FÍSICA
1ª SÉRIE
MÁQUINAS SIMPLES
AULA 33
Reconhecer as condições de equilíbrio e as aplicações das máquinas simples.
OBJETIVO DA AULA
“Dê-me uma alavanca e um ponto de apoio, e eu moverei o mundo.”
Arquimedes (287–212 a.C.)
hd13 — Reconhecer diferentes tipos de forças que atuam sobre corpos em equilíbrio estático ou dinâmico.
Como as máquinas nos auxiliam a diminuir o esforço necessário para realizar uma tarefa?
Na ficção, a Mulher Maravilha segura um objeto bem grande e pesado no alto, sem muito esforço. Na realidade, não temos o poder da heroína, mas projetamos máquinas para nos auxiliar em alguma atividade.
PARA INÍCIO DE CONVERSA
Debatam entre vocês:
1 min
CONCEITO DE MÁQUINA
Desde os tempos mais remotos a humanidade tem utilizado máquinas, simples ou complexas, capazes de reduzir o esforço em diversas atividades que envolvem força.
Quando falamos em máquinas, talvez você pense no motor de um veículo, ou um computador, até mesmo uma máquina de lavar. Mas uma tesoura, um alicate e um carrinho de mão são também exemplos de máquinas, chamadas de máquinas mecânicas.
Portanto, entenda “máquina” como todo dispositivo (mecânico, térmico ou elétrico) que facilita o trabalho do ser humano.
MÁQUINAS SIMPLES
Apesar da simplicidade, esses tipos de aparatos �trouxeram inúmeros avanços para a humanidade.
As máquinas mecânicas são adaptações ou combinações de dispositivos chamadas de máquinas simples, que foram e, ainda são utilizadas para ampliar a capacidade de uma pessoa executar determinado trabalho. Observe as imagens abaixo:
POLIAS
A polia móvel reduz pela metade o valor da força que a pessoa (FP) precisa aplicar para movimentar um determinado corpo.
As polias, também chamadas de roldanas, são peças mecânicas que, corretamente associadas, podem reduzir o esforço necessário para levantar objetos. Podem ser fixas ou móveis.
Polias fixas e polias móveis podem ser ainda combinadas, observe a animação ao lado:
Onde n é o n.º de polias móveis
A polia fixa modifica o sentido e direção da força aplicada. Ela não altera a força que a pessoa precisa aplicar, contudo, torna mais cômodo o trabalho.
Para 1 polia móvel
Para mais de 1 polia móvel:
Praticando 1
Fpessoa
Supondo que a caixa (imagem ao lado) pese 800 N na superfície da Terra. Qual força efetivamente a pessoa está exercendo na corda para sustentar a caixa nessa altura?
Como temos três polias móveis, usaremos: →
FR
É um mecanismo rígido capaz de proporcionar vantagem mecânica, já que multiplica a força que empregamos sobre os corpos.
Força potente (FP): é aplicada para executar o movimento.
Ponto de apoio: é o local no qual a alavanca rotaciona.
Força de resistência (FR): é que se opõe à movimentação.
Fp
FR
Fp
ALAVANCAS
Ponto de apoio
Ponto de apoio
FR
Fp
Fp
Ponto de apoio
Ponto de apoio
Fp
FR
Ponto de apoio
Ponto de apoio
FR
Fp
FR
Elementos de uma alavanca
Alavancas humanas
Na seção “Para saber +” no final desta aula, há um link que te leva a saber sobre a viabilidade de mover o mundo com uma alavanca. Não deixe de ver!
Fp ∙ dp = FR ∙ dR
Anota aí!
FR → força resistente, medida em Newton (N).
dR → distância da força resistente, medida em metros (m).
Fp → força potente, medida em Newton (N).
dp → distância da força potente, medida em metros (m).
Gangorras são exemplos de alavancas.
FÓRMULA DA ALAVANCA
Praticando 2
Para levantar uma rocha 100 kg (Peso = 1000 N), emprega-se uma alavanca, como mostra a figura abaixo. Qual a força que se deve aplicar na extremidade da alavanca para erguer a rocha?
Fp ∙ dp = FR ∙ dR
x ∙ 2 = 1000 ∙ 0,5
Força equivalente ao peso de 5 pacotes de açúcar de 5 kg.
Usando a equação →
O plano inclinado é utilizado para levar objetos de um lugar mais baixo para um mais alto; ou do mais alto para o mais baixo. �Além de inclinada, essa superfície deve ser plana e rígida.
O plano inclinado permite com que pessoas com mobilidade reduzida possam se deslocar com mais facilidade.
PLANO INCLINADO
TIPOS DE PLANO INCLINADO
Os instrumentos que cortam ou perfuram, como pregos, facas e machados, recorrem à cunha, que converte uma força de cima para baixo em forças laterais. �A cunha é um tipo de plano inclinado.
Se você observar um parafuso, notará que a rosca é um pequeno plano inclinado em volta de um cilindro. É como se fosse uma minúscula rampa em caracol. Eles permitem fixar duas peças uma na outra para apertar.
