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P R O F I M E C H A N I C & S T A T I C F O L H E T O

101

Índice

Máquinas ao nosso redor p. 102

O que é mecânica? p. 102

O motor elétrico p. 102

Engrenagem de parafuso helicoidal p. 103

Barreira p. 103

Mesa rotatória p. 103

Engrenagem de rodas dentadas p. 104

Engrenagem de manivela p. 104

Acionamento de veículos (veículo 1–3) p. 105

Engrenagem de rodas dentadas com correntes p. 105

Veículo com direção p. 106

Caixa de câmbio p. 107

Engrenagem planetária p. 108

Engrenagem cónica p. 109

Máquinas de cozinha p. 109

Transmissão diferencial p. 109

Fuso roscado p. 110

Macaco p. 110

Plataforma com mecanismo de pantógrafo p. 111

Torno p. 111Mecanismo de biela p. 112

Pára-brisas p. 112

Corrente de quatro articulações p. 112

Serra de arco p. 113

Alavanca p. 113

Balança de pratos p. 113

Balança com peso cursor p. 114

Roldanas – Talha p. 114

O mundo da estática p. 116Mesa p. 116

Escada de cavalete p. 117

Ponte de travessa p. 117

Ponte com viga de sustentação inferior p. 118

Ponte com viga de sustentação superior p. 118

Assento elevado p. 119

Guindaste p. 119

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Máquinas ao

nosso redor

n Quem, hoje em dia transporta ainda caras pesadas por ai? Quem é que faz um furo numa parede com a

força puramente muscular? Quem é que lava a sua roupa ainda com uma tábua de lavar roupa? Quase

ninguém. A humanidade descobriu muitos aparelhos que lhe facilitam a vida e o trabalho. Começando por umaengrenagem de moenda de um moinho, passando pelo acionamento a jato de um Jumbo até o computador.

Os aparelhos que te facilitam o trabalho ou mesmo podem te livrar do trabalho, denominamos na linguagem

técnica: máquinas.

As máquinas podem: Exemplos :

x Movimentar cargas x Caminhões, automóveis, guinchos, dragas,...

x Processar materiais x Batedor de massas, misturador de concreto,

misturador,...

x Transformar a energia elétrica x Motor elétrico

em energia de movimentox Processar dados x Máquina de calcular, computador,...

n A mecânica tem a ver com efeitos e forças que influenciam corpos rígidos e em movimento. A mecânica é

classificada em diferentes setores, como, p.ex., a estática, a dinâmica, a cinemática ou a termodinâmica. Nos

limitamos a dois setores, a dinâmica e a estática.

Já na antiguidade, os cientistas pesquisaram os setores da mecânica. Os antigos mestres de obras das

catedrais chegaram até o extremo com o equilíbrio das forças com igrejas cada vez mais altas. Atualmente, o

especialista em estática assume os cálculos para a estabilidade de uma construção. A sua profissão deriva,

como o nome revela, do setor de mecânica denominado estática. Mais sobre isso, irás ficar sabendo no

assunto estática.

Sempre, quando máquinas ou engrenagens são colocadas em movimento, estas são dinâmicas. A dinâmica

descreve a modificação das dimensões em movimento, por exemplo quando da rotação de um eixo, no caso

de um movimento de vaivém ou uma transmissão por roda dentada. A dinâmica é, assim, a ciência das

modificações do movimento. O que isto representa exatamente, irás conhecer nos capítulos seguintes.

n O motor é um acionamento possível para uma máquina. São diferenciados dois tipos de motores: motores

à combustão e motores elétricos. Um automóvel, p.ex., é acionado por um motor à combustão. Um motor

assim tão complicado, não tens, naturalmente, na tua caixa de módulos, mas sim, em vez deste, um motor

elétrico, também denominado abreviadamente um E-Motor.

Os motores elétricos são o acionamento para a maioria das máquinas do dia-a-dia. Eles podem ser

empregados em todos os lugares onde se encontra à disposição energia elétrica.

O motor elétrico na tua caixa de módulos tem uma alta

velocidade de rotação, isto é, ele gira tão rápido que

não podes identificar de maneira nenhuma uma rotação

individual. O teu motor é, entretanto, muito ”fraco”, ele

não pode levantar nenhuma carga e também não pode

acionar nenhum veículo. Para diminuir as rotações

rápidas e tornar o motor ”mais forte”, é necessário uma

engrenagem de transmissão.

O que é amecânica?

O motorelétrico

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n Para reduzir a alta velocidade de rotação do motor, o mais adequado é uma engrenagem helicoidal. Neste caso,

é colocado um parafuso sem-fim (helicoidal) sobre o eixo do motor, que é a barra que sai para fora da caixa do

motor. O parafuso helicoidal aciona uma roda dentada. Este tipo de engrenagem é utilizado no caso onde se devemreduzir altas velocidades de rotação em espaços reduzidos.

