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Máquinas simples são importantes para o dia a dia e podem ser vistas em casa, na escola ou no recreio. As máquinas simples são ferramentas que alteram o tamanho e/ou a direção da força para facilitar o trabalho. Utilizando máquinas simples, as pessoas comuns podem levantar pedras grandes, mover blocos por grandes distâncias e até construir pirâmides.

Nesta unidade, os alunos serão introduzidos aos conceitos físicos de força e trabalho e a quatro tipos de máquinas simples: plano inclinado, roda e eixo, alavanca e engrenagens. Os alunos serão capazes de investigar como a força pode ser aplicada para facilitar o trabalho com 4 construções que apresentam estas máquinas simples: um plano inclinado, uma alavanca de equilíbrio, um carro com mola e um relógio. Os alunos também obterão informações sobre ferramentas que têm sido utilizadas desde os tempos antigos e ainda hoje são utilizadas.

O que é uma máquina simples?

Uma máquina simples é uma ferramenta que altera o tamanho e a direção de uma força para mover um objeto. As máquinas simples são dispositivos com poucas ou nenhumas peças móveis que facilitam o trabalho. As máquinas simples existem há milhares de anos e continuam a ser úteis. Nesta unidade, os alunos serão apresentados a quatro tipos de máquinas simples: plano inclinado, rodas e eixo, alavancase engrenagens.

O que é a Força?

Força é empurrar ou puxar um objeto. Quando a força é aplicada a um objeto, e esta força também não tem oposição, altera a velocidade ou a direção do objeto. A força é utilizada para mover coisas à nossa volta. Trabalharemos com diversas formas de força nesta unidade, incluindo força aplicada, forças equilibradas e desequilibradas.

Força Aplicada

Uma força aplicada refere-se a uma força aplicada a um objeto. Se empurrasse a sua cadeira pela sala, estaria a aplicar força sobre a cadeira.

Existem forças equilibradas e também desequilibradas. As forças iguais, mas com sentidos opostos, são chamadas de forças equilibradas. As forças equilibradas não fazem com que um objeto se mova.

Forças Equilibradas e Desequilibradas

As forças iguais, mas com sentidos opostos, são chamadas de forças equilibradas. As forças equilibradas não fazem com que um objeto se mova. Um exemplo de força equilibrada seriam dois grupos de pessoas a jogar ao cabo de guerra com a mesma quantidade de força. Isto faria com que a corda se mantivesse no lugar, uma vez que as forças opostas exercidas em ambos os lados são equivalentes.

No entanto, forças desequilibradas farão com que um objeto ou objetos se movam. Suponhamos que uma das equipas do nosso cabo de guerra puxa com mais força do que a outra equipa, as forças já não seriam iguais. Uma equipa seria capaz de puxar a outra equipa na direção da força maior.

As forças desequilibradas provocam uma alteração no movimento do objeto ao qual a força é aplicada. Máquinas simples como o plano inclinado utilizam uma força desequilibrada para facilitar o trabalho. Por exemplo, sabe-se que os objetos aceleram no plano inclinado, devido a um desequilíbrio na força da gravidade.

Força Gravitacional

A força da gravidade é a força com que a Terra, a Lua ou outro objeto extremamente grande atrai outro objeto para si. Por definição, este é o peso do objeto. Todos os objetos na Terra experimentam uma força de gravidade que é direcionada “para baixo” em direção ao centro da Terra.

O que é o trabalho?

Em ciência, trabalho é a utilização da força para mover um objecto a partir de um ponto inicial fixo. Máquinas simples facilitam o trabalho (mover objetos).

A definição científica de trabalho é a quantidade de força aplicada a um objeto multiplicada pela distância a que o objeto é movido. Assim, o trabalho consiste em força e distância. Cada trabalho exige uma quantidade específica de trabalho para ser concluído e este número não se altera. Assim, a força vezes a distância é sempre igual à mesma quantidade de trabalho. Isto significa que se mover algo por uma distância menor, terá de exercer uma força maior. Por outro lado, se quiser exercer menos força, será necessário movê-la uma distância maior. Esta é a troca de força e distância.

O que é a vantagem mecânica?

Vantagem Mecânica é quando necessita de menos força para realizar a mesma quantidade de trabalho porque é utilizada uma máquina simples para aumentar e alterar a direção da força aplicada. A vantagem mecânica pode ser ajustada para satisfazer necessidades específicas. Dois tipos de vantagem mecânica são a velocidade e o binário.

O que é o Binário?

O binário é uma vantagem mecânica que torna a saída de uma engrenagem ou máquina acionada mais potente. O binário é gerado se for utilizada uma força para iniciar ou parar a rotação de um objeto, como acontece com a rotação de engrenagens e com a rotação parcial de uma alavanca. Veja a animação abaixo para ver uma engrenagem mais pequena a acionar uma engrenagem maior para operar com maior binário.

O que é a velocidade?

Velocidade é a distância que um objeto se desloca ao longo do tempo e é uma vantagem mecânica que torna mais rápida a saída da engrenagem ou máquina acionada. No que diz respeito às engrenagens, a velocidade está inversamente relacionada com o binário. Se a velocidade for desejada na saída, o binário terá de ser diminuído. O inverso também é verdadeiro. Se for desejado mais binário ou potência como saída, a velocidade diminuirá. Veja a animação abaixo para ver uma engrenagem maior a acionar uma engrenagem mais pequena para operar a uma velocidade mais elevada.