Máquinas Simples

Ao longo da história o homem procurou

melhorar sua condições de trabalho,

principalmente no que se refere ao seu esforço

físico. Para isso o homem, utilizou ,

inicialmente meios auxiliares para reduzir seu

“esforço muscular”, assim criando as

maquinas simples, como a roda.

A roda é talvez uma das invenções principais na trajetória

de desenvolvimento tecnológico do ser humano. Com ela, os povos primitivos

tornaram o transporte mais rápido e fácil, além de contribuir para transformar

as primeiras aglomerações humanas em cidades maiores.

A prova mais antiga de seu uso data de cerca de 3500 A.C., e vem de um

esboço em uma placa de argila encontrada na região da antiga Suméria,

na Mesopotâmia (atual Iraque), mas é certo que sua utilização venha de

períodos muito mais remotos.

A roda é uma das seis máquinas simples com vastas aplicações no

transporte e em máquinas. Pode-se definir roda como um objeto sólido

redondo ou um anel circular com raios, projetado para girar em torno de

um eixo menor no centro.

Um mecanismo de roda e eixo pode criar os seguintes efeitos:

1. Reduzir o atrito (resistência que encontra um objeto quando se move ou

gira contra outro objeto);

2. Controlar a direção do movimento;

3. Aumentar a força giratória.

Com a finalidade de multiplicar forças, constituindo assim uma máquina simples,

podemos associar rodas e eixos. Duas rodas acopladas a um mesmo eixo ou duas

rodas acopladas por correia são exemplos de dispositivos simples capazes de

multiplicar forças.

Em uma das rodas (denominada roda motriz), o operador (que pode ser um motor

elétrico) aplica sua força (Fa = P = potência), em geral empunhando uma manopla e a

outra roda (denominada roda de carga) transmite à carga, a força já multiplicada pela

máquina (Ft = R = resistência).

Como nas demais máquinas, esses acoplamentos entre rodas e eixos obedecem ao

princípio da conservação do trabalho (ta = tt), de modo que, se os raios das rodas são

diferentes, podemos ganhar em força (força transmitida maior que a força

aplicada: Ft > Fa) mas, perder em distância (o deslocamento tangencial da força

aplicada é maior que o deslocamento tangencial da força transmitida: d1 > d2).

A roda deriva-se também em outros tipos como:

Polias ou Roldanas- Fixa e Móvel

Engrenagens

Sarilho

Cabrestante

As polias ou roldanas servem para mudar a direção e o sentido da força

com que puxamos um objeto (força de tração). As polias podem facilitar a

realização de algumas tarefas, dependendo da maneira com que elas são

interligadas.

Temos dois tipos de polias, as polias fixas e as polias móveis:

A polia fixa funciona como alavanca interfixa em que os braços são iguais.

A polia fixa permite levantar pesos de forma mais cômoda , permitindo

variar o sentido e a direção das forças aplicadas.

A polia móvel facilita a realização de algumas tarefas, como, por exemplo, a de

levantar algum objeto pesado. A cada polia móvel colocada no sistema, à força fica

reduzida à metade, esta é uma vantagem, só que também temos a desvantagem,

quanto mais polias móveis, mais demora a erguer ou puxar o objeto. As polias

móveis são muito utilizadas em oficinas para erguer o motor do carro.

Polia Fixa:

Polias: Exemplos

Polia Móvel:

As engrenagens são usadas em milhares de dispositivos mecânicos. Elas realizam

várias tarefas importantes, mas a mais importante é que elas fornecem uma redução

na transmissão em equipamentos motorizados. E isso é essencial porque,

frequentemente, um pequeno motor girando muito rapidamente consegue

fornecer energia suficiente para um dispositivo, mas não consegue dar

o torque necessário. Com a redução de transmissão, a velocidade de saída pode ser

diminuída e o torque, aumentado.

Tipos de engrenagens:

Engrenagem de roda com estacas perpendiculares;

Engrenagens de dentes reto;

Engrenagens helicoidais;

Engrenagens helicoidais cruzadas;

Coroas;

Coroas em espiral;

Engrenagens hipóides no diferencial de um carro,

Engrenagens sem-fim;

Engrenagem de roda com estacas perpendiculares: Em qualquer engrenagem, a relação é determinada pelas distâncias que vão do

centro das peças até o ponto de contato. Por exemplo, em um dispositivo com duas

engrenagens, se uma delas tiver o dobro do diâmetro da outra, a relação será de

2:1.

Um dos tipos de engrenagem mais primitivos que podemos ver seria uma roda com

estacas de madeira em suas extremidades.

Engrenagens de dentes reto: As engrenagens de dentes retos são o tipo mais comum de engrenagens.

Elas têm dentes retos e são montadas em eixos paralelos. Há situações em

que muitas dessas engrenagens são usadas juntas para criar grandes

reduções na transmissão.

Engrenagens helicoidais: Os dentes nas engrenagens helicoidais são cortados em ângulo com a face da

engrenagem. Quando dois dentes em um sistema de engrenagens helicoidais se

acoplam, o contato se inicia em uma extremidade do dente e gradualmente

aumenta à medida que as engrenagens giram, até que os dois dentes estejam

totalmente acoplados.