Uma engrenagem helicoidal trabalha de maneira autobloqueante, isto é, a roda helicoidal pode ser acionada através

do parafuso helicoidal mas, de maneira contrária, bloqueia a engrenagem.

n Barreiras e guindastes utilizam esta engrenagem, pois aqui a ação segura de bloqueio do parafuso sem-fim

impede que a barreira ou a carga suspensa ”rode” o acionamento ”ao contrário”.

T a r e f a :

x Constrói o modelo de barreira.

x Gira a barreira com a manivela para cima. Quantas

vezes tens que girar a manivela para levar a

barreira para a posição vertical?

x Tenta empurrar a barreira para baixo com os dedos.

O que percebes?

Tiveste, seguramente, que girar a manivela algumas vezes, para movimentrar a barreira a 90°. Pudeste puxar a

barreira para baixo? Viste, isto é o que se conhece como uma engrenagem autobloqueante.

Com a manivela pequena pudeste levantar confortavelmente a grande barreira, pudeste, assim, aumentar a força

de acionamento com a engrenagem de parafuso helicoidal.

A e n g r e n a g e m d e p a r a f u s o h e l i c o i d a l p o s s u i v á r i a s v a n t a g e n s :x Ela poupa espaço.

x Ela reduz várias vezes a velocidade de rotação do acionamento.

x Ela é autobloqueante.

x Ela aumenta a força do acionamento.

x Mas ela também modifica a direção do movimento de rotação de 90°.

n O mecanismo da engrenagem de parafuso helicoidal é utilizado em muitas máquinas. Um exemplo simples

para isto é a mesa rotativa, o teu próximo modelo.

No caso deste modelo, a velocidade de rotação deverá ser reduzida e a direção de rotação modificada.

A resistência da mesa rotativa carregada não deve parar o motor.

T a r e f a :

x Constrói a mesa rotativa.

x Coloca uma panela com água ou terra sobre o t ampo da mesa rotativa,

naturalmente somente uma panela que se ajuste ao tamanho do tampo

da mesa.

x Pode o pequeno motor realmente girar a panela grande?

Engrenagem

helicoidal

Mesa rotativa

Barreira

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Engrenagem

de rodasdentadas

n Neste capítulo irás tomar conhecimento mais detalhado com engrenagens de rodas dentadas.

As rodas dentadas pertencem aos elementos de máquinas mais antigos e mais robustos. Elas existem de

diferentes tipos e tamanhos.Um funcionamento similar ao de uma engrenagem de roda dentada já conheces no caso da tua bicicleta.

Entretanto, neste caso as rodas dentadas são substituidas por rodas de corrente e uma corrente.

Com engrenagens de roda dentada se pode transferir e modificar movimentos

rotatórios. Uma engrenagem de roda dentada pode:

x passar adiante um movimento rotatório,

x modificar uma velocidade de rotação,

x aumentar ou diminuir uma força rotativa

x ou modificar uma direção de rotação.

n Nos modelos seguintes irás construir engrenagens de roda dentada com rodas cilíndricasde dentado reto. As rodas cilíndricas de dentado reto são sempre utilizadas quando o

movimento rotatório tiver de ser transferido sobre um eixo paralelo.

T a r e f a :

x Constrói a engrenagem de manivela 1.

x Gira a manivela uma vez. Quantas vezes gira o eixo com a segunda roda

dentada?

x Gira a manivela no sentido horário. Em que direção gira a roda movida e, com

isso, o segundo eixo?

Quando quizeres movimentar um veículo desta maneira, irias somente sair do lugar muito lentamente. Além

disso, irias andar de marcha a ré. Este modelo deve mostrar-te também somente como se constrói e calcula

uma multiplicação simples.

Cálculo da re lação de mul t ip l icação de engrenagens de rodas dentada

Roda de acionamento Roda movida

No. da roda 1 2

Quantidade de dentes de uma roda dentada Z1 Z2

Número de rotações n1 n2

Direção de rotação (à esquerda/à direita)

T a r e f a :

x Constrói a engrenagem de manivela 2.

x Gira a manivela uma vez. Quantas vezes gira o eixo com a segunda roda

dentada?

x Gira a manivela no sentido horário. Em que direção gira a roda movida e,

com isso, o segundo eixo?

Engrenagemde manivela

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Se quizesses movimentar um veículo desta maneira, irias andar um pouco mais rápido do que com o teu

primeiro modelo. Calcule, também para esta engrenagem, a multiplicação.

Cálculo da re lação de mul t ip l icação de engrenagens de rodas dentada

Roda de acionamento Roda movida

No. da roda 1 2

Quantidade de dentes de uma roda dentada Z1 Z2

Número de rotações n1 n2

Direção de rotação (à esquerda/à direita)

n Já aprendeste até agora muito sobre engrenagens e podes testar o conhecimento num modelo. Constrói o

veículo 1. Tens agora com o motor e a transmissão um acionamento de veículo correto.Para que andes mais rápido, constrói o veículo 2. O teu móbile movimenta-se 1,5 vezes mais rápido do que

o seu predecessor. Mas esta transmissão tem os seus problemas ocultos.

