Alavanca

A alavanca ​ é uma máquina simples ​ cuja função é transmitir força e deslocamento . É composto por uma barra rígida que pode girar livremente em torno de um fulcro . ]

Pode ser usado para amplificar a força mecânica aplicada a um objeto, para aumentar sua velocidade ou distância percorrida, em resposta à aplicação de uma força.

Nas alavancas de segunda classe, o fulcro está localizado em uma extremidade e a resistência está próxima a ela.

Em alavancas de segunda classe, a resistência se move na mesma direção que a força.

História

Diz-se que Arquimedes disse sobre a alavanca: “Dê-me um ponto de apoio e eu moverei o mundo”

A invenção da alavanca e seu uso na vida cotidiana remontam aos tempos pré -históricos . Seu uso diário, na forma de cigoñales , está documentado desde o terceiro milênio aC. C. —em selos cilíndricos da Mesopotâmia —. O manuscrito sobrevivente mais antigo com uma menção à alavanca faz parte da coleção matemática de Papus de Alexandria , uma obra de oito volumes que se estima ter sido escrita por volta de 340 . Aparece a famosa citação de Arquimedes :

Dê-me um ponto de apoio e moverei o mundo. ]

A única nota histórica sobre seu uso deve-se a Plutarco , que em sua obra Vidas paralelas ( c. 100 a.C. ) conta que Arquimedes, em carta ao rei Hiero de Siracusa, a quem estava intimamente ligado, afirmou que com certa força podia mover qualquer peso e até se gabava de que se existisse outra Terra, ir até ela poderia mover esta. Hieron, espantado, pediu a Arquimedes que fizesse uma demonstração.

Eles concordaram que o objeto a ser movido deveria ser um navio da marinha do rei, pois Hieron acreditava que este não poderia ser retirado da bacia e levado para doca seca sem o uso de grande esforço e numerosos homens. De acordo com Plutarco, depois de carregar o navio com muitos passageiros e com os porões cheios, Arquimedes sentou-se à distância e, puxando a corda, levantou o navio sem grande esforço, levantando-o da água tão reto e estável como se estivesse ainda estavam no mar.

O manuscrito sobrevivente mais antigo que menciona a alavanca faz parte da Sinagoga ou Coleção Matemática de Papus de Alexandria , uma obra de oito volumes que se acredita ter sido escrita por volta do ano 340 . No volume VIII desta obra aparece a famosa citação de Arquimedes : " Dê-me um ponto de apoio, e moverei o mundo ".

Arquimedes é creditado com a primeira postulação matemática formal do princípio da alavanca. Os ensinamentos transmitidos pelo grego ao volume I de sua obra “Sobre o equilíbrio dos planos”, foram utilizados sem variações durante séculos até que alguém aprofundasse as bases estabelecidas pelos estudos de Arquimedes. Neste trabalho são derivados os postulados do equilíbrio dos sólidos no plano e são dadas várias proposições aplicáveis. Neste caso, as proposições 6 e 7 referem-se à alavanca, onde se costuma dizer que se expressa a lei da alavanca .

Embora as teorias não tenham prosperado, são notáveis ​​os avanços na técnica de equilíbrio de braços iguais, que na Idade Média aperfeiçoou o dispositivo graças ao aprimoramento dos eixos, que foram mais refinados graças à incorporação de um prego ou uma bola. cruzados e mantidos graças a um garfo. ]

No campo dos avanços na teoria da alavanca, Leonardo da Vinci teve que esperar , que estudou as diferentes geometrias da mesma. Da Vinci introduziu a alavanca oblíqua. Da Vinci são creditados os notáveis ​​trabalhos que ainda hoje vigoram, sobre o princípio da alavanca com aplicações para balanças com alavanca de plataforma e também com alavancas articuladas múltiplas. Também notável é a tarefa do gênio em introduzir a escala do indicador. ]

O conceito de concatenação de alavancas em série foi introduzido em 1743, pelo inglês John Wyatt , ​ conceito que foi utilizado para construir algumas máquinas com alavancas compostas que permitiam aumentar a vantagem mecânica ou ter mecanismos mais complexos .baseado em alavanca. A máquina de Wyatt era baseada em um conjunto de alavancas que suportavam uma plataforma em uma extremidade. Era um instrumento de medição que aproveitava a composição de alavancas para obter medições mais corretas e um sistema mais eficiente.

