Máquinas Simples:As máquinas simples são dispositivos que, apesar de sua absoluta simplicidade, trouxeram grandes avanços para a humanidade e se tornaram base para todas as demais máquinas (menos ou mais complexas) criadas ao longo da história.As máquinas simples são dispositivos capazes de alterar forças, ou simplesmente de mudá-las de direção e sentido.Comumente, o termo "máquina simples" refere-se às sete máquinas simples clássicas, conforme definidas pelos cientistas renascentistas:

AlavancaCunha

EngrenagemMolaPolia

Rodas e eixoPlano inclinado

Alavanca:Na física, a alavanca ou lavanca é um objeto rígido que é usado com um ponto fixo apropriado (fulcro) para multiplicar a força mecânica que pode ser aplicada a um outro objeto (resistência). O princípio da força de alavanca pode também ser analisado usando as leis de Newton.

Principio do funcionamento de uma alavanca

Alavancas:A força aplicada em pontos de extremidade da alavanca é proporcional à relação do comprimento do braço de alavanca medido entre o fulcro e o ponto da aplicação da força aplicada em cada extremidade da alavanca.A equação fundamental das alavancas é:

Onde:

- Fp é a força potente;- Fr é a força resistente;- BP é o braço potente; e- BR é o braço resistente.

Cunha:

É uma ferramenta de metal ou madeira dura, em forma de prisma agudo em um dos lados, e que se insere no vértice de um corte para melhor fender algum material (como madeira ou pedras), bem como para calçar, nivelar, ajustar uma peça qualquer.A origem da cunha é desconhecida, é usada há, pelo menos, 9000 anos. No Antigo Egito, cunhas de bronze foram usadas.A cunha era usada para o tipo de escrita em Cuneiforme.

Cunha de metal

Engrenagem:

É um elemento mecânico composto de rodas dentadas que se ligam a um eixo, o qual imprimem movimentos. As engrenagens operam aos pares, os dentes de uma encaixando nos espaços entre os dentes de outra. Se os dentes de um par de engrenagens se dispõem em círculo, a razão entre as velocidades angulares e os torques do eixo será constante. Se o arranjo dos dentes não for circular, variará a razão de velocidade. A maioria das engrenagens é de forma circular.Para transmitir movimento uniforme e contínuo, as superfícies de contato da engrenagem devem ser cuidadosamente moldadas, de acordo com um perfil específico. Se a roda menor do par (o pinhão) está no eixo motor, o trem de engrenagem atua de maneira a reduzir a velocidade e aumentar o torque; se a roda maior está no eixo motor, o trem atua como um acelerador da velocidade e redutor do torque.

Engrenagem simples

Tipos de Engrenagem:As engrenagens não só apresentam tamanhos variados, mas também se diferenciam em formato e tipo de transmissão de movimento. Dessa forma, podemos classificar as engrenagens empregadas normalmente dentro dos seguintes tipos: Cônicas, Retas, Hipóides, Helicoidais, Cremalheira, Parafuso sem fim.

Cálculo:A razão entre o número de dentes nas rodas é diretamente proporcional à razão de torque e inversamente proporcional à razão das velocidades de rotação. Por exemplo, se a coroa (a roda maior) tem o dobro de dentes do pinhão, o torque da engrenagem é duas vezes maior que o do pinhão, ao passo que a velocidade deste é duas vezes maior que a da coroa.

Em um par de engrenagens no qual:z1= número de dentes da engrenagem 1z2= número de dentes da engrenagem 2n1= número de rotações por minuto da engrenagem 1 (rpm)n2= número de rotações por minuto da engrenagem 2 (rpm)

Temos a seguinte equação: n2 / n1 = z1 / z2

Mola:É um objeto elástico flexível usado para armazenar a energia mecânica. As molas são feitas de arame geralmente tendo como matéria prima mais utilizada o aço temperado. Tipos: Helicoidal, Lâmina Espiral, Torção, Gás, Faixa de borracha, Belleville, Pneumática.