O veículo 3 tem uma estrutura de transmissão ”invertida” em relação ao veículo 2. Como é modificada a sua

velocidade em comparação com os outros modelos?

Com as três engrenagens de rodas dentadas construistes uma multiplicação 1:1 com

velocidade de rotação invariável e o mesmo torque. O teu segundo modelo possui

a relação de multiplicação de 1:1,5 e um torque reduzido. Isto significa

que ele é mais

rápido mas possui menos ”força”. O veículo 3 possui a

relação de multiplicação de 2:1 e movimenta-se,com isso, mais lentamente do que os dois outros,

por isso se denomina desmultiplicação. Este tipo de

transmissão tem a vantagem, de ser ”mais forte”,

possuindo assim, um torque maior. Este efeito é

utilizado, p.ex., no caso de um trator. Ele movimenta-se mais

lentamente so que um caminhão, mas tem, em contraposição, muito mais força.

Conheces todas as três transmissões de engrenagens da mudança da tua bicicleta. Aqui também propulsion-

as na frente o pinhão grande e atrás o pinhão pequeno, para andar ligeiro num plano. Na montanha

certamente trocas para uma relação de multiplicação menor, como 1:1. ou, quando fica muito íngreme,

passas para 2:1

n Se tiverem de ser ligadas por ponte grandes

distâncias entre eixos, utiliza-se a denominada

transmissão com mecanismos de tração. Como

mecanismo de tração são empregadas correias ou

correntes. Elas conetam entre si as rodas de

acionamento e movida a longas distância, mantendo

as partes da máquina num determinado jogo de

conjunto.

Acionamentode veículos

Engrenagem derodas dentadascom correntes

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T a r e f a :

x Constrói o veículo com acionamento de corrente primeiramente só comuma manivela ao invés do motor.x Gira a manivela uma vez. Quantas vezes gira a roda?x Gira a manivela no sentido horário. Em que direção gira a roda?

Cá lculo da re lação de mul t ip l icação de engrenagens de rodas dentadas

Roda de acionamento Roda movida

No. da roda 1 2

Quantidade de dentes de uma roda dentada Z1 Z2

Número de rotações n1 n2

Direção de rotação (à esquerda/à direita)

Uma engrenagem deste tipo tens também na tua bicicleta. O percurso entre o acionamento do pedal e a roda

traseira é conetado por uma corrente. Numa bicicleta alpina ou numa bicicleta de corrida não tens natural-

mente só uma marcha, mas sim podes selecion ar entre várias marchas. Isto significa que ad aptas a tua veloci-

dade dependendo da força e da velocidade de rotação a ser empregada e transmitida. As tuas rodas dentadas

não se denominam mais, neste caso, rodas dentadas retas, mas sim rodas de correntes.

Monta o motor no teu veículo com acionamento de correntes. De mesma maneira funciona a multiplicação

também no caso de uma bicicleta motorizada ou motocicleta.

Certamente poderás agora construir uma motocicleta própria a partir das tuas peças da fischertechnik.

n Nos diferentes modelos pudeste reconhecer como é importante a correta relação das rodas dentadas para os

diferentes tipos de veículos e velocidades. Para que o teu veículo não se movimente sempre numa única direção,ele recebe agora um volante de direção.

Monta o modelo de veículo com volante de direção.

Este volante de direção é o mais fácil e mais antigo que o homem desenvolveu. Ela é denominada de direção

por meio de prato de engate. Os celtas desenvolveram esta direção para os seus carros, para tornar o eixo

dianteiro e, com isso, o veículo manobrável. Eles descobriram a direção por meio de prato de

engate , que hoje também é utilizada em muitos carros reboque, carros manuais e carroças.

A direção por meio de prato de engate é um sistema de direção com um truque do tipo travessa

para eixo e rodas. Este é inserido sobre um moente rotativo suportado na estrutura do carro

(placa de fundo, chassi). O sistema de direção poderá ser controlado através do moente rotativo

estendido como barra de direção ou com uma vareta (lança), que está fixada na travessa giratória.

No caso de um carro para descer ladeiras, a direção por meio de prato de engate poderá também ser acionadacom os pés ou com duas cordas.

Vehículo condirección

Moente rotativo

TruqueEixo

Volante da direção

Barra dadireção

Lança

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n Com a seguinte construção irás ampliar a transmissão por rodas dentadas simples através de uma caixa de

câmbio com várias marchas. Assim, origina-se uma transmissão, como aquela de um automóvel, uma

furadeira ou uma bicicleta motorizada. No caso deste modelo trata-se de uma engrenagem composta, isto é,uma engrenagem formada por mais do que somente duas rodas dentadas.

Pesquise, uma vez, o efeito de multiplicação de rodas

dentadas e pares de rodas dentadas conetadas umas

atrás das outras.

T a r e f a :

x Constrói a engrenagem.

x Conecta o motor e movimenta

a ”alavanca de mudanças” lentamente da 12 marcha para a 32 marcha.

Presta atenção para que as rodas dentadas de uma marcha encaixem

exatamente uma com a outra.

x Anota as tuas observações.

Observação das marchas individuais

Número da marcha 1 2 3

Observação

mais rápida / mais lenta

Direção de rotação

mesma / contrária

Esta transmissão comanda a 3a marcha numa outra direção do que a 1a e 2a marchas. Isto é devido a que,

aqui, estão colocadas em série três rodas dentadas.

Sempre que uma quantidade ímpar de rodas dentadas se encontrem uma atrás da outra, a roda

movida possui a mesma direção de rotação da roda de acionamento. Este efeito é utilizado no caso de um

automóvel, para movimentar-se de marcha a ré.

O u t r a s e x p e r i ê n c i a s :

x Constrói o teu próprio modelo com diferentes quantidades rodas dentadas em série.

x Substitui o disco rotativo através de um tambor de cabos. Assim terás um guincho de

cabos como num guindaste, para cargas pesadas diversas.

x Podes montar ainda mais marchas na tua caixa de câmbio? Experimente com as rodas

dentadas da tua caixa modular da fischertechnik.

x Tarefa para peritos: Constrói uma caixa de câmbio com uma corrente.

Caixa decâmbio comvárias marchas

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n Uma engrenagem planetária é um sistema muito complexo de diferentes tipos de rodas

dentadas. Ela é empregada em muitos setores, p.ex. como batedor numa

máquina de cozinha ou como transmissão automática no automóvel.Neste caso, a construção é, entretanto, um pouco mais complicada.

T a r e f a :

x Constrói a engrenagem planetária.

x Gira a manivela, o ”acionamento”, e observa quantos

eixos, rodas dentadas e acoplamentos de rodas dentadas podes,

com isso, por em rotação.

Com a corrediça, assim é chamada a alavanca na parte inferior do teu

modelo, poderás prender o suporte da roda planetária ou da roda com

engrenagem interior, de maneira que uma das duas peças não mais possa girar.

A função de uma engrenagem planetária é simples. Ela possibibilita uma modificação da relação de multipli-

cação sob carga, isto é, sem separação do fluxo de forças entre o acionamento e movimento. Através do den-

tado interno da roda com engrenagem interior, as rodas dentadas estão dispostas de modo especialmente

compacto. Para a marcha a ré não é necessário nenhum eixo adicional com pinhão de marcha a ré, no caso

de uma engrenagem planetária.

A engrenagem planetária consiste, no caso mais fácil, de uma planetário central (1), rodas planetárias (2),

suporte das rodas planetárias (3) e roda com engrenagem interior (4). No caso deste conjunto simples

de rodas planetárias o planetário central está no centro sobre várias rodas planetárias com uma roda

com engrenagem interior de dentado interno de acoplamento efetivo. O planetário central, o

suporte das rodas planetárias ou a roda com engrenagem interior podem, respectivamente,acionar, serem acionados ou serem travados. Para testar corretamente a tua

transmissão, tens a alavanca de corrediça.

Sem uma roda dentada adicional, a engrenagem deve ser ajustada através da imobi-

lização do suporte das rodas planetárias (3), de maneira que a movimentação

ocorra uma vez através do suporte planetário e uma vez através da roda com

engrenagem interior.

Este processo é utilizado na técnica de automotores, para engatar uma marcha a ré.

Para isso, o acionamento (a manivela) deve ser ligado com o planetário central e

o acionamento do eixo com a roda com engrenagem interior

T a r e f a :x Teste as características da tua transmissão planetária, imobilizando

primeiramente o suporte das rodas planetárias e, a seguir, acionando

a engrenagem da roda com engrenagem interior.

x Completa a seguinte tabela:

Ac ionamento Roda de engrenagem in teri or Supor te de rodas planetária s

Direção de rotação

Desmultiplicação

A engrenagemplanetária

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n Com a roda cônica, irás conhecer agora uma transmissão simples

de rodas dentadas.

T a r e f a :

x Constrói o modelo da engrenagem.

x Observa como de modificam a velocidade de rotação, a direção de rotação

e o torque neste modelo.

Esta engrenagem somente modifica a direção do movimento rotativo de 90°, a velocidade de rotação e o

torque permanecem os mesmos.

n Neste modelo serão

combinadas a engrenagemcônica e a planetária.

Constrói como indicado na

instrução de construção.

A batedeira da fischertechnik

é um modelo para

verdadeiros profissionais.

Conheces todas as

rodas dentadas e tipos de

engrenagens que aqui atuam

conjuntamente?

Este modelo poderá ser muitobem variado. Constrói con-

forme as tuas idéias. Podes

colocar um copo sobre

o suporte para que possas

misturar o seu conteúdo.

n Um diferencial é sempre necessário quando, no caso de um veículo de faixas múltiplas, como um

automóvel, várias rodas serão associadas por um eixo. Os diferenciais satisfazem

duas funções: A distribuição de potência de acionamento sobre dois eixos

e a compensação das diferenças de velocidade de rotação entre estas

ramificações.

