terça-feira, 30 de setembro de 2014

Como trabalhar com polias ou roldanas na diminuição de força na tração manual


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 http://www.feiradeciencias.com.br/sala06/06_RE03.asp
Polia ou roldana, consta de um disco de madeira ou de metal, que pode girar em torno de um eixo que passa por seu centro e é normal ao seu plano. Na periferia desse disco existe um sulco, denominado gola ou garganta, no qual passa uma corda ou cabo contornando-o parcialmente. O eixo é sustentado por uma peça em forma de U, denominada chapa, que lhe serve de mancais.
As polias, quanto aos modos de operação, classificam-se em fixas e móveis. Nas fixas os mancais de seus eixos (a chapa) permanecem em repouso em relação ao suporte onde foram fixados. Nas móveis tais mancais se movimentam juntamente com a carga que está sendo deslocada pela máquina. Cadernais etalhas são combinações de roldanas.

Na roldana fixa, numa das extremidades da corda aplica-se a força motriz F (aplicada, potente) e na outra, a resistência R, a carga a ser elevada. Na roldana móvel, uma das extremidades da corda é presa a um suporte fixo e na outra se aplica a força motriz F --- a resistência R é aplicada no eixo da polia (a carga é posta no gancho da chapa).

Na polia fixa a vantagem mecânica vale 1 (VM = bp/br = 1), sua função como máquina simples é apenas a de inverter o sentido da força aplicada, isto é, aplicamos uma força de cima para baixo numa das extremidades da corda e a polia transmite á carga, para levantá-la, uma força de baixo para cima. Isso é vantajoso, porque podemos aproveitar o nosso próprio peso (como um contrapeso) para cumprir a tarefa de levantar um corpo.


Equilíbrio das polias

I) Para qualquer efeito de cálculo a polia fixa comporta-se como alavanca interfixa de braços iguais (VM = 1)e a polia móvel (ramos paralelos) comporta-se como alavanca inter-resistente cujo braço da potência é o dobro do braço da resistência (VM = 2). É por isso que muitos autores não incluem as polias como máquina simples fundamental e sim como simples aplicações das alavancas.

II) Como na polia fixa tem-se VM = 1, disso decorre F = R e dp = dr Nenhum fator do trabalho é alterado; nada se ganha em força ou em deslocamento.

III) Na polia móvel com corda de ramos paralelos tem-se VM = 2, disso decorre F = R/2  e dp = 2.dr.  Os fatores do trabalho são alterados; ganha-se em força, mas perde-se em deslocamento.

IV) Na polia móvel com corda de ramos não paralelos (veja ilustração abaixo) tem-se VM = 2.cosa, onde aé a metade do ângulo entre os ramos da corda, disso decorre F = R/(2.cosa) e dp = 2.cosa.dr.

Nota: Pode-se converter esse caso de cordas inclinadas para o caso de cordas paralelas, decompondo-see N nos componentes F' = N' (paralelos a R) e F" = N" (perpendiculares a R).   Como  F' = N' = F.cosa , o equilíbrio vertical da polia será expresso por: F' + N' = R   ou  F.cosa + F.cosa = R   ou  2F.cosa = R ou, finalmente, F = R/(2.cosa).



Associações de polias

I) A polia móvel raramente é utilizada sozinha dado o inconveniente de ter que 'puxar' o ramo de potência da corda, 'para cima'. Normalmente vem combinada com uma polia fixa, conforme ilustramos abaixo. Para tal montagem tem-se F = R/2; VM = 2 dp = 2.dr. Note que, para a carga subir de "1 m" o operador deve puxar seu ramo de corda, para baixo, de "2 m". "Ganhou em força, perdeu em distância"!

II) Talha ExponencialO acréscimo sucessivo de polias móveis, como indicamos na seqüência abaixo, leva-nos á montagem de uma talha exponencial.

Na talha exponencial com uma polia fixa e duas móveis tem-se F = R/4 = R/22 ; com uma fixa e três móveis tem-se F = R/8 = R/23 e assim sucessivamente, de modo que para n polias móveis teremos: F = R/2n . No caso de uma fixa e três móveis, para que a carga suba de "1m", o operador tem que puxar sua extremidade de "8m". Observe: M3 sobe de 1m, M2 sobe de 2m, M1 sobe de 4m e a extremidade do operador desce 8m; 1 : 2 : 4 : 8 ou 20 : 21 : 22 : 23 . Repare, também, que estas serão a razões das velocidades e das acelerações.

III) Cadernal: Outro modo de aumentar a vantagem mecânica consiste na associação de várias polias fixas (num único bloco) com várias polias móveis (todas numa mesma chapa). A associação também é conhecida por moitão. Há várias configurações; eis algumas:

Para a talha de 4 polias (duas fixas + duas móveis) tem-se F = R/4, para a de 6 polias (três fixas e três móveis) tem-se F = R/6 etc. Tais montagens não têm tanta  vantagem mecânica como as correspondentes exponenciais, entretanto, são montagens mais compactas e se utilizam de uma única corda. Veja o cadernal de 5 polias. Nele a carga total está sendo suportada por 5 ramos de corda, cada uma aplicando força de 1/5 de R; como o operador sustenta apenas um desses ramos, tem-se F = (1/5)R.


Nota: Realmente a força potente F aplicada pelo operador deve contrabalançar não só a carga R senão também o peso das roldanas móveis e de suas chapas, além dos atritos. Em cadernais industriais pode-se desprezas esses pesos, por ser bem pