Ciências 7º Ano B Aula 3
Eixo
temático: Matéria e energia
Conteúdo: Máquinas simples (Esse
conteúdo foi trabalhado na aula do dia 30/04 transmitida no aplicativo CMSP e
TV Educação).
Habilidades: (EF07CI01A) Discutir a
aplicação das máquinas simples (martelo, tesoura, uma alavanca, roldana, plano
inclinado entre outras) e propor soluções e invenções para a realização de
tarefas mecânicas cotidianas.
(EF07CI01B) Investigar como as máquinas simples fizeram parte do cotidiano humano em diferentes períodos históricos, incluindo o desenvolvimento industrial paulista, e argumentar sobre como seu uso mudou a sociedade.
Olá Pessoal! Tudo bem?
Relembrando as aulas sobre as alavancas (Maquinas Simples) vamos
assistir ao vídeo, em seguida, copiem as questões propostas para fixação do
conteúdo estudado em seu caderno respondendo-as.
Se for preciso, consulte seu caderno.
Questões
propostas para fixação do conteúdo estudado.
1) Quais as máquinas simples apresentadas no vídeo?
2) Qual será a força potente necessária para equilibrar um corpo
que exerce uma força resistente de 50N, quando o ponto de apoio estiver bem no
meio da alavanca (nesse caso o braço da força resistente será igual ao braço da
força potente).
3) Uma pessoa deseja
equilibrar, por meio de uma alavanca, um objeto que exerce uma força resistente
de 300N, para exercer esse trabalho dispõe de uma força potente de 100N. Onde devemos colocar o
ponto de apoio da alavanca, mais próximo do objeto ou mais próximo da
pessoa?
Faça um desenho para
demostrar como ficaria o esquema.
Máquinas Simples
Uma máquina é considerada simples
quando é constituída de uma só peça.
Em toda máquina simples estão
associados três elementos:
1. FORÇA POTENTE ou
POTÊNCIA (P) - Toda força capaz de produzir ou de acelerar o movimento. Produz trabalho
motor.
2. FORÇA RESISTENTE ou
RESISTÊNCIA (R) - É toda força capaz de se opor ao movimento. Produz trabalho
resistente.
3. Um elemento de
ligação entre potência e resistência, que pode ser um ponto fixo, um eixo ou um
plano.
É deste terceiro elemento que surge
então os três tipos principais de máquinas simples:
ALAVANCA
ROLDANA
PLANO INCLINADO
ALAVANCA
É uma barra rígida, que pode ser reta
ou curva, móvel em torno de um de seus pontos chamado fulcro ou ponto de apoio.
TIPOS DE ALAVANCAS
INTERFIXA:
Com o fulcro entre a potência e a
resistência.
O homem primitivo descobriu que, quanto mais longa a alavanca, mais peso
ele podia erguer, com menos esforço.
INTER-RESISTENTE
Com a resistência entre o ponto de
aplicação da potência e o fulcro.
INTERPOTENTE
Com o ponto de aplicação da Potência
entre o ponto de aplicação da resistência e o fulcro
Questões
propostas para fixação do conteúdo estudado.
a )
b )
c )
d )
e )
f )
g )
h )
i )
j )
k )
l )
m )
Cálculos em uma
alavanca simples
A alavanca permite
que a força aplicada em um ponto de uma barra tenha seu efeito ampliado em
outro através da relação entre a distância entre o ponto de aplicação e o apoio
da barra.
Na figura acima observamos que há uma barra apoiada
em um ponto fixo e que toca uma rocha em uma extremidade e está livre em outra.
Nesta ponta livre é aplicada uma força, que chamamos de força potente (Fp).
Esta força faz a barra se mover sobre o ponto de apoio invertendo o sentido da
força, fazendo a barra subir e levantar a rocha. A rocha, por sua vez, exerce
uma força de resistência (Fr) através da força peso.
Assim:
Fp⋅dp=Fr⋅dr
A relação acima nos mostra que quanto maior a
distância entre o ponto de aplicação da força potente e o apoio, menor deve ser
a força aplicada para mover o objeto.
No dia a dia, temos diversos exemplos de alavancas
até no nosso próprio corpo. Por exemplo, os sistemas
músculos-ossos-articulações formam alavancas que nos permitem andar, mastigar,
levantar e arremessar objetos.
Uma tesoura, um pé de cabra, um alicate e um martelo
para arrancar pregos também são exemplos de alavancas. Outra utilização prática
é a utilização de extensores em chaves de roda, para facilitar a remoção dos
parafusos de rodas de carros.
Observe o exemplo:
1) Qual o valor da força potente (P)
aplicada a esta alavanca interfixa afim de se obter o equilíbrio?
Resolução:
Vamos encontrar o valor de X dividindo
3,60 por 3.
X=1,20m
Usando a equação Fp.dp=Fr.dr temos.