Nesta função, o diferencial é empregado em dois pontos:

Diferencial de eixo: É empregado no eixo, para

distribuir a potência do eixo cardan para dois eixos

de acionamento par aas rodas.

Diferencial central: É empregado entre dois eixos, para distribuir a potência entre o

eixo dianteiro e traseiro.

Engrenagemcônica

Máquinas

de cozinha

Diferencial

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Fuso roscado/Articulação

Macaco

T a r e f a :

x Constrói o modelo da engrenagem.

x Observa como de modificam a velocidade de rotação, a direção de rotação e o

torque neste modelo. Mantenha presa, além disso, alternadamente, uma ou outra

roda movida, a seguir o corpo rotativo (a tomada das rodas cônicas centrais) no

centro.

x Anote as tuas observações na tabela.

Manter presa Roda movida 1 Roda movida 2

Velocidade de rotação

Direção de rotação

O diferencial parece ser uma verdadeira engrenagem mágica.A mais frequente aplicação é encontrada em automóveis: quando se faz uma curva com um veículo, a roda

externa percorre uma distância maior do que a roda no interior da curva. Sem diferencial, as rodas acionadas

iriam friccionar sobre a rodovia e desgastar rapidamente.

O diferencial no eixo tem ainda uma outra propriedade: Ele divide os torques em proporções idênticas (50:50)

e os conduz para as rodas

n Existem situações nas quais se tem que levantar sozinho cargas pesadas. Um pneu furado serve de exem-

plo. Imagine se tivesses que levantar um automóvel, para trocar um pneu. Naturalmente isto é impossível.

Por isso, a um carro pertence um macaco. Desta maneira qualquer um pode levantar o automóvel. O fator

determinante, neste caso, é o fuso roscado. Ele tem características similares ao parafuso sem-fim, que já

conheces.

Braço elevador

Ponto de rotação

T a r e f a :

x Constrói o modelo do macaco.

x Gira a manivela e observa o quanto a porca do parafuso sem-fim se movimenta

e que altura atinge o braço elevador do macaco.

x Pressione sobre o braço elevador. O fuso roscado gira de volta?

x Podes citar dois motivos por que é utilizado para este fim um mecanismo de

fuso roscado?

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Para colocar o braço elevador bem na vertical, terás que girar a manivela muitas vezes. Deves ter verificado

que o braço elevador não pode ser pressionado para baixo!

Um mecanismo de fuso roscado tem muitas vantagens:

x Ele reduz o número de rotações do acionamento de maneira múltipla.

x Ele é autobloqueante.

x Ele aumenta a força do acionamento.

n A plataforma com mecanismo de pantógrafo te mostra como

se pode transformar um movimento rotativo num movimento

paralelo de elevação e abaixamento, com a ajuda de um fuso

roscado, articulações e alavancas.

Plataforma

Ponto de rotação

Braço articulado

T a r e f a :

x Constrói a plataforma com mecanismo de

pantógrafo.

x Coloca um copo com água sobre a plataforma.

x Como se movimentam a plataforma e o copo, quando giras a manivela?

O fuso roscado movimenta a porca do parafuso sem-fim em movimento de vaivém. Através deste movimento,

a plataforma será movimentada para cima e para baixo através da articulação. Como o ponto de rotação de

ambas as articulações encontra-se no centro comum, o avanço, ou seja o movimento de elevação e

abaixamento da plataforma, ocorre paralelamente

ao fuso roscado. Ambas as articulações

percorrem o mesmo percurso, como no caso

de uma tesoura.

n Neste modelo existem dois acionamentos de

fuso. O torno da fischertechnik é um modelo

para verdadeiros profissionais. Aqui

agem dois acionamentos de

fuso conjuntamente.

Podes imaginar por que

o torno é equipado com dois

acionamentos de fuso separados?

Plataformacom mecanismode pantógrafo

Máquinade torno

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Mecanismo

de bielaPára-brisas

n Sabes, de fato, como funciona um limpador de para-brisas? O próximo modelo irá te mostrar. Neste caso,

um movimento rotativo será transformado num movimento de vaivém ou oscilatório.

Para isso é necessário um disco de manivela ou excêntrico. Este mecanismo é denominado de mecanismode manivela e biela oscilante. Ele transforma um movimento rotativo num movimento em linha reta e é

constituido, como uma cadeia dupla de quatro

articulações, das seguintes peças:

Balancim

Chassi

n A corrente de quatro articulações consiste, como o

nome já indica, de quatro articulações, ou sejam, pontos

nos quais algo pode girar.

Uma representação simplificada da corrente de quatro

articulações te mostra como ela funciona. Reconheces os

componentes?

T a r e f a :

x Constrói a corrente de quatro articulações.

x Observa como os componentes individuais funcionam entre si.

x Quais os componentes que se movimentam e quais não se movimentam?

Descreva o tipo dos seus movimentos na tabela.

