O que são exemplos de máquinas simples?

Forças de mudança de máquinas

No fim de semana passado, recebi um pacote muito grande pelo correio. Era muito pesado e eu poderia ter tentado pegá-lo sozinho, mas realmente não gostei da ideia de potencialmente machucar minhas costas fazendo isso. Liguei para alguns amigos para ajudar, mas ninguém estava disponível, então ainda estava sem sorte. Minha terceira opção era usar uma máquina simples , um dispositivo não alimentado que multiplica ou muda a direção de uma força.

Você pode estar se perguntando o que diabos multiplicar ou mudar a direção de uma força tem a ver com mover aquele pacote para minha casa. Bem, de acordo com Sir Isaac Newton, para mover um objeto estacionário, precisamos aplicar uma força a ele. E quando essa força é aplicada em uma determinada distância, trabalhamos nesse objeto. Mais simplesmente, podemos definir trabalho como força x distância. Então, para colocar aquela caixa na minha casa, eu tive que aplicar uma força e movê-la de fora para dentro - eu tive que fazer algum trabalho!

E é aí que entram as máquinas simples. Multiplicar a força ou mudar sua direção nos ajuda a fazer o trabalho. É importante lembrar que a lei da conservação de energia ainda se aplica aqui - menos trabalho não está realmente sendo feito, mesmo que pareça. Nenhuma máquina pode criar energia - ela apenas a transfere ou transforma. A entrada de trabalho sempre será igual à saída de trabalho.

Entrada de Trabalho = Saída de Trabalho

Vamos ver como isso funciona com uma das máquinas mais simples do mercado - a alavanca. Uma alavanca é uma viga que gira em um ponto de apoio. Este ponto de apoio da alavanca é denominado fulcro . Já esteve em uma gangorra no parque? Isso é uma alavanca! As tesouras também são alavancas, assim como o mecanismo de descarga do tanque do vaso sanitário.

Se você quiser levantar algo em uma alavanca, coloque o objeto em uma das extremidades da viga e empurre na outra. Você trabalha na sua extremidade porque aplica uma força, que é exercida através da distância da viga até o fulcro.

Mas o trabalho também é feito na outra extremidade da viga à medida que o objeto é levantado do outro lado do fulcro. E o que é fundamental aqui é que o trabalho feito nas duas extremidades é o mesmo. O produto da força e da distância em ambas as extremidades é igual. Mas isso não significa que as forças ou as distâncias sejam iguais em ambos os lados. Na verdade, torná-los diferentes é a chave para usar uma máquina simples com eficácia!

Digamos, por exemplo, que seu ponto de apoio, ou ponto de apoio, esteja sob o meio de sua barra de alavanca. A distância em ambos os lados do fulcro é a mesma, o que significa que a força será a mesma em ambos os lados. Você precisará aplicar a mesma quantidade de força na extremidade que levará para levantar o objeto na outra extremidade.

Mas se você mover seu ponto de apoio para que fique mais perto do objeto que deseja levantar, você aumentou a distância sobre a qual sua força é aplicada. Isso significa que, embora os produtos dos dois lados ainda sejam iguais, os componentes individuais não são. Como a distância em que você aplica sua força é maior, a força que você precisa aplicar deve diminuir para compensar. Na outra extremidade do feixe, a distância diminuiu, o que significa que a força de saída deve aumentar para compensar.

Aqui, a mesma quantidade de trabalho é realizada como antes, quando nosso fulcro estava no meio, e a mesma quantidade de trabalho é realizada em ambas as extremidades da alavanca. Mas simplesmente mover o ponto de apoio em direção ao objeto que você deseja levantar muda a quantidade de força envolvida nesse trabalho - em ambas as extremidades.

Pela mesma razão, não seria sábio mover o fulcro em sua direção e para longe do objeto que você deseja levantar, quando o fulcro está mais perto de você, a distância sobre a qual sua força é aplicada é reduzida, o que significa que você precisa aplicar mais força . Mas, por outro lado, a distância do fulcro aumentou, o que significa que há uma diminuição na força de saída para compensar. Você acabou de tornar mais difícil levantar o objeto em vez de mais fácil!

