Uma polia não usa combustível ou eletricidade e não funciona por conta própria, mas ainda é uma máquina. Não é uma máquina na maneira como a palavra é definida pelo dicionário Merriam-Webster, mas uma máquina na maneira como os engenheiros definem a palavra: "Máquinas simples são dispositivos que podem ser usados para multiplicar ou aumentar uma força que aplicamos - frequentemente às custas de uma distância através da qual aplicamos a força ".
Crédito: gaspr13 / iStock / GettyImages Quanto peso uma polia decola?Cada máquina tem uma vantagem mecânica
A lista de máquinas simples inclui itens que as pessoas usam todos os dias, como martelos, chaves de fenda e maçanetas. Todos esses implementos se enquadram em uma das seis categorias clássicas de máquinas simples. As categorias são:
- Roda e eixo
- Polia
- Alavanca
- Plano inclinado
- Parafuso
- Cunha
Alguns cientistas consideram o parafuso e a cunha como tipos especiais de planos inclinados, o que reduz a lista para quatro entradas. Você pode até considerar a polia como um caso especial de roda e eixo e reduzir a lista para três itens. Não importa quantos itens estejam na lista, uma polia se qualifica como uma máquina.
A razão entre a força de saída de uma máquina e a força que você aplica a ela é conhecida como vantagem mecânica (MA). Para que uma máquina seja uma máquina, a força de saída deve ser maior que a força de entrada, o que significa que a vantagem mecânica sempre deve ser maior que 1. Quanto maior a vantagem mecânica, menor a força necessária para inserir a máquina para fazê-la. trabalhos.
A vantagem mecânica de um sistema de polias
Você pode calcular a vantagem mecânica de um sistema de polias calculando a força necessária para elevar uma carga a uma certa altura sem uma polia (a força de saída, FO) e, em seguida, calculando a força necessária para fazê-lo com a polia (a força de entrada FEu) A vantagem mecânica é a razão entre a força de saída e a força de entrada: MA = FO/ FEu. Quanto menor a força de entrada em relação à força de saída, maior a vantagem mecânica.
Para um sistema simples de polias, o cálculo de sua vantagem mecânica é ridiculamente fácil. Você simplesmente conta o número de cordas que suportam a carga.
Depois de conhecer a vantagem mecânica, você pode calcular a força necessária para levantar um peso conhecido. Força e peso significam a mesma coisa; portanto, calculando a vantagem mecânica, você poderá descobrir a redução da carga da polia.
Para obter uma vantagem mecânica, você precisa puxar mais corda
"Espere", você diz. "Como você sabe que a vantagem mecânica é igual ao número de cordas?" Para responder a essa pergunta, você precisa saber o que trabalhos é, e não o tipo de trabalho que você faz no seu trabalho das 9 às 5.
No que diz respeito aos físicos, você trabalha (W) aplicando uma força (F) a uma distância (d). Você calcula o trabalho multiplicando a força pela distância:
W = F d.
O trabalho está relacionado à energia e, uma vez que uma das leis mais fundamentais da natureza é que a energia é sempre conservada, o trabalho deve ser conservado. Se a força aplicada a um sistema de polias for menor que a força necessária para elevar a carga, algo deverá mudar para tornar a quantidade de trabalho que você faz igual à quantidade de trabalho necessária para elevar a carga.
A quantidade que muda é a distância. Você aplica menos força para levantar uma carga ao usar um sistema de polias, mas precisa puxar mais corda para elevar a carga a uma altura específica. Se você possui um sistema de polia dupla, é necessário puxar o dobro da corda; em um sistema de polias triplas, é preciso puxar três vezes mais e assim por diante. De fato, para qualquer sistema de polias, é possível calcular a quantidade de corda extra necessária, contando o número de cordas que suportam a carga.
Redução de peso, força e carga da polia
Peso e força não são quantidades diferentes. O peso de um objeto não passa de força exercida pela gravidade; portanto, quando você levanta um objeto, é necessário exercer uma força igual à força gravitacional. Se você tiver um único sistema de polias, a polia permite puxar a corda em vez de subir, o que é definitivamente mais fácil, mas o forçar você a exercer ainda é igual ao peso da carga você está levantando.
Se você adicionar uma polia abaixo da primeira, prender o cabo em torno de ambas as polias e suspender uma carga da segunda polia, a carga agora será suportada por duas cordas. A vantagem mecânica deste novo e aprimorado sistema de polias é, portanto, 2, e isso significa que você só precisa exercer uma força igual a metade do peso da carga levantá-lo. Suspenda uma terceira polia da primeira, prenda a corda de modo que três cordas suspendam a carga, e a força que você precisa exercer para elevar a carga é de apenas um terço do seu peso.
Você poderia dizer, em geral, que a redução da carga da polia é recíproca do número de cabos que suportam a carga, mas poucos sistemas práticos de polias têm mais de quatro cabos. Consequentemente, a redução máxima de carga da polia que você pode perceber é um quarto do peso da carga. Na realidade, a redução real de carga é um pouco menor que isso porque é necessário levar em consideração o atrito nas polias.
Um exemplo de calculadora de peso de polia
Suponha que você possa levantar uma pessoa de 200 libras sozinho, mas esse é o limite de suas habilidades de levantamento de peso. Você poderia criar um sistema de polias para levantar um automóvel de 2.000 libras? Provavelmente não porque mesmo um sistema de quatro polias reduziria o peso em apenas um quarto, e isso ainda é 500 libras.
Suponha que você possa montar um par de sistemas de polias e pedir a um amigo, tão forte quanto você, que puxe um deles. Você ainda teria problemas, mas poderá fazê-lo porque cada polia levantaria metade do peso, ou 1.000 libras, e um quarto desse peso é 250 libras. Se você adicionar uma terceira polia e uma terceira pessoa ao trabalho, no entanto, cada pessoa terá apenas que exercer 167 libras de força, o que está bem dentro de sua capacidade, para que esse sistema funcione facilmente.
Uma calculadora de peso da polia não depende de qual peso será levantado primeiro quando a corda for puxada, porque se uma pessoa puxar antes das outras duas, o carro não se moverá. Todas as três pessoas precisam puxar simultaneamente para compartilhar adequadamente a carga e distribuir o peso uniformemente entre as três polias. Quando as três pessoas trabalham simultaneamente, existem 12 cordas que suportam o carro, o que faz a vantagem mecânica do sistema de polias 12 e reduz a força líquida necessária para elevar o veículo a 2.000 × 12 = 167 libras.