Componente Movimenta-se (sim/não) Tipo de movimento

Manivela

BielaBalancim

Chassi

O chassi é rígido e assimila os movimentos. A manivela deve poder realizar rotações completas e a biela

transfere o movimento da manivela para o balancim. O balancim descreve no seu movimento somente um

arco, pois está apoiado no chassi.

Para que o mecanismo funcione, os comprimentos dos quatro componentes do balancim de manivela devem

estar numa determinada relação entre si.

Biela

Corrente dequatro

articulações

Manivela /

Excêntrico

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n O efeito do balancim de manivela existe também

em outros setores. A muito tempo, a serra de arco

foi uma grande auxiliar dos metalúrgicos. A suaconstrução simples irá ajudar para que entendas

melhor o mecanismo de biela.

Neste tipo de mecanismo é

transformado um movimento

rotativo num movimento de vaivém em

linha reta. Os pontos extremos correspondentes,

nos quais a serra não pode continuar a movimentar-se, são

designados pontos mortos (T1 e T2).

Excêntrico/ Disco do excêntrico Biela Puxavante

T a r e f a :

x Constrói o modelo do mecanismo.

x Meça o avanço da tua serra.

n Para determinar o preço de uma mercadoria, já a mais de 4.000 anos se compara a quantidade da

mercadoria com pesos. Isto é feito com o auxílio de uma balança de pratos, onde o equilíbrio de duas forças

peso é mensurado. No caso do teu modelo, é uma barra apoiada no ponto de rotação central que possui nas

extremidades dois pratos. Ambos os indicadores, no meio da barra da balança, devem encontrar-se alinhados

quando do equilíbrio das forças.

T a r e f a :

x Constrói a balança de pratos.

x Coloca em ambos os pratos da balança uma peça da fischertechnik.

Está a balança em equilíbrio?

x Procura, a seguir, dois objetos, que tenham, na tua opinião

o mesmo peso. Coloca-os sobre os pratos da balança.x É verdadeira a tua suposição?

Esta balança funciona conforme o princípio da alavanca de comprimentos iguais. Uma

alavanca é uma barra reta, apoiada num ponto de rotação sobre a qual atuam duas forças.

A distância entre os pontos de aplicação das forças e o ponto rotativo denomina-se

braço de alavanca. Ambos os lados ao lado do ponto rotativo são de mesmo

comprimento e tem o mesmo peso. O princípio desta balança é o mesmo de uma

gangorra. Para que a alavanca fique em equilíbrio, os pesos que contatam as alavancas e a sua

distância em relação ao ponto rotativo da balança devem ser iguais.

Serra de arco

Alavanca

Balança depratos

Mani-

vela

ChassiT1 Avanço T2

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Balança compeso cursor

n É necessário um pouco de paciência para encontrar dois pesos que

sejam exatamente iguais. Um desenvolvimento da balança de

pratos é, por isso, a balança com um peso cursor.Esta balança também funciona baseada no princípio da

alavanca de mesmo comprimento, só que

aqui, os torques serão driblados. Ambos

os lados ao lado do ponto rotativo são

os braços de força. Quanto mais para

fora de um braço de força um peso ficar

suspenso, maior será a sua força.

Auxiliado pela corrediça, o torque

poderá ser modificado num braço de

força.

O braço, juntamente com o

prato da balança, édenominado braço de

carga.

T a r e f a :

x Constrói a balança com braço de força e de carga e peso cursor.

x Regula o peso cursor de maneira que a balança fique em equilíbrio sem carga.

O indicador, no meio da balança, irá te ajudar neste caso.

x Coloca um peso no prato da balança. Equilibra com o peso cursor.

Para que uma alavanca esteja em equilíbrio, a soma dos torques que giram à esquerda devem coincidir com

a soma dos torques que giram à direita. Isto parece complicado, mas não é, assim, tão difícil. A princípio diz

que ambos os braços, à esquerda e à direita do ponto rotativo, devem ter o mesmo peso mas não necessitam

ter o mesmo comprimento. Quanto mais afastado do ponto rotativo o peso estiver, maior é a força da

alavanca e, com isso, o seu peso.

n Imagine que queiras puxar o

teu amigo para cima com um

cabo. Apesar dele ter o mesmo

peso que o teu, somente irás

conseguir levantá-lo com

enorme esforço.

A roldana de cabos no teto irá te

ajudar para segurar mas não

para levantar.

O modelo de talha te oferece,

porém, algumas possibilidades

para que possas levantar

também, facilmente, cargas

pesadas.

Roldanas decabos – Talha

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Talha com 2 roldanas

T a r e f a :x Constrói o modelo da talha com 2 roldanas (uma fixa e uma livre).x Pendura um peso no gancho .x Puxa no cabo e meça o quanto deves puxar para levantar a tua carga de 10cm.

Necessitas para isso de muita força?x Anota as tuas observações na t abela.

Compr imento trato em cm Esforço conforme a pe rcepção Quant idade de cabos

2 roldanas

No caso deste modelo, a força utilizada foi reduzida à metade. Como se comporta em relação aos

comprimentos de tração?