Forças de Atuação (Executor)

Três forças atuam na barra rígida que constitui uma alavanca:

• O esforço ; P : é a força que aplicamos voluntariamente para obter um resultado; manualmente ou por meio de motores ou outros mecanismos.
• resistência ; _ R : é a força que superamos, exercida na alavanca pelo corpo a ser movido. Seu valor será equivalente, pelo princípio de ação e reação , à força transmitida pela alavanca ao referido corpo.
• A força de apoio : é a força exercida pelo fulcro (ponto de apoio da barra) sobre a alavanca. Se não for considerado o peso da barra, será sempre igual e oposto à soma das anteriores, de modo que a alavanca permaneça sem se deslocar do ponto de apoio, sobre o qual gira livremente.

Nomenclatura

• braço de força ; Bp : a distância entre o ponto de aplicação da força motriz e o ponto de apoio.
• braço de resistência ; Br : a distância entre a força de resistência e o fulcro.

Lei da alavanca

Na física , a lei que relaciona as forças de uma alavanca em equilíbrio é expressa pela equação:

$P\vezes Bp=R\vezes Br$

Lei da alavanca: A potência vezes o seu braço é igual à resistência vezes a sua.

Sendo P a potência, R a resistência, e Bp e Br as distâncias medidas do fulcro até os pontos de aplicação de P e R respectivamente, chamados de braço de força e braço de resistência .

Se, por outro lado, uma alavanca está girando rapidamente, como no caso de uma catapulta , para estabelecer a relação entre as forças e as massas atuantes, a dinâmica do movimento deve ser considerada com base nos princípios de conservação de momento e momento angular .

Tipos de alavancas

As alavancas são divididas em três tipos, ​ também chamados de graus, ​ dependendo da posição relativa dos pontos de aplicação de potência e resistência em relação ao fulcro (ponto de apoio). O princípio da alavanca é válido independentemente do tipo em questão, mas o efeito e a forma de uso de cada um mudam consideravelmente.

Primeira alavanca de gênero/grau

Alavanca de primeiro gênero/grau

Na primeira alavanca de gênero/grau, o fulcro está localizado entre a potência e a resistência . Caracteriza-se pelo fato de que a potência pode ser menor que a resistência, embora ao custo de reduzir a velocidade transmitida e a distância percorrida pela resistência.

Exemplos deste tipo de alavanca são a gangorra , a tesoura , a pinça , o alicate ou a catapulta (para amplificar a velocidade). No corpo humano existem vários exemplos de alavancas de primeira classe, como o conjunto tríceps braquial - cotovelo - antebraço .

Segunda alavanca de gênero/grau

Alavanca de segundo gênero/grau

Na segunda alavanca de gênero/grau, a resistência está entre a haste e o fulcro . Caracteriza-se por a potência ser sempre menor que a resistência, embora ao custo de reduzir a velocidade transmitida e a distância percorrida pela resistência. Exemplos incluem o carrinho de mão e o quebra- nozes com pinça manual .

Alavanca de terceiro gênero/grau

Alavanca de terceiro gênero/grau

Na alavanca de terceiro gênero/grau, a força está entre a resistência e o fulcro . Caracteriza-se por a força aplicada ser maior que a resultante; e é usado quando o que é necessário é aumentar a velocidade transmitida a um objeto ou a distância percorrida por ele.

Exemplos desse tipo de alavanca são o removedor de grampos , a vara de pescar e a pinça de sobrancelha; e no corpo humano a articulação cotovelo - bíceps braquial - antebraço e a articulação temporomandibular .

Usando a alavanca

As alavancas são utilizadas, em seus diferentes formatos, em múltiplas aplicações no dia a dia e também no projeto das máquinas mais sofisticadas. Esta máquina pode ser usada para aplicações tão simples como mover uma pedra com força humana.