É tudo sobre a relação entre força e distância. Em todas as três situações, o trabalho que você fez foi o mesmo. Mas a dificuldade desse trabalho mudou dependendo de como você utilizou a relação dos componentes do trabalho - a força e a distância.

Outras Máquinas Simples

As alavancas são maravilhosas, mas certamente não são o único tipo de máquina simples. Nem sempre são as melhores máquinas simples de usar. Tudo depende do trabalho que você deseja realizar.

Uma roda e um eixo são máquinas simples, onde dois componentes giram juntos para transferir a força de um para o outro. Pense nas rodas do seu carro ou bicicleta ou até mesmo em uma maçaneta redonda, e você terá a ideia dessa máquina.

Quando você coloca uma corda ou cabo em volta de uma roda e eixo, obtém uma polia . Dependendo de quantas polias você tem, você pode alterar a direção da força (puxar a corda para baixo para levantar um objeto no ar) ou pode multiplicar a força para mover um objeto muito pesado. Quando você aumenta o comprimento da corda adicionando mais polias, a mesma ideia se aplica aqui como com a alavanca. Exceto que desta vez, você está aumentando a distância da força sobre a corda em vez de uma viga.

Outra máquina simples e prática é o plano inclinado . Esta é uma superfície plana elevada em uma das extremidades. Pense nisso como uma alavanca que está presa no lugar, quase como se o ponto de apoio estivesse preso na extremidade da viga. Planos inclinados são muito úteis para mover objetos para diferentes alturas. Se você já mudou de lugar, sabe que ter uma rampa (um plano inclinado) disponível é muito preferível a subir escadas individuais!

Uma versão especial do plano inclinado é um parafuso . Este é um plano inclinado que envolve um pólo ou cilindro. Os parafusos criam movimento linear e força a partir dos rotacionais. Você gira uma chave de fenda, mas o parafuso em si vai direto. O mesmo acontece com um saca-rolhas em uma rolha de vinho - sua mão gira em círculos, mas a forma de hélice do plano do parafuso cria um movimento reto do próprio parafuso.

Se um plano inclinado é inclinado em uma extremidade, ele também pode ser usado como uma cunha , nossa máquina simples final. Este dispositivo fica literalmente preso entre duas superfícies: separando-as, levantando uma delas ou simplesmente segurando algo no lugar. Muito parecido com outras máquinas simples, o tamanho importa com uma cunha! Se você tiver uma cunha longa e estreita, precisará de menos força do que uma cunha curta e larga. Isso ocorre porque a cunha longa aplica a força em uma distância maior. Mas lembre-se, independentemente do tamanho da cunha que você usa, a mesma quantidade de trabalho é realizada. É apenas o quão 'fácil' você quer que esse trabalho seja!

Resumo da lição

Se você precisar mover, levantar ou puxar algo muito pesado, você pode considerar o uso de uma máquina simples . Este é um dispositivo não alimentado que multiplica ou altera a direção de uma força. O trabalho é feito em um objeto quando uma força é aplicada em uma determinada distância, então se você quiser fazer o trabalho parecer mais fácil, você precisa alterar um dos componentes do próprio trabalho.

A maneira mais fácil de fazer isso é aumentando a distância sobre a qual a força é aplicada. Quanto maior a distância, menos força de entrada é necessária. Todas as máquinas simples podem fazer isso - seja uma alavanca e um ponto de apoio, uma polia com um cabo longo ou um parafuso com seu plano longo inclinado helicoidal.

E lembre-se, só porque o trabalho parece mais fácil não significa que há menos energia envolvida. Fiel à lei da conservação de energia, mesmo com uma máquina simples envolvida, a quantidade de trabalho que entra é a mesma que a quantidade de trabalho que sai. Tudo depende de como você muda a força e a distância envolvidas nesse trabalho.

Resultados de Aprendizagem

Ao assistir a esta vídeo aula, esforce-se para atingir estes objetivos:

• Entenda a utilidade de uma máquina simples
• Lembre-se da lei da conservação de energia
• Mostre alguns exemplos de máquinas simples
• Saiba que o tamanho, formato ou ângulo de uma máquina simples pode tornar um esforço mais fácil ou mais difícil

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