Talha com 3 roldanasT a r e f a :

x Amplia o teu primeiro modelo para uma talha com 3 roldanas. Verifica na

instrução de montagem.

x Puxa novamente no cabo e meça o quanto tens que puxar agora para levantar a

tua carga de 10cm. Necessitas, para isso, muita força?

x Anota e compara as tuas observações na tabela.

Compr imento trato em cm Esforço conforme a pe rcepção Quant idade de cabos

3 roldanas

Agora que conheces o modo de atuação de uma talha, podes construir uma talha com quatro roldanas. Além

disso, será montado o motor como substituto para a tua força.

Talha com 4 roldanasT a r e f a :

x Amplia o modelo para uma talha com 4 roldanas e motor.

x Fixa, auxiliado por atilhos de borracha, uma carteira de dinheiro com moedas

no gancho.

x Consegue, o motor, elevar as moedas?

Para poder levantar cargas pesadas com pouca força, é necessária uma talha com duas, quatro ou

seis roldanas. Se negligenciarmos o peso das roldanas e as forças de atrito, a talha reduz a força conforme aquantidade de roldanas, pela metade, de um quarto, respect., de um sexto.

No caso desta talha, o motor somente deve levantar 1/4 da carga.

Ela possui, porém, uma desvantagem: quando a carga tiver de ser elevada de 10cm, quando deverá o teu

motor enrolar o cabo?

Y 10 cm Y 20 cm Y 30 cm Y 40 cm

A física conhece o modo de trabalho da tua talha e encontrou um princípio que é conhecido como ”regra

de ouro”. Ela afirma que: ”O trabalho não pode ser poupado, tudo o que é poupado em força, deverá ser

consumido em tempo e percurso!”

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O mundo da

estática

n A estática estuda as condições sob as quais as forças que interagem com um corpo estão em equilíbrio.

Ela é, com isso, o princípio para todas as calculações e construções de estruturas como pontes ou casas.

Sobre os componentes da estática atuam diferentes cargas. O peso de uma construção é denominado carga

própria. O peso de pessoas, móveis, pratos e até de automóveis é denominado carga de trânsito.

n Mesmo a tua mesa é um objeto estático. Ela suporta tanto o seu próprio peso, ou seja a carga própria,

como também as cargas de trânsito. Estas são pratos, xícaras, comidas ou bebidas, que estajam sobre a mesa,

mas também os choques inadvertidos na mesa.

Para que uma mesa possa absorver todas estas

cargas, ela necessita uma quantidade

de especialidades estáticas.

Escora

Reforço

T a r e f a :

x Constrói a mesa.

x Presta atenção para que as escorar

estejam bem ligadas.

Sobrecarrega a mesa, primeiramente, por cima. A seguir, pressione lateralmentecontra o tampo da mesa, a seguir contra uma perna da mesa. O que acontece

em cada caso?

As características estáticas desta modelo de mesa são as pernas de mesa esquadriadas. Elas são já

estáveis para dois lados devido ao esquadriado. A construção do quadro da mesa é escorado e reforçado

adicionalmente. Com as escoras amarelas entre as pernas da mesa o quadro é estabilizado contra pressão

e tração.

Os pontos altos da estática são, entretanto, os pontos de conexão, formados por triângulos. Os triângulos

são, então, também estáveis quando as varetas, nos pontos de conexão, tiverem articulações móveis. Tais

triângulos são denominados triângulos estáticos. A tua mesa modelo é, do ponto de vista estático, triplamente

estável.

Todos os pontos de conexão são denominados na estática de nós.

T a r e f a :

x Remova os reforços e sobrecarrega a mesa. Qual o efeito que isto tem sobre a

estática da mesa?

x Recoloca os reforços. Remova as escoras. Sobrecarrega a mesa novamente.

O que ocorre com a estabilidade da mesa neste caso?

x A seguir, desmonta novamente também os reforços. Sobrecarrega a mesa.

O que podes observar?

Mesa

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n Uma construção estática muito fácil é a da escada de cavalete. Ela também

possui pernas com esquadrias, que são escoradas. Os escoramen-

tos servem como degraus de escada. A escada de cavalete éconstituida de duas escadas individuais, que estão ligadas num

ponto rotativo na parte superior. Além disso, ainda é colocado um

reforço nas duas escadas na parte inferior.

Reforço

T a r e f a :

x Constrói a escada de cavalete primeiramente sem o reforço.

x Erga a escada de cavalete e sobrecarrega-a por pressão sobre

os degraus e o ponto rotativo superior. Permanece a escada estável?

x Monta, a seguir, na escada, o reforço. Realiza o experimento novamente.

Permanece a escada, agora, em pé?

