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Mecânica – É a parte da física que estuda as forças e os efeitos que produzem.
Força – É toda a causa capaz de modificar o estado de repouso ou movimento de um corpo, logo, é capaz de realizar um trabalho.
Efeitos das forças - É a deformação da matéria, a alteração do estado de um corpo, o deslocamento de um corpo, a redução dos efeitos de gravidade, etc. A grandeza força designa-se pela letra F, e a unidade em que se mede é o newton (N).
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Trabalho - É o produto da força que se exerce no corpo, pela distância que o corpo se move na direcção e sentido da força.
Potência - É um trabalho produzido por unidade de tempo. Esta grandeza representa-se por P, e a unidade de medida é o watt (W).
Tipos de movimento - Um primeiro movimento que está presente no nosso quotidiano é o movimento da queda livre de um corpo, resultante da força da gravidade terrestre. Exemplos de outros movimentos: o movimento circular e o movimento rectilíneo (constante ou variável).
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Leis do Movimento
1ª Lei - Todo o corpo permanece em estado de repouso ou com movimento rectilíneo uniforme, enquanto sobre ele não actuar qualquer força (lei da inércia).
2ª Lei - A variação da quantidade de movimento é proporcional à intensidade da força aplicada, sendo a sua direcção igual àquela em que actua a força.
3ª Lei - A qualquer acção opõe-se uma reacção de intensidade igual e de sentido oposto. As interacções mútuas de dois corpos são sempre iguais e de sentidos contrários. 5
Lei da Atracção Universal Gravitação
Duas partículas materiais quaisquer atraem-se
ou gravitam reciprocamente com uma força
directamente proporcional às suas massas e
inversamente proporcional ao quadrado da
distância que as separa.
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Ao longo da história, o Homem procurou criar
condições de trabalho que lhe permitissem reduzir
o esforço físico. Para isso, inicialmente, utilizou
meios auxiliares que lhe permitiam realizar
trabalhos mais facilmente e com menor gasto da
sua força muscular. Esses primeiros meios foram a
alavanca, a roda, o plano inclinado, etc., que, pela
sua simplicidade, foram designados por máquinas
simples. As máquinas simples são fundamentais,
pois os seus princípios estão presentes em todos
os mecanismos utilizados diariamente pelo
Homem.
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Alavanca
A alavanca é uma barra de um material sólido e rígido que gira em torno de um ponto de apoio, designado por fulcro ou eixo de rotação.
Os elementos em jogo numa alavanca são os seguintes:
força motriz ou potência (P); força resistente ou resistência (R); braço de potência (BP): distância entre a força
motriz (P) e o ponto de apoio; braço de resistência (BR): distância entre a força
resistente (R) e o ponto de apoio.
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Conforme a posição do ponto de apoio, as alavancas classificam-se em:
interfixa: o ponto de apoio situa-se entre a potência e a resistência;
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inter-resistente: a resistência é exercida entre o ponto de apoio e a potência;
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inter-potente: a potência é exercida entre o ponto de apoio e a resistência;
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Plano Inclinado
Plano Inclinado é uma superfície plana e
inclinada, desde que forme um ângulo inferior a
90º com o plano horizontal. Provavelmente é a
mais antiga máquina simples usada pelo
Homem.
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Roda
A roda é talvez a descoberta mais importante do
Homem. Porém, não se sabe como nem quando foi
inventada. Provavelmente surgiu como rolete, quando
o Homem primitivo teve de transportar grandes pesos
para distâncias longas, e onde só uma força não era o
suficiente.
A roda é uma descoberta tão importante, que não se
consegue imaginar o mundo sem ela; a roda faz parte
de todos os mecanismos que utilizamos, se não fosse
a roda não teríamos muitas coisas que conhecemos,
nem o avanço tecnológico e o progresso que temos
hoje em dia.
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Roldana
Outra evolução da roda, que permitiu o
desenvolvimento de vários mecanismos, é a
roldana.
A roldana é uma roda que na borda tem um
sulco onde se encaixa uma corda ou um cabo
e gira em redor do seu eixo ao centro. As
roldanas podem ser aplicadas como fixas ou
como móveis.16
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Roldana Fixa
A roldana fixa funciona como uma alavanca
interfixa em que os braços são iguais. A
roldana fixa permite levantar pesos de forma
mais cómoda, permitindo variar a direcção e o
sentido das forças aplicadas.
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Roldana Móvel
A roldana móvel move-se juntamente com a carga e
baseia-se no funcionamento de uma alavanca inter-
resistente.
Na roldana móvel, para realizar o mesmo trabalho,
é necessária menos força que na roldana fixa.
Com a ajuda de roldanas, associadas de
determinadas formas, podem constituir-se sistemas
de roldanas, que permitem levantar cargas muito
pesadas, fazendo muito pouca força. 20
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Polias
Polias são mecanismos de transmissão fixos ao eixo de
máquinas ou motores e o movimento é transmitido por
correias.
Se o diâmetro das polias for igual transmite-se um
movimento com a mesma velocidade, isto é, o mesmo
número de rotações por minuto; se as polias tiverem
diâmetros diferentes, além de transmitirem o
movimento, alteram a velocidade, isto é, o número de
rotações por minuto.
À polia que é propulsora chama-se polia motora ou
motriz. À outra chama-se polia movida.22
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Engrenagens
As engrenagens são constituídas por rodas dentadas
que se encaixam umas nas outras, transmitindo
movimento, mas invertendo o sentido de rotação
quando se trata de apenas duas rodas.
As rodas dentadas estão fixas a eixos e transmitem
movimentos de rotação. Para se conservar o mesmo
sentido de rotação, é necessário introduzir uma
terceira roda.24
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Cremalheira
Um outro mecanismo muito utilizado em máquinas é
o conjunto pinhão-cremalheira. Este mecanismo
transforma um movimento circular num movimento
rectilíneo, ou rectilíneo em circular; é constituído por
uma roda dentada que engrena numa barra também
provida de dentes, ou numa corrente.
Os dentes normalmente têm um formato trapezoidal.
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Parafuso sem fim
É um mecanismo idêntico à cremalheira, em que a
parte que liga à roda dentada é um parafuso, que tem
uma rosca cujo formato é idêntico, isto é, a rosca tem
a forma trapezoidal e permite mudar em 90º o sentido
do movimento, mantendo o movimento circular.
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Biela-Manivela
A biela-manivela é um sistema mecânico que
transforma um movimento rectilíneo, de vai e
vem, num movimento circular contínuo e vice-
versa.
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Came ou Veio de Excêntricos
A came ou veio de excêntricos é um
mecanismo que transforma um movimento
circular num movimento rectilíneo alternado,
isto é, de vai e vem.
É muito usado nos automóveis para comando
das válvulas, tomando o nome técnico de
árvore de cames. 32
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Cardan
A junta cardan é um mecanismo que permite a
transmissão de um movimento circular, entre os dois
eixos que não são paralelos, ou que podem mudar o
sentido do seu eixo, como por exemplo: as rodas de
direcção de um automóvel. Este tipo de junta também
faz amortecimento nas transmissões.
Tem o nome de eixo de cardan por ter sido inventado
pelo italiano Geronimo Cardano, no século XVI. 34
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Transmissão e transformação de movimentos
Nem sempre o motor que acciona numa máquina
produz o tipo de movimento que necessitamos, nem
está directamente acoplada ao mecanismo que
pretendemos pôr em movimento; assim, torna-se
necessário ter meios de transmitir esse movimento,
bem como de o transformar noutros tipos de
movimento.
Temos dois conceitos fundamentais em mecânica:
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transmissão de movimento: quando se
pretende a passagem de movimento de um
determinado órgão da máquina para outro da
mesma máquina ou conjunto de mecanismo, pode
haver ou não alteração na velocidade.
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transformação de movimento: quando um
movimento sofre alterações, através do
mecanismo de transmissão.