A roda é um elemento cilíndrico, de pequena espessura, que gira ao redor de um eixo ou de forma solidária a ele. Embora seja um dispositivo bastante simples, tem sofrido modificações ao longo do tempo.
ENGRENAGENS, EIXOS E RODAS
As engrenagens são, basicamente, rodas dentadas, conectadas por meio de correntes, ou então, entre si. São responsáveis por �potencializar o movimento circular.
MÁQUINAS MOVIDAS PELOS RECURSOS NATURAIS
Inicialmente, as máquinas simples eram movidas pela energia transferida pela espécie humana �(imagem abaixo).
Posteriormente, elas passaram a utilizar forças naturais para realizar uma tarefa (imagens acima).
MÁQUINAS TÉRMICAS E ELÉTRICAS
A partir do século XVIII, acentuou-se na Inglaterra uma alteração na forma de produção, aliada a uma transformação tecnológica, cujo resultado foi a Revolução Industrial. Nesse contexto, destacam-se as máquinas térmicas, que transformam energia térmica em movimento. Ao longo desse trimestre aprofundaremos seu estudo.
Na terceira série, investigaremos as máquinas elétricas, que convencionalmente chamamos de motores elétricos.
Máquinas elétricas convertem energia elétrica em mecânica e vice-versa.
O QUE VIMOS?
Professor, caso tenha alguma sugestão ou elogio para esta aula, acesse: https://forms.gle/ZuC8G4UPYMEdztJy5
Na aula de hoje, reconhecemos a aplicação, ao longo da história, dos diversos tipos de máquinas desenvolvidas pela espécie humana.
Será mesmo possível mover o planeta com um aparato tão simples?
Cabos de enxada simulando polias!
Manual do Mundo
Disponível em:�https://youtu.be/9HxJOcS5U3Y?si=e0Op8X0wAu4BxpyI — Acesso em: 29 mai. 2025.
Einstein TV
“Dê-me uma alavanca e um ponto de apoio, e eu moverei o mundo.”
Arquimedes (287–212 a.C.)
REFERÊNCIAS
GONÇALVES FILHO, Aurélio. Física: interação e tecnologia. Vol. 3. Aurélio Gonçalves Filho, Carlos Toscano. 2ª ed. – São Paulo: Leya, 2016.
HEWITT, Paul G. Fundamentos de Física Conceitual – tradução Trieste Ricci. – Porto Alegre: Bookman, 2009.
PARANÁ. Trilha Energia e Astronomia. Secretaria de Estado da Educação. Curitiba, 2023.
MELO, Pâmella Raphaella. "Alavanca"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/alavanca.htm. Acesso em 15 de fevereiro de 2024.
Imagem: Imagem 1. Catapulta. Britannica Escola. Disponível em <https://tinyurl.com/5w4vut4b>. Acesso em fev. 2022.
Slide 3 — Arquimedes. Disponível em: https://images.app.goo.gl/MVWZCnA22R5dPtJJ7 — Acesso em: 02 dez. 2024.
Slide 5 — Catapulta. Disponível em: https://images.app.goo.gl/tjohFPgZsTxMikqeA — Acesso em: 02 dez. 2024.
Slide 7 — GIF: polia fixa. Disponível em: https://images.app.goo.gl/sXhLbN6KPVUaiDy49 — Acesso em: 02 dez. 2024.
Slide 10 — GIF: ciclistas. Disponível em: https://images.app.goo.gl/JPA7m1RevDCBC4WDA — Acesso em: 02 dez. 2024.
— GIF: Rodas. Disponível em: https://images.app.goo.gl/HhFWukYQz4cVbnzm7 — Acesso em: 02 dez. 2024.
Slide 11 — Acessibilidade com plano inclinado. Disponível em: https://images.app.goo.gl/Tkq874X9QJ1QAM2k7 — Acesso em: 02 dez. 2024.
Slide 14 — Máquinas movidas a recursos naturais. Disponível em: PIETROCOLA, Maurício [et. al.]. Física em contextos. 1ª ed. Editora do Brasil, 2016.
Slide 16 - GIF: motor elétrico. Disponível em: https://i.pinimg.com/originals/a5/be/7d/a5be7dfde235af30ed476257cf1b581e.gif - Acesso em: 6 fev. 2025.
BIBLIOGRÁFICAS:
IMAGENS, ÁUDIOS, VÍDEOS E ANIMAÇÕES:
ALAVANCA DE ARQUIMEDES — UM CASO POSSÍVEL?
“Dê-me uma alavanca e um ponto de apoio, e eu moverei o mundo.”
Mas, mesmo imaginando que o experimento pudesse ser realizado no espaço vazio e a Terra estivesse a 1 m do centro de apoio da alavanca, Arquimedes deveria ficar a 100 sextilhões de metros para contrabalancear a massa da Terra, ou seja, a alavanca de Arquimedes deveria ter pelo menos 1023m, equivalente a 100 vezes a dimensão da via Láctea(1021m). Justifica-se, assim, a inviabilidade da ação.
Animado pelos benefícios de usar alavancas para erguer grandes massas, Arquimedes teria proferido a frase: