Uma máquina simples é um mecanismo que permite alterar a magnitude ou direção de uma força. Simplificando, uma máquina simples é um dispositivo mecânico usado para exercer força com menos esforço ou com mais conforto.
Por exemplo, a alavanca é uma máquina simples. A alavanca é uma máquina simples porque permite levantar um objeto pesado usando muito menos força do que se você o levantasse sem a alavanca.
Resumindo, máquinas simples podem ser definidas como os mecanismos mais simples que proporcionam vantagem mecânica.
Tipos de máquinas simples
Depois de vermos a definição de máquina simples, explicamos os diferentes truques das máquinas simples, bem como suas características.
Elevador
Uma alavanca é um tipo de máquina simples que transmite força e movimento. Assim, uma alavanca é um dispositivo mecânico que serve para aumentar uma força aplicada a um objeto, sua velocidade ou a distância que ele percorre.
Em geral, as alavancas consistem em uma barra rígida que pode girar em torno de um fulcro, denominado fulcro.
A alavanca é uma máquina simples e muito antiga, que na verdade se pensa ter sido inventada na pré-história. Com efeito, o mecanismo de alavanca é muito simples de implementar e, além disso, é muito útil porque permite aumentar muito a força exercida sobre um objeto.
Polia
Uma polia é uma máquina simples usada para transmitir força. A polia é um dispositivo de tração usado para levantar peso confortavelmente.
A principal característica deste tipo de máquina simples é que várias polias podem ser combinadas para reduzir o esforço necessário para levantar um objeto pesado. Em outras palavras, as polias permitem que uma carga seja movimentada aplicando uma força muito inferior ao seu peso. Desta forma, objetos pesados podem ser manuseados sem dificuldade.
A polia consiste em uma roda com uma pequena ranhura na qual é colocada uma corda, cabo ou corrente. Portanto, o funcionamento deste tipo de máquina simples consiste em pendurar uma carga em uma ponta da corda e puxar a outra ponta da corda, desta forma o objeto é levantado graças ao mecanismo de polia.
Na física, esses tipos de máquinas simples são usados para propor problemas de força, porque resolver esses tipos de problemas ajuda a entender o conceito de força e a aprender como calcular o valor de uma força.
Berço
Uma cunha é uma peça em forma de triângulo geralmente feita de madeira ou metal e terminando em um ângulo muito agudo.
Por ser uma máquina simples, o formato da cunha é usado para alterar a direção da força aplicada a ela. Assim, a cunha é usada para separar um objeto em dois, para levantar um objeto ou para manter um objeto estático no lugar.
O funcionamento de uma cunha consiste em transformar uma força aplicada na sua extremidade em duas forças perpendiculares às suas superfícies inclinadas. Portanto, uma cunha é uma máquina simples que pode mudar a direção de uma força.
Inicialmente, a força exercida na superfície plana da cunha é transferida para a sua extremidade pontiaguda, permitindo-lhe penetrar num objeto. Então, ao inserir a cunha no furo criado, a força aplicada em sua superfície plana é convertida em duas forças direcionadas perpendicularmente às faces inclinadas da cunha, separando assim o objeto em duas partes.
Plano inclinado
Um plano inclinado é uma superfície inclinada em um determinado ângulo. Na física, esse tipo de máquina simples é usada para treinar problemas de força.
Por exemplo, uma rampa ou uma estrada inclinada são planos inclinados.
O plano inclinado permite transportar um objeto usando menos força. Já que empurrar um objeto em um plano inclinado requer menos força do que levantá-lo verticalmente.
Catraca
O torno é um instrumento constituído essencialmente por uma manivela fixada a um cilindro no qual é enrolado um cabo.
Assim, o funcionamento deste tipo de máquina simples consiste no cilindro utilizar a manivela para girar ou desenrolar o cabo. Desta forma, o objeto suspenso no cabo pode ser elevado ou abaixado.
A vantagem deste tipo de máquina simples é que permite levantar uma carga com menos força. Por outro lado, um movimento com a manivela deve ser maior que a distância percorrida pela carga, pois a carga se move mais lentamente que a manivela.
Parafuso
O parafuso é um objeto geralmente metálico que possui formato cilíndrico e sua superfície apresenta perfil helicoidal.
O funcionamento deste tipo de máquina simples consiste em girá-la pela cabeça ou por meio de uma manivela, de modo que, graças ao seu perfil helicoidal, o parafuso avance ou recue na direção do seu eixo.
O parafuso é, portanto, uma máquina simples que permite transformar um movimento rotativo em um movimento linear. Tenha em mente que dependendo do sentido de rotação, o parafuso se moverá para frente ou para trás.
Outras ferramentas, como o macaco ou o saca-rolhas, derivam do funcionamento deste tipo de máquina simples.
Roda
A roda consiste em um corpo redondo que gira sobre um eixo. Este tipo de máquina simples permite converter o movimento circular em movimento de deslocamento, pois se o eixo da roda estiver preso a um objeto, ele se moverá para frente conforme a roda gira.
A roda é a máquina simples mais antiga e a sua utilização é a mais difundida de todos os tipos de máquinas simples. Por exemplo, uma aplicação deste tipo de máquina simples é no transporte terrestre, que se desloca graças ao funcionamento de várias rodas.
Vantagem mecânica de uma máquina simples
A vantagem mecânica de uma máquina simples é um parâmetro que mostra o quanto a força aplicada na máquina simples é amplificada. A vantagem mecânica indica, portanto, a relação entre a força de entrada e a força de saída.
Matematicamente, a vantagem mecânica de uma máquina simples é definida como a razão entre a força resultante e a força aplicada.
A vantagem mecânica de uma máquina simples também pode ser calculada dividindo a velocidade da força aplicada pela velocidade com que a carga se move. Da mesma forma, esta expressão também equivale ao deslocamento do ponto da força aplicada dividido pelo deslocamento da carga:
Então, da fórmula da vantagem mecânica, podem ser deduzidas as seguintes relações:
- VM>1 : A força resultante é maior que a força aplicada, então a máquina simples aumenta a magnitude da força. Por outro lado, a distância percorrida pela carga é menor que a distância percorrida pelo ponto onde a força é aplicada.
- VM<1 : A força resultante é menor que a força aplicada, então a máquina simples reduz o valor da força. Porém, obtemos um deslocamento de carga maior que o deslocamento realizado no ponto de aplicação da força.
- VM=1 : a força resultante da máquina simples é igual à força exercida sobre ela. Os deslocamentos da carga e o ponto de aplicação da força também são idênticos. Embora esses tipos de máquinas simples não proporcionem vantagem mecânica, geralmente são utilizadas para realizar o fortalecimento muscular de forma mais confortável. Por exemplo, uma polia simples permite que a força descendente levante um peso, facilitando o levantamento da carga.
Máquina simples e máquina composta
Por fim, veremos qual a diferença entre uma máquina simples e uma máquina composta, pois são dois tipos de máquinas com muitas aplicações.
Máquinas compostas são máquinas compostas por várias máquinas simples. Assim, várias máquinas simples são combinadas em série para obter uma maior vantagem mecânica.
Portanto, a diferença entre uma máquina simples e uma máquina composta é que uma máquina simples é um único elemento mecânico, enquanto a máquina composta é uma combinação de várias máquinas simples.