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Na transmissão e/ou transformação de movimento
existem os mais variados tipos de mecanismos. Podemos salientar os fundamentais: sistemas de cremalheira; sistemas de biela-manivela; sistemas de came.
A generalidade das máquinas que utilizamos nas nossas casas e em outros aspectos da nossa vida são máquinas complexas em que os vários mecanismos se ligam uns aos outros para se obter a função que desejamos.
Na figura representada pode-se verificar que um automóvel e, em especial, o seu motor e respectiva transmissão de movimento às rodas motrizes, é uma máquina onde todos os mecanismos atrás descritos são aplicados em conjunto, isto é, pode-se considerar o automóvel como uma máquina de efeitos encandeados.
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Na maioria das máquinas que hoje se utilizam, são
necessários movimentos com velocidades diferentes, implicando sistemas de transmissão que permitam operar essa mudança. Normalmente, estes sistemas caracterizam-se por serem constituídos por redutoras que permitem reduzir a velocidade.
Existem aplicações deste tipo, como por exemplo: o sistema de carretos de uma bicicleta de
montanha; a caixa de velocidades de um automóvel,
constituída por um sistema complexo de engrenagens redutoras.
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. O sistema de transmissão e de controlo de
velocidade é o sistema de carretos, corrente e roda (s)
pedaleira(s) que permite, quando nos deslocamos de
bicicleta, dosear o esforço e o número de voltas que
temos de dar nos pedais.
As caixas de velocidades utilizadas nos automóveis
são constituídas por um conjunto de rodas redutoras,
que permitem controlar a força nas rodas motrizes,
bem como a velocidade do automóvel. As caixas de
velocidades deste tipo também se utilizam em outros
tipos de máquinas
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A matéria encontra-se em três estados: gasoso, líquido e sólido, e consoante o estado em que se encontra, oferece mais ou menos resistência à variação da sua forma e volume.
Os gases variam o volume com facilidade e não oferecem resistência quanto à forma, pois adaptam-se à forma dos recipientes, onde se encontram ou não introduzidos.
Nos líquidos consegue-se variar o volume com a aplicação de forças muito fortes; contudo, em relação à forma, o seu comportamento é semelhante ao dos gases.
No caso dos sólidos só se pode variar a sua forma ou volume com a aplicação de forças de grande intensidade.
Estas características dos gases e dos líquidos produzem uma série de fenómenos que são diferentes dos sólidos, e que são aproveitados para a construção de mecanismos hidráulicos e pneumáticos.
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Princípio de Pascal
Este princípio aplica-se em sistemas de
multiplicação de força.
Este também é o princípio aplicado nos
macacos hidráulicos para elevar os
automóveis para a substituição de um pneu,
em que accionando uma pequena alavanca de
bomba hidráulica consegue levantar-se o
automóvel. Todos estes sistemas têm de ter
válvulas de não retorno para o sistema ficar
estável no ponto que pretendemos.48
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Princípio de Boyle Mariotte
Os gases não têm forma definida. Alteram a sua forma adaptando-se aos recipientes que os contêm. Deixam-se comprimir, mas tendem sempre a expandir-se.
Em 1662, Robert Boyle e Edme Mariotte chegaram ao estabelecimento de uma lei, que relaciona o volume com a temperatura.
Os volumes de uma dada massa de gás, mantendo-se a temperatura constante, variam na razão inversa das pressões que suportam.
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Princípio de Venturi
Um tubo de Venturi é um tubo que estreita a secção no centro; verifica-se que, quando um fluido circula neste tipo de sistema físico, a sua velocidade aumenta quando passa no ponto de menor secção.
o fluxo de ar entra na boca de Venturi no ponto A a uma velocidade relativamente baixa;
no centro do Venturi a área da secção é mais estreita; em qualquer ponto, o volume de ar que passa por
segundo é o mesmo; para o mesmo volume de ar atravessar uma área
menor no mesmo tempo, a velocidade do ar aumenta, o que significa que a velocidade do ar é maior na parte central (ponto B ), onde a secção é menor;
como a secção do Venturi aumenta novamente à saída (ponto C), a velocidade reduz novamente.
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