Máquinas de história simples, características, tipos, exemplos

As Máquinas simples São dispositivos mecânicos que mudam a magnitude ou direção de uma força. Eles geralmente podem ser definidos como os dispositivos mais breves que usam uma vantagem mecânica, também chamada de alavancagem, para aumentar uma força.

Ao longo da história, os humanos desenvolveram vários dispositivos para facilitar o trabalho. Os mais importantes são conhecidos como seis tipos de máquinas simples: a alavanca, a roda e o eixo, a polia, o plano inclinado, a cunha e o parafuso.

Fonte: John Mills [domínio público]

Quando a palavra máquina é ouvida, você pensa em algo como uma escavadeira ou uma locomotiva a vapor. No entanto, na ciência, uma máquina é qualquer coisa que torne uma força maior.

Uma máquina pode aumentar a quantidade de força produzida, com o custo de uma redução proporcional à distância que a carga funciona. A relação entre a força produzida e a força aplicada é chamada de vantagem mecânica.

Uma máquina simples usa uma única força aplicada que funciona contra uma única força de carga. Ignorando as perdas de atrito, o trabalho realizado na carga é igual ao trabalho realizado pela força aplicada.

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Blocos elementares

Máquinas simples estão por toda parte, os dias usados ​​para executar tarefas simples. Eles também foram usados ​​desde os primeiros dias da existência humana.

Máquinas simples podem ser consideradas como os blocos elementares dos quais todas as máquinas mais complexas são compostas, chamadas máquinas compostas.

No mecanismo de uma bicicleta, por exemplo, polias, alavancas e rodas são usadas. A vantagem mecânica de uma máquina composta nada mais é do que o resultado das vantagens mecânicas de máquinas simples que a compõem.

No entanto, embora continuem sendo considerados muito importantes em mecânica e ciência aplicada, a mecânica moderna cruzou essa visão de máquinas simples, como os blocos elementares, dos quais todas as máquinas são compostas.

História

Idéias iniciais

Por volta do terceiro século para. C. A idéia de uma máquina simples se originou, com o filósofo grego Arquimedes, que estudou as seguintes máquinas simples: alavanca, polia e parafuso.

Descoberto na alavanca o princípio da vantagem mecânica. Seu famoso comentário em relação à alavanca: "Dê -me um lugar para me apoiar e mover a terra" expressa seu entendimento de que não havia limite para a quantidade de aumento de força que poderia ser alcançada com o uso de vantagem mecânica.

Os filósofos gregos traseiros definiram cinco máquinas clássicas simples e poderiam calcular a vantagem mecânica que tinham.

Por exemplo, em seu trabalho Mecânica, Herón de Alejandría (10-75 D. C.) Liste cinco dispositivos que podem definir uma carga: polia, roda e eixo, alavanca, parafuso e cunha, detalhando sua elaboração e uso.

No entanto, o conhecimento dos gregos foi restrito à estática de máquinas simples (o equilíbrio das forças), sem incluir a dinâmica, o conceito de trabalho ou compensação entre força e distância.

Período da Renascença

A dinâmica das forças mecânicas, como as máquinas simples foram chamadas, começaram a estudar durante o renascimento, da perspectiva de onde um ônus poderia ser levantado, além da força que poderia ser aplicada, o que finalmente levou ao novo conceito de trabalho mecânico.

A vantagem mecânica do plano inclinado foi deduzido pelo engenheiro flamengo Simon Stevin em 1586. Isso foi incluído nas outras máquinas simples.

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O cientista italiano Galileu Galilei elaborou em 1600 a teoria dinâmica completa das máquinas simples, em seu trabalho Mecânica, onde a similaridade matemática subjacente foi revelada como amplificadores de força dessas máquinas. Ele foi o primeiro a explicar que máquinas simples não criaram energia, elas apenas a transformaram.

Leonardo da Vinci descobriu as regras clássicas de atrito deslizante nas máquinas, mas elas não foram publicadas ou documentadas em suas cartas. Em 1699, Guillaume Amontons redescobriu essas regras e em 1785 eles foram desenvolvidos por Charles-Augustin de Coulomb.