Fp.2x=Fr.x
Fp.2,40=20.1,20
Fp.2,40=24
Fp=24.2,40
Fp=10N
Agora é sua vez.
Questões propostas para fixação do conteúdo estudado
2) Para levantar 500Kg, emprega-se uma
alavanca de 1,50m. O ponto de aplicação e o ponto de apoio distante 0,30m. Qual
a força que se deve aplicar na extremidade da alavanca para erguer a pedra?
3) É preciso erguer um peso de 1000kg
por meio de uma alavanca; qual deve ser a força resistente (R) , se os braços
de alavanca são 1,20m para a força potente (P) e 0,24m para a resistência?
Máquinas Simples Roldanas
As roldanas, também
chamadas de polias, são tipos de rodas utilizados em máquinas para direcionar
a força feita sobre determinados objetos por meio de fios, cordas ou
cabos, de modo que seja possível desviar a trajetória ou até mesmo
levantá-los. Elas são utilizadas na construção civil, na composição de motores,
aparelhos de academia etc.
Roldana fixa
Ela geralmente é utilizada para erguer
objetos pesados, e a força feita para tal tarefa corresponde exatamente
ao peso do objeto elevado.
Na imagem acima, observe que a roldana está presa ao teto. Sua função é
apenas proporcionar a elevação do objeto.
Existe
uma forma de associar roldanas de modo que a força necessária para elevar
determinado objeto seja menor que o peso do referido corpo Na imagem a seguir, a
roldana de número 1 está presa ao teto, por isso, é fixa e capaz de alterar
a direção e o sentido de aplicação
da força. As roldanas 2, 3 e 4, que são denominadas de soltas, estão
acopladas entre si, e o objeto levantado está preso à roldana 4.
Cada roldana solta reduz a ação da força peso
pela metade, de forma que o esforço necessário para elevar um determinado
objeto seja menor. A força peso do objeto da figura anterior será dividida ao meio
pela ação das polias 2, 3 e 4, portanto, a força necessária para elevar objeto
será oito vezes menor que o seu peso
A partir desse raciocínio, concluímos que a força executada para erguer
um determinado objeto por meio de um sistema de polias dependerá do número de
roldanas soltas, como demonstrado na seguinte equação
Nesse caso N é o número de roldanas soltas.
F: força necessária para
que um determinado objeto seja erguido;
P: peso do objeto;
N: número de roldanas soltas que compõem o sistema.
Repare que, no exemplo da figura anterior, as três roldanas soltas
tornaram a força feita oito vezes menor.
Exemplo:
Ainda tomando como referência a imagem
anterior, onde existe uma roldana fixa e três polias soltas, imagine que o
objeto erguido possua massa igual a 160 kg. A força necessária para que ele
possa ser erguido pela associação das polias corresponderá à força necessária
para elevar um objeto de apenas 20 kg! Sabendo que o peso de um objeto é o
resultado do produto de sua massa pela aceleração da gravidade (g = 10 m/s2),
podemos definir a força F da seguinte forma:
Peso do objeto:
Força F aplicada na
roldana:
A força de 200 N aplicada para erguer o objeto corresponde ao peso de um
objeto de apenas 20 kg.
Questões propostas para fixação do conteúdo
estudado
1 ) Qual
seria a força necessária para equilibrar o corpo caso seu peso fosse de 800N?
Obs: Use a seguinte equação 
onde F é a força, P é o peso e N é o número de roldanas móveis.
onde F é a força, P é o peso e N é o número de roldanas móveis.
2 ) Um sistema de polias é constituído de modo
que a força necessária para içar um objeto de 1 tonelada é dezesseis vezes
menor. Quantas polias soltas existem nessa associação de polias?
a) 3
b) 4
c) 5
d) 2
e) 1
3 ) A associação
de polias pode oferecer vantagem mecânica para puxar ou içar objetos muito
pesados. Quanto mais polias soltas forem colocadas no sistema, maior será a
facilidade de executar a ação necessária. Marque a alternativa correta a
respeito dos sistemas constituídos por polias.
a) A força feita para içar um
determinado objeto será trinta e duas vezes menor, caso o número de polias
soltas seja igual a 4.
b) A quantidade de polias fixas
influencia na força feita sobre o sistema, assim, quanto mais polias fixas,
menos força se faz sobre o sistema.
c) Cada polia fixa anula a ação de
uma polia móvel, por isso um sistema de polias deve ter o menor número de
polias soltas possível.
d) Os aparelhos de academia utilizam
sistemas de polias soltas, assim, a força feita por uma pessoa corresponderá
exatamente ao peso do objeto posto no aparelho.
e) Todas as alternativas anteriores
estão incorretas.
4 ) Dê
alguns exemplos práticos de onde as roldanas são empregadas para auxiliar o
homem em suas atividades cotidianas.
5 ) Um
objeto, que exerce uma força de 100N, deve ser equilibrado com o uso de uma
roldana fixa. Qual a força necessária para exercer esse trabalho?
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