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As máquinas simples desempenham um papel importante
na vida diária simplificando muitas tarefas como içar, puxar e
empurrar objectos. Elas permitem que uma pessoa empregue
menos energia e se esforce menos para realizar uma tarefa.
Por exemplo, para levantar uma caixa pesada para dentro
de um camião é necessário muito mais força e esforço do
que para empurrar a caixa ao longo de um plano inclinado.
As máquinas simples também reduzem a intensidade da
força necessária para deslocar um objecto ou para mudar a
direcção ou distância da força que é necessário aplicar.
Este kit inclui 63 componentes para construir cinco máquinas
simples básicas: polia, plano inclinado, cunha, alavanca e
eixo e roda. Cada máquina foi concebida para reduzir a força e
o esforço de modo específico.
Polia (figura 1)
A função principal da polia é alterar a direcção de uma
força aplicada o que, por sua vez, reduz o esforço e a força
necessários para movimentar um objecto. Aplicando uma
força descendente sobre a polia, desloca o outro objecto
para cima. Demonstre este princípio passando a corda e o
gancho do bloco de 10 g sobre a roda de uma polia e puxando
o gancho para baixo. Consulte a figura 1F. Note como o bloco
se desloca para cima quando puxa o gancho para baixo. A
força aplicada muda a direcção na qual o bloco se movimenta,
facilitando o seu deslocamento para cima.
Imagine um operário de construção civil que tenta empurrar
uma viga grande para o topo de um edifício. Seria mais fácil
içar a viga usando uma máquina com um sistema de polia.
Uma polia é constituída por um cordão ou cabo que se
desloca pelo menos sobre uma roda ou sobre um sistema de
rodas. Exemplos de polias na vida real incluem um mastro de
bandeira, uma grua, persianas de janela e os elevadores mais
antigos.
Faça experiências com o modelo da polia mudando a
posição, número e/ou tamanho das rodas. Adicione anilhas
à extremidade do gancho. Quantas anilhas são necessárias
para movimentar o bloco de 5 g e o bloco de 10 g? O esforço
muda quando se passa o cordão por um número maior ou
menor de rodas? Como muda a direcção? O esforço aumenta
ou diminui quando se usam rodas pequenas ou grandes? O
esforço muda quando se altera a posição das rodas? Como
muda a direcção?
Plano Inclinado (figura 2)
A principal função de um plano inclinado é movimentar um
objecto até uma certa altura puxando-o ou empurrando-o
com menos esforço e menos força ao longo de uma distância
maior. Demonstre este princípio puxando o bloco de 10 g ao
longo do plano inclinado. Em seguida, coloque o bloco sobre
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POR
a mesa e levante-o até à mesma altura. Consulte a figura 2B.
Note como é mais fácil puxar o bloco até uma certa altura ao
longo do plano inclinado do que levantá-lo manualmente.
Ao puxar o bloco no plano inclinado movimenta-o por uma
distância maior, mas o plano inclinado facilita o processo.
Imagine uma pessoa a carregar caixas levantando-as do
chão para as colocar na traseira de um camião. Seria mais
fácil carregar ou empurrar as caixas ao longo de uma rampa.
Embora a distância seja maior, exerce menos esforço com um
plano inclinado do que se as levantasse manualmente.
Um plano inclinado consiste numa rampa que conduz a outro
nível. Exemplos de planos inclinados na vida real incluem
escadas e rampas.
Faça experiências com o plano inclinado alterando a sua
altura. Consulte a figura 2D. Um plano inclinado mais alto
aumenta ou reduz o esforço necessário? Simultaneamente,
deixe cair uma bola junto ao plano inclinado a partir da
mesma altura e role a segunda bola pelo plano inclinado.
Qual a bola que atinge o chão em primeiro lugar? É necessário
uma força menor para acelerar a bola pelo plano inclinado;
portanto, essa bola deve chegar ao chão em último lugar.
Cunha (figura 3)
A função de uma cunha é dividir ou separar objectos em duas
ou mais peças introduzindo um plano inclinado de ângulo
agudo num objecto. Demonstre este princípio introduzindo
a cunha entre duas bases ligadas por tiras de borracha.
Consulte a figura 3B. Note como o espaço entre as duas bases
aumenta quando se introduz a cunha.
Imagine a proa de um barco que se desloca na água. A proa,
ou cunha, facilita muito o deslocamento do barco. O barco
não se deslocaria tão bem na água se a sua proa fosse apenas
uma superfície plana.
Uma cunha consiste em pelo menos um, mas em geral dois,
planos inclinados unidos. Alguns exemplos de cunhas na vida
real incluem facas, eixos, cinzéis e proas de barcos.
Alavanca (figura 4)
Há três tipos diferentes de alavancas, mas cada um deles
possui algumas características em comum. Todas as
alavancas possuem uma barra, haste ou outra superfície que
se apoia num fulcro. Aplica-se uma força numa extremidade
de uma haste que, por sua vez, movimenta uma carga. Se a
carga for colocada junto do fulcro, é necessário menos esforço
para a movimentar.
No caso de uma alavanca de primeira classe, o fulcro está
posicionado no meio da carga. Um balancé é um exemplo de
uma alavanca de primeira classe, que aplica uma força numa
direcção enquanto a carga se movimenta na direcção oposta.
Construa o modelo com a haste suportada no centro do fulcro
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