Caracteristicas

Máquinas simples são dispositivos com uma ou muito poucas partes móveis, o que facilita o trabalho. A principal função de uma máquina simples é a amplificação da força ou a modificação do movimento.

Movimento e força

Movimento e força em uma máquina simples são inseparáveis. Eles estão sempre em relacionamento reverso.

A força produzida por uma alavanca é maior que a força aplicada, mas o movimento produzido é menor que o movimento que aplica. Isto é, um ganho em vigor é acompanhado por uma perda em movimento.

Trabalho

Na mecânica, o trabalho é algo que as forças fazem quando se movem na direção em que estão agindo. Isto é, quando uma força é aplicada para percorrer uma distância, ocorre um trabalho. Isso é expresso matematicamente como: trabalho = força × distância.

Por exemplo, para levantar um objeto, o trabalho que supera a força da gravidade deve ser feito e, assim, ser capaz de mover o objeto para cima.

Para levantar um objeto duas vezes pesado, é necessário o dobro do trabalho para fazer o upload da mesma distância. Também seria necessário um trabalho duplo para levantar o mesmo objeto duas vezes.

Esse conceito de trabalho é essencial para definir a função mecânica em máquinas simples em termos de força e movimento, destacando a inseparabilidade da força e do movimento.

Vantagem mecânica

É a relação entre a força que faz um trabalho em relação à força aplicada. Portanto, é a eficácia da amplificação de força de uma máquina simples.

A vantagem mecânica de máquinas simples significa que você pode usar menos força para mover um objeto, mas você precisa mover uma distância mais longa.

Muitas vezes parece que uma tarefa é difícil porque é necessário usar muita força. Usando compensação entre distância e força, pode ser feito que a tarefa é muito mais fácil de concluir.

Um exemplo é empurrar um objeto pesado por uma rampa. É mais fácil empurrar o objeto pela rampa do que levantá -lo para a altura certa, mas você deve carregar uma distância mais longa.

O que são máquinas simples para?

Máquinas simples facilitam o trabalho executando uma ou mais das seguintes funções:

- Transfira uma força de um lugar para outro.

- Mude a direção de uma força.

- Aumente a magnitude de uma força.

- Aumente a distância de uma força.

Embora as máquinas simples assumam muitas formas diferentes, elas vêm em seis tipos básicos:

- Cunha: dispositivo para separar as coisas.

- Roda e eixo: usado para reduzir o atrito e como multiplicador de força.

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- Alavanca: ele se move em torno de um ponto de apoio para aumentar ou diminuir a vantagem mecânica.

- Plano inclinado: eleva os objetos ao fazer upload de uma inclinação.

- Parafuso: um dispositivo que pode levantar ou manter elementos juntos.

- Polia: mude a direção de uma força.

Aumento da força aplicada

Máquinas simples ajudam os humanos a aumentar a força aplicada a um objeto. Eles fornecem uma vantagem mecânica para ajudar a mover os objetos.

Como a fórmula de trabalho indica, o principal benefício de máquinas simples é permitir a mesma quantidade de trabalho aplicando uma quantidade menor de força em uma distância maior.

Por exemplo, você deseja levantar um objeto que pesa 10 kg a 2 metros do solo. Pode ser exercido no objeto 10 kg de força na direção ascendente, por uma distância de 2 metros, realizando 20 Newton do trabalho.

Se uma alavanca de 3 metros foi usada, colocando o objeto em uma extremidade e colocando sob a barra um decreto uma força de apenas 5 kg.

No entanto, o fim da alavanca para levantar o objeto apenas 2 metros.

Há compensação. Abaixar a alavanca dobra a distância anterior, mas a força necessária é reduzida à metade, fazendo a mesma quantidade de trabalho.

Pessoal

Alavanca

É uma espécie de barra rígida que tem como ponto de suporte um ponto fixo fixo. Consiste em uma carga, que é o objeto para mover ou levantar, um ponto de apoio, que é o pivô e um esforço, que é a força necessária para mover ou levantar a carga.

Ao aplicar uma força em uma extremidade da alavanca, uma força importante é criada no outro lado. A força aplicada aumentará ou diminuirá, dependendo da distância do suporte e esforço de carga.