Teoria:Na física clássica, uma mola pode ser vista como um dispositivo que armazene a energia potencial esticando as ligações entre os átomos de um material elástico.A lei de Hooke da elasticidade indica que a extensão de uma haste elástica (seu comprimento distendido menos seu comprimento relaxado) é linearmente proporcional à sua tensão e à força usada para esticá-la. Similarmente, a contração (extensão negativa) é proporcional à compressão (tensão negativa).Esta lei relaciona-se somente quando ha deformação (extensão ou contração). Para deformações além do limite elástico , as ligações atômicas começam a serem rompidas, e uma mola pode formar ondas, ou deformar-se permanentemente, ou seja, rompe-se a sua constante elástica K. Muitos materiais não têm nenhum limite elástico claramente definido, e a lei de Hooke não pode ser significativamente aplicada a estes materiais.

Polia:A polia ou roldana é uma peça mecânica muito comum a diversas máquinas, utilizada para transferir força e movimento. Uma polia é constituída por uma roda de material rígido, normalmente metal, mas outrora comum em madeira, lisa ou sulcada em sua periferia. Acionada por uma correia, corda ou corrente metálica a polia gira em um eixo, transferindo movimento e energia a outro objeto. Quando associada a outra polia de diâmetro igual ou não, a polia realiza trabalho equivalente ao de uma engrenagem.Em náutica também se emprega o termo moitão

Diferentes tipos de polias:As polias podem ser utilizadas em distintas configurações, que influenciam na razão entre a força potente e força resistente.

Polia fixa: somente altera a direção e o sentido da força. Fp = Fr.Polia móvel: divide a força resistente entre o ponto de fixação da corda e a força potente. Fp = Fr / 2.Cadernal: configuração de várias roldanas móveis e o mesmo número de roldanas fixas. Fp = Fr / 2n.Talha: configuração de várias roldanas móveis e uma roldana fixa. Fp = Fr / 2n.Fp = Força potente.Fr = Força resistente.n = Número de roldanas móveis./ = dividido.= = igual.

Roda e Eixo de rotação: É uma das seis máquinas simples com vastas aplicações no transporte e em máquinas mecânicas, caracterizada pelo movimento rotativo no seu interior. A roda transmite de maneira amplificada para o eixo de rotação qualquer força aplicada na sua borda, reduzindo a transmissão tanto da velocidade quanto da distância que foram aplicadas. Similarmente, a roda transmite de maneira reduzida para a borda qualquer força aplicada no seu eixo de rotação, amplificando a transmissão tanto da velocidade quanto da distância que foram aplicadas.O fator importante para determinar a transmissão de força, velocidade e distância é a relação entre o diâmetro da borda da roda e o diâmetro do eixo.Eixo de rotação é o eixo (material ou não) em volta do qual se realiza um movimento de um corpo, o qual tem em cada ponto seu a mesma velocidade angular. O eixo é geralmente representado por uma reta espacial.

Plano inclinado:É um exemplo de máquina simples. Como o nome sugere, trata-se de uma superfície plana cujos pontos de início e fim estão a alturas diferentes.Ao mover um objeto sobre um plano inclinado em vez de movê-lo sobre um plano completamente vertical, o total de força a ser aplicada é reduzido, ao custo de um aumento na distância pela qual o objeto tem de ser deslocado.Observe que pela Lei da Conservação de Energia, a mesma quantidade de energia mecânica é requerida para levantar um dado objeto até uma certa altura, seja através do plano inclinado ou do plano vertical. No entanto, o plano inclinado permite que o mesmo trabalho seja realizado aplicando-se uma força menor por uma distância maior.Resumindo, o plano inclinado permite uma troca força x distância que é conveniente nas suas aplicações.Exemplos de planos inclinados: Rampa, Cunha e Parafuso.

Há 3 forças a serem consideradas:1. A força peso atuando no objeto devido à gravidade (mg, atuando verticalmente e para baixo);2. A força normal (N) exercida no objeto pelo plano em reação à força peso (mg cosθ, perpendicular ao plano);3. A força de atrito, qe atua na direção paralela à superfície do plano (mgsenθ).

Alavancacunha

Engrenagemmolas

polia

Roda e eixo

Plano inclinado