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Calculadora de Vantagem Mecânica

Índice

O que são máquinas simples?Como calcular a vantagem mecânica?Como encontrar a vantagem mecânica de uma alavanca?Vantagem mecânica de uma cunhaVantagem mecânica de uma poliaVantagem mecânica de um parafusoVantagem mecânica de uma rampa (plano inclinado)Vantagem mecânica de uma roda e eixoPerguntas frequentes

Se você já se perguntou como uma alavanca, uma polia ou talvez uma cunha facilita a sua vida, você veio ao lugar certo: a calculadora de vantagem mecânica da Omni lhe dirá por qual fator estas simples ferramentas amplificam a força. Este artigo explicará a você como calcular a vantagem mecânica de uma alavanca, polia, parafuso, cunha, rampa (plano inclinado), e de um sistema de roda e eixo, além de fornecer a fórmula da vantagem mecânica para cada uma delas.

Fizemos um vídeo explicando a vantagem mecânica! Você pode assisti-lo aqui:

O que são máquinas simples?

Máquinas simples são seis dispositivos mecânicos básicos definidos por cientistas da Renascença. Em essência, são mecanismos elementares que amplificam a força que você usa para mover objetos.

Por exemplo, uma alavanca multiplica a força que você usa para empurrar uma de suas extremidades para levantar a outra extremidade (carregada). Muitas outras máquinas mais complicadas são criadas com a junção desses “blocos de construção” mais simples.

Cada uma das máquinas simples tira proveito do fato de que o trabalho é igual à força multiplicada pela distância (como você pode ver na nossa calculadora de trabalho). Cada dispositivo aumenta a força de saída ao custo da diminuição da distância percorrida pela carga. Dessa forma, o trabalho feito pela carga permanece igual ao trabalho feito pela força que você aplicou.

Como calcular a vantagem mecânica?

Por definição, a vantagem mecânica é a relação entre a força de saída e a força de entrada:

VM = força de saída / força de entrada

Se você acessar a seção "Forças de entrada e de saída" desta ferramenta, poderá determinar a força de entrada ou de saída para cada uma das seis máquinas simples.

No texto abaixo, você encontrará as fórmulas que lhe permitirão estabelecer a vantagem mecânica de cada uma dessas máquinas com base apenas em suas respectivas geometrias.

Como encontrar a vantagem mecânica de uma alavanca?

A vantagem mecânica de uma alavanca é calculada de acordo com a fórmula:

VM = braço de força / braço de resistência

onde:

  • braço de força: distância entre o ponto de esforço e o ponto de apoio (eixo); e
  • braço de resistência: distância entre o ponto de resistência e o ponto de apoio.
Alavancas

Na verdade, podemos distinguir três tipos de alavancas, conforme mostrado na figura acima. Cada uma delas é caracterizada pelo seguinte:

  • Esforço (Effort): o ponto em que você aplica a força de entrada;
  • Fulcro (Fulcrum): ponto que permanece estacionário;
  • Resistência (Resistance): carga; e
  • Movimento (Motion): direção do movimento após a aplicação da força.

✅ A Omni tem uma ferramenta dedicada somente a alavancas: não deixe de conferir a nossa calculadora de alavanca 🇺🇸!

Vantagem mecânica de uma cunha

Cunha

Uma cunha é uma ferramenta simples com a forma de um triângulo. Ela pode ser usada para dividir um objeto em duas partes ou para levantar objetos pesados. A fórmula da vantagem mecânica de uma cunha depende de sua geometria:

VM = largura / comprimento

  • Largura: medida na direção horizontal (veja a figura); e
  • Comprimento: medido na direção vertical (veja a figura).

Vantagem mecânica de uma polia

Polias

Como você pode ver na figura acima, uma polia é um sistema composto de rodas e cordas que as conectam. Duas rodas formam uma polia.

Para calcular a vantagem mecânica desse sistema, basta usar a seguinte equação:

VM = 2 ⋅ n

onde n é o número de polias diretamente conectadas ao objeto.

Se você está à procura um sistema de duas rodas não idênticas conectadas por um laço de correia, acesse a nossa calculadora de polias. Mas se você estiver procurando por aplicações de vantagem mecânica em outros sistemas, confira nossa excelente calculadora de tamanho de guincho 🇺🇸.

Vantagem mecânica de um parafuso

Parafuso

Um parafuso típico consiste em duas partes: um eixo cilíndrico rosqueado e uma cabeça. Para determinar a vantagem mecânica, você precisará de duas características da rosca (sulcos helicoidais no parafuso):

  • Diâmetro do eixo do parafuso; e
  • Avanço da rosca. Em parafusos simples ou de uma entrada (single start), o avanço é igual ao passo da rosca do parafuso, ou seja, a distância entre duas roscas adjacentes. Em parafusos de duas ou três entradas (double start ou triple start), ele é definido como a distância (paralela ao eixo do parafuso) que o parafuso percorre em uma volta completa do eixo.

A fórmula da vantagem mecânica do parafuso é a seguinte:

VM = π ⋅ diâmetro / avanço

Vantagem mecânica de uma rampa (plano inclinado)

Rampa

Uma rampa, também conhecida como plano inclinado, é uma superfície plana inclinada em um ângulo em relação à horizontal. Seu formato é semelhante ao de uma cunha, na verdade, uma cunha nada mais é do que um plano inclinado portátil. Além disso, um parafuso é essencialmente um plano inclinado envolvido em um cilindro.

Em nossa calculadora, você pode encontrar a vantagem mecânica de uma rampa a partir de duas fórmulas diferentes:

VM = L / V

VM = 1 / sen Θ

onde

  • V: medida da altura (veja a figura); e
  • L: medida do comprimento da rampa (veja a figura).

Se você analisar essas equações mais de perto, verá que elas são equivalentes, pois: sen Θ = V / L.

Vantagem mecânica de uma roda e eixo

Roda e eixo

Como o nome sugere, um sistema de roda e eixo é uma máquina composta por duas partes: uma roda (a parte verde na figura acima) e um eixo (a parte amarela). Esses dois elementos giram juntos, e a força é transferida entre eles. Se você aplicar uma pequena força à roda na parte externa da máquina, ela será transferida para o eixo menor e amplificada.

Como calcular a vantagem mecânica de uma roda e um eixo? Tudo o que você precisa fazer é aplicar a seguinte fórmula:

VM = raio da roda / raio do eixo

Se você não souber o raio de um dos elementos, mas souber seu perímetro, acesse a nossa calculadora de circunferência para determinar o raio sem precisar se preocupar com cálculos manuais.

Perguntas frequentes

Qual é a vantagem mecânica de uma cunha com 20 cm de comprimento e 4 cm de largura?

A resposta é 0,2. Isso ocorre porque a fórmula para a vantagem mecânica de uma cunha é VM = largura / comprimento. Portanto, ao inserir nossos dados, obtemos VM = 4 / 20 = 0,2.

Como encontrar a vantagem mecânica de um plano inclinado?

Para determinar a vantagem mecânica de uma rampa, siga estas etapas:

  1. Determine o ângulo Θ em que o plano está inclinado.
  2. A vantagem mecânica é igual a 1 / sen Θ.
  3. Como alternativa, encontre a altura V e o comprimento da sua rampa L.
  4. Calcule sen Θ como V / L.
  5. Use sen Θ para encontrar a vantagem mecânica como no passo 2.
Três tipos de alavancas com exemplos: ponto de apoio no meio e embaixo da alavanca (classe 1), ponto de apoio na extremidade e embaixo da alavanca (classe 2), ponto de apoio na extremidade e acima da alavanca (classe 3).
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