Uma escada de cavalete é constituída de duas metades iguais, que estão presas em cima com um ponto

rotativo. Conforme o ângulo de posicionamento de ambas as metades, a escada permanece em pé, mesmo

sem reforço. Mas, a partir de um determinado ponto, os ”pés” da escada escorregam e as metades da

escada são afastadas. Com o reforço, a escada será estabilizada.

n Uma ponte ideal possui quatro qualidades: Ela é segura,

longa, barata e tem um bom aspecto. Com o teu modelo

de ponte, irás conhecer um clássico da construção de

pontes

T a r e f a :x Constrói o modelo da ponte.

x Sobrecarrega a ponte no centro.

x Onde poderia ser utilizada esta ponte?

Para cargas e vão livre reduzidos esta ponte de travessa é extraordinariamente adequada. Ela satisfaz todas as

exigências. Se a distância entre os apoios tornar-se, entretanto, maior, a ponte perde a sua estabilidade.

Escada de

cavalete

Ponte detravessa

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n A ponte com viga de sustentação inferior lembra as pontes suspensas, que são tensionadas sobre abismos

selvagens. Com a construção de uma ponte suspensa, ela não tem, porém, nada em comum. O porquê disto,

irás verificar nas experiências com o modelo.

T a r e f a :

x Amplia o teu primeiro modelo de ponte para uma ponte com viga de

sustentação inferior.

x Sobrecarrega a ponte no centro. Utiliza, desta vez, uma carga um

pouco mais pesada.

No caso do teste de carga, irás determinar que a tua ponte é muito estável e

pode absorver grandes forças de pressão. A ponte com viga de sustentação

inferior funciona como o modo construtivo de treliças. Este modo construtivo é

adequado para grandes sobrecargas, mas não é adequado para grandes vãoslivres. Os maiores vãos são atingidos com pontes suspensas, que não podem

absorver forças assim tão grandes. A ponte com viga de sustentação inferior

e a ponte suspensa somente se parecem. São, entretanto, completamente

distintas do ponto de vista estático.

n Vãos livres consideravelmente mais longos e maiores cargas podem ser absorvidos pela ponte com banzo

superior (viga de sustentação superior). Ela também possui uma construção em treliça.

Escoras, reforços e triângulos estáticos

estabilizam esta ponte.

Banzo superior

Reforço

Escora

Apoio

T a r e f a :

x Constrói a ponte com viga de sustentação superior.

x Sobrecarrega a ponte novamente no centro.

x Como se modificou a estabilidade da ponte?x Descreva no desenho todos os elementos estáticos que conhece:

o banzo superior, as escoras, os reforços e os apoios.

Esta forma de ponte é mais sobrecarregável do que a ponte de travessa. A força pressora não é, agora,

somente transferida para uma barra, mas sim, distribui-se sobre os demais componentes. O banzo superior é

constituido de diagonais cruzadas, que estão fixadas nos nós superiores dos elementos laterais. As diagonais

no banzo superior impedem uma torção da ponte.

Se as escoras sobressaem para cima, esta construção de ponte é designada asna com pendurais.

Ponte comviga de

sustentação

superior

Ponte com

viga desustentaçãoinferior

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Assento

elevado

Guindaste

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n Queres ir ainda mais alto? Neste caso o assento elevado é exatamento

o correto. O princípio estático para isto é a estrutura em treliça, o

encadeamento plano de triângulos.

T a r e f a :

x Constrói o assento elevado conforme a especificação.

x Identificas novamente os elementos construtivos?

A composição espacial de treliças individuais é designada esqueleto.

Esqueletos de treliças são encontrados em casas, torres de alta tensão,

construções de pontes e no caso de modelos de assento

elevado. Tais esqueletos tem a vantagem de que não

devem ser preenchidos com uma placa, um disco ou com

pedras. Assim, oferecem uma reduzida área de ataque para o vento. Estemodo de construção poupa material de construção e é, além disso, estável.

n No caso dos modelos até o momento dos setores da mecânica, alavanca e estática pudeste acumular as

experiências nestres setores. No modelo final, estas experiências serão ligadas entre si. O guindaste te permite

reconhecer a relação dos componentes e grupos construtivos e de testar a estática quanto à sua capacidade de

carga.

T a r e f a :

x Monte o pedestal do guindaste com a engrenagem de parafuso helicoidal.

Lembras por que deve ser utilizada a engrenagem de parafuso helicoidal?

Anote na tabela.x A seguir, será montada a construção da armação. Conheces os elementos

estáticos que serão empregados? Completa, aqui também, a tabela.

x A lança do guindaste é uma determinada forma de alavanca. Como é que o

guindaste mantém, ainda, o seu equilíbrio? Como é estabilizada a lança?

Para o levantamento de cargas estão à disposição para seleção os diferentes tipos de engrenagens.x Monta as engrenagens possíveis no teu modelo de guindaste.x Compara os seus modos de funcionamento.x Anota os resultados na tabela.

O ponto alto para o teu modelo é o emprego de uma talha.x

Desenvolva uma talha para o teu modelo de guindaste.x Ao que deves prestar atenção quando o guindaste tiver também que levantar o abaixar cargas muitopesadas?

Grupo construtivo Vantagem / Possibilidades Componente

Especialidade de emprego

Mecânica

Engrenagem de parafuso helicoidal

Estática

Alavanca

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