Engrenagens helicoidais cruzadas: Este engate gradual faz as engrenagens helicoidais operarem muito mais suave e silenciosamente que as

engrenagens de dentes retos. Por isso, as engrenagens helicoidais são usadas na maioria

das transmissões de carros.

Devido ao ângulo dos dentes de engrenagens helicoidais, elas criam um esforço sobre a engrenagem

quando se unem. Equipamentos que usam esse tipo de engrenagem têm rolamentos capazes de suportar

esse esforço.

Algo interessante sobre as engrenagens helicoidais é que se os ângulos dos dentes estiverem corretos,

eles podem ser montados em eixos perpendiculares, ajustando o ângulo de rotação em 90º.

Coroas: As coroas (ou engrenagens cônicas) são úteis quando a direção da rotação de um

eixo precisa ser alterada. Elas costumam ser montadas em eixos separados por 90º,

mas podem ser projetadas para funcionar em outros ângulos também.

Os dentes das coroas podem ser retos, em espiral ou hipóides. Dentes retos de

coroa acabam tendo o mesmo problema que na engrenagem de dentes retos:

conforme cada dente se junta ao outro, ele causa impacto de uma só vez no dente

correspondente.

Coroas em espiral: Em coroas retas e em espiral, os eixos devem ser perpendiculares um em

relação ao outro, mas também é necessário que estejam no mesmo plano.

Se você tivesse que estender os dois eixos através das engrenagens, eles

acabariam se cruzando.

Engrenagens hipóides no diferencial de um carro: Essa característica é usada em muitos diferenciais de carros. Tanto a cremalheira

do diferencial como o pinhão de entrada são hipóides. Isso permite que o pinhão de

entrada seja montado em um plano inferior ao do eixo da cremalheira.. E já que o

eixo da transmissão do carro se conecta ao pinhão de entrada, ele também é

reduzido. O que faz com que ele não entre tanto no compartimento de passageiros

do carro, liberando mais espaço tanto para os passageiros como para a carga.

Engrenagens sem-fim: Muitas engrenagens sem-fim têm uma propriedade interessante que nenhuma outra

engrenagem tem: o eixo gira a engrenagem facilmente, mas a engrenagem não consegue girar

o eixo. Isso se deve ao fato de que o ângulo do eixo é tão pequeno que quando a engrenagem

tenta girá-lo, o atrito entre a engrenagem e o eixo não deixa que ele saia do lugar.

Essa característica é útil para máquinas como transportadores, nos quais a função de

travamento pode agir como um freio para a esteira quando o motor não estiver funcionando.

Outro uso muito interessante para engrenagens sem-fim está no diferencial Torsen, que é

usado em carros e caminhões de alto desempenho.

Uma aplicação imediata do acoplamento de rodas num mesmo eixo

encontra-se no sarilho ordinário. Esse consta de um cilindro horizontal de

raio r (solidário ao eixo), sobre o qual se enrola uma corda e, por meio de

uma manivela (fixada ao eixo), faz-se girar o cilindro. A potência P se

aplica à manivela de raio R(uma roda) e a resistência Q à extremidade livre

da corda.

O sarilho ordinário, quando apresenta seu eixo na vertical,

passa a denominar-se cabrestante; serve para realizar grandes

esforços de tração:

Em Ur, na Mesopotâmia, surge o que é mais aceito como a primeira representação de uma carroça com rodas de madeira maciça

2000 A.C. Surgimento quase simultâneo no norte da Europa, Ásia Menor e China de rodas

com raios, mais leves que as rodas maciças. Elas passam a ser empregadas em carruagens e carroças

1000 A.C. Na Europa Ocidental, os celtas começam a recobrir com uma "capa" de metal as

rodas de suas carruagens, aumentando sua resistência e durabilidade 1888 Na Escócia, o veterinário e inventor John Dunlop desenvolve os primeiros pneus

com câmara, que ele utiliza numa bicicleta 1895 Na França, o industrial Eduard Michelin adapta a invenção de Dunlop para uso em

automóveis, que começavam a surgir, ainda com rodas raiadas de madeira INÍCIO DO SÉCULO 20 Com a produção em massa de automóveis, as rodas passam a ser feitas de metal,

com o desenvolvimento de ligas leves e novos materiais, inclusive compostos de carbono

Os três tipos de rodas atualmente utilizados rodas de disco de aço

prensado, rodas de raio de arame de aço e rodas fundidas em ligas leves

preenchem todos os requisitos indicados, apesar dos custos da produção

dos dois últimos tipos serem mais elevados.

http://ciencia.hsw.uol.com.br/engrenagens5.htm

http://www.feiradeciencias.com.br/sala06/06_RE05.asp

http://www.infoescola.com/mecanica/polias-roldanas/

Alisson Correia

Jean Lucas Vieira

Lucas Montanha Beck

Stefan Sanches

Vinícius Vasconcelos Gomes