Outras relações força/distância

Você já aprendeu sobre a relação que existe entre força e distância em todos os tipos de máquinas simples. Uma alavanca é um exemplo representativo desse fenômeno:

Nesse diagrama, uma força F é aplicada na extremidade esquerda da alavanca. Essa extremidade possui o dobro do comprimento (2X) que a extremidade direita (X). Assim, tem-se uma força de 2F disponível na extremidade direita da alavanca que, contudo, age apenas em metade da distância (Y) em relação à esquerda (2Y). Alterações os comprimentos relativos das extremidades de uma alavanca modificam esses multiplicadores. As engrenagens fazem a mesma coisa:

Nessa representação, a engrenagem da esquerda possui um diâmetro duas vezes maior que a engrenagem da direita. Para cada volta da engrenagem maior, a menor precisa completar duas. Se um certo torque for aplicado à engrenagem da esquerda por meio de uma rotação, a da direita transmitirá apenas a metade do torque, mas completará duas rotações.

Outro bom exemplo é um sistema hidráulico simples, como mostrado a seguir:

Considere que os dois cilindros estejam cheios de água e que exista um tubo conectando-os, como mostrado na figura. Ao se aplicar uma força F ao pistão localizado à esquerda, será exercida uma pressão nesse cilindro. Considere uma força de 5 kg e que o raio do cilindro à esquerda seja de 1,5 cm. Com isso, a área do pistão à esquerda será de Pi*1,5*1,5 = 7 cm quadrados. Se o raio do cilindro à direita for quatro vezes maior (6 cm), a área do pistão à direita será de 112 cm quadrados ou seja, 16 vezes maior. Se o pistão da esquerda for empurrado para baixo em 40 cm com uma força de 5 kg, o pistão da direita subirá 2,5 cm, com uma força de 80 kg. Todos os tipos de cilindros hidráulicos aproveitam-se desse efeito simples de multiplicação de força diariamente.

Você pode verificar que os sistemas de roldanas, alavancas, engrenagens e sistemas hidráulicos atuam da mesma forma: permitem a ampliação de uma força pela diminuição proporcional da distância em que essa força atua. Essa capacidade de multiplicação é extremamente útil! Os instrumentos abaixo são apenas alguns dos exemplos que usam estes princípios simples:

  • "macaco" de automóveis (alavanca ou engrenagem de rosca)
  • cortador de unha (alavanca)
  • transmissões automotivas (engrenagens)
  • talhas (roldanas, engrenagem)
  • abridor de lata (engrenagem, alavanca)
  • pé-de-cabra (alavanca)
  • removedor de pregos do martelo (alavanca)
  • abridor de garrafa (alavanca)
  • freios de automóvel (hidráulico)
  • elevadores hidráulicos
  • elevador (roldanas)