Instrumentos de medição

Figura 14. Desenho de um romano para medir pesos graças ao princípio da alavanca

É notável a aplicação da alavanca em instrumentos de medição, que se deve ao equilíbrio de cargas que a alavanca dá para uma determinada configuração de fulcro. Os instrumentos mais comuns são:

• A balança : É uma alavanca de primeiro tipo que tem comprimento igual em ambos os braços e é usada, portanto, para pesar com cargas iguais ou semelhantes.
• A Romana : É uma alavanca do primeiro tipo à qual se pode variar o ponto de aplicação da força de potência.

Máquinas de elevação e transporte

Figura 15. Ferramenta em forma de grampo para elevação de toras.

Devido à sua condição de aumentar as forças dependendo da construção do mecanismo, são frequentemente utilizados para levantar cargas para qualquer tipo de trabalho.

Um primeiro tipo de aplicação de alavanca é o de grampos para manuseio de objetos em canteiros de obras. Com grampos, a força de fechamento é fornecida pelo peso da própria carga à medida que é levantada. A máquina é projetada de tal forma que o mesmo peso é transformado em uma força que tende a fechar o grampo, aumentando o coeficiente de atrito µ da superfície de engate com o objeto. ]

Alavanca de câmbio

Destaca-se o uso da alavanca como instrumento de alteração da configuração dos mecanismos, uma vez que é frequentemente encontrada em aplicações veiculares.

Essas alavancas geralmente alteram a geometria de outro mecanismo, que varia em funcionalidade após a alteração. Diferentes usos podem ser vistos dependendo do meio usado:

• Na indústria automotiva , as alavancas de troca de marchas são utilizadas para escolher o grupo de redução (par de engrenagens) com o qual o eixo do motor é engrenado diretamente. As alavancas são usadas em carros e motocicletas.
• Na aeronáutica , é utilizada a alavanca do leme, que é um dispositivo que permite obter vantagem mecânica com uma geometria de alavanca que o piloto pode mover com os pés. Esta alavanca pode ser amarrada a outra alavanca que transmite torque ao leme da aeronave. Este é um bom exemplo de alavanca composta que pode ser aplicada em aeronaves de pequeno porte como atuador mecânico.
• No mundo ferroviário , são utilizadas alavancas de mudança de via, que são usadas para variar manualmente a geometria das vias férreas.

Artilharia

A alavanca é um mecanismo amplamente utilizado em aparatos de guerra, fazendo parte de mecanismos muito complexos com uma ou mais alavancas. Poderia ser usado para dar apoio logístico a operações táticas, operações de manutenção com suportes de madeira ou cargas de canhões ou suas carruagens de armas , embora as alavancas também tenham sido usadas como o principal mecanismo de armas, como trabucos . Alguns tipos de besta eram parados por uma alavanca. Alguns trabalhavam alongando e outros que agiam empurrando. Um sistema semelhante é usado para carregar algumas balas ou rifles de ar comprimido.

Outros

• Outros usos em mecânica.
• Em instrumentos musicais de teclado.
• em ferramentas manuais.
• Na vela, existe uma “alavanca” baseada na polia, que é uma corda que ajuda a manobrar a vela. Há também o "palanquim" que utiliza um sistema de roldanas para levantar o barco da água. E outro "palanquim" de polias para ajudar a controlar o leme.

Veja também

• Plano inclinado
• Polia
• porca do fuso
• Cunha (máquina)
• Virabrequim
• Parafuso

Bibliografia

• Jeans James Hopwood (2016). História da Física . Fundo de Cultura Econômica. ISBN  978-607-164-483-1 . 
• Dzielska, Maria (2006). Hipácia de Alexandria (José Luis López Muñoz, trad.) (2ª edição). Edições de silhueta. ISBN  978-847-844-749-7 . 

Links externos

• O Wikimedia Commons hospeda uma categoria de mídia para alavancas .
• Aplicação web que representa a lei da alavanca.
• Como mover o mundo de acordo com Arquimedes.