1

2

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).

3

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).

4

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.

6

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.

7

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.

8

9

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;

10

inter-resistente: a resistência é exercida entre o ponto de apoio e a potência;

11

inter-potente: a potência é exercida entre o ponto de apoio e a resistência;

12

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.

13

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.

14

15

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

17

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.

18

19

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

21

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

23

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

25

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.

26

27

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.

28

29

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.

30

31

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

33

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

35

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:

36

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.

37

transformação de movimento: quando um

movimento sofre alterações, através do

mecanismo de transmissão.

38

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.

39

40

41

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.

42

. 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

43

44

45

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.

46

47

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

49

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.

50

51

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.

52

53

54