Roda e eixo

Consiste em uma roda presa a um eixo menor para que essas duas partes se voltem juntas, onde uma força é transferida de um para outro. Uma dobradiça suporta o eixo, permitindo a rotação.

Facilita o trabalho de mover objetos que visitam distâncias. A roda, que é a extremidade redonda, gira com o eixo cilíndrico, causando o movimento.

Também pode amplificar a força. Uma pequena força aplicada à circunferência de uma roda grande pode mover uma carga maior conectada a um eixo.

Polia

Foi projetado para apoiar o movimento e a mudança de direção de uma corda tensa. A corda está enrolada em torno de uma roda. À medida que a roda gira, a corda se move em qualquer direção.

Se um gancho estiver conectado à corda, a rotação da roda pode ser usada para aumentar e abaixar objetos, facilitando o trabalho.

Plano inclinado

É uma superfície plana, com uma extremidade mais alta que a outra, usada como suporte para aumentar ou diminuir uma carga. Eles são amplamente utilizados para mover cargas pesadas em obstáculos verticais.

Mover um objeto para cima em um plano inclinado requer menos força do que levantá -lo diretamente, ao custo de um aumento na distância percorrida.

A vantagem mecânica de um plano inclinado é igual à relação entre o comprimento da superfície inclinada e a altura coberta.

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Berço

É uma ferramenta triangular. Pode ser usado para separar dois objetos, remover peças de um objeto, levantar ou manter um objeto no lugar.

Trabalhos girando uma força aplicada ao seu fim romo em forças perpendiculares à sua superfície inclinada.

A vantagem mecânica é dada pela relação entre o comprimento da inclinação e a largura.

Parafuso

É um mecanismo que converte o movimento de rotação em um movimento linear e a força de rotação (torque) em uma força linear. Um parafuso é realmente outro tipo de avião inclinado.

Sua forma mais comum consiste em um eixo cilíndrico com ranhuras helicoidais chamadas fios ao longo do exterior.

O parafuso passa através de um orifício em outro objeto ou médio com roscas dentro, que estão esfriando com as roscas dos parafusos.

Exemplos

Alavancas

Alguns exemplos de alavancas são as portas das portas, as garras de um martelo para remover unhas, alavancas de ferro, interruptores de luz, abre botas e dobradiças.

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Rodas e eixos

Eles se encontram onde as coisas se transformam em círculo, como um ventilador elétrico, um motor, uma porta rotativa, um carrossel e qualquer roda, seja no carro, em um skate ou em uma bicicleta.

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Polias

Eles são usados ​​em cortinas e persianas para movê -las para cima e para baixo, ou para frente e para trás.

Eles podem fazer upload de algo do chão, como uma bandeira em um post. A corda é derrubada, mas a bandeira sobe.

Eles também são usados ​​na indústria para aumentar e reduzir cargas pesadas, nos navios para levantar e abaixar as velas ou em guindastes para serem usados ​​em equipamentos de construção em movimento em movimento em movimento.

Os elevadores também usam polias para mover o carro para baixo e para cima do chão para o chão.

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Planos inclinados

Eles são usados ​​em parques de scooter, rampas de cadeira de rodas e para um equipamento pesado entre e fora da parte traseira dos caminhões.

As versões modificadas de uma rampa são encontradas nas escadas, escadas mecânicas, trilhas para caminhada e até nos slides usados ​​para deixar a correspondência na caixa de correio, para um trem que sobe uma inclinação.

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Berço

Alguns exemplos de cunhas usadas para se separar podem ser uma pá, uma faca, um machado, um zapapico, uma serra, tesoura ou um picahielos.

As cunhas também podem manter as coisas juntas, como no caso de um item básico, alfinetes, pregos, pregos ou paradas de portas.

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Parafuso

Alguns exemplos estão em uma broca, a tampa de um jarro, uma lâmpada, um parafuso, garrafas de garrafas, torneiras e canetas.

Outro uso do parafuso está em um dispositivo chamado bomba de parafuso. É uma enorme máquina hidráulica em forma de parafuso que é introduzida na água. Ao girar, graças à sua forma de parafuso, a água está subindo pelo eixo torcido, subindo para onde é necessário. Freqüentemente, bombas de parafusos são usadas para irrigação e em ambientes agrícolas, como fazendas.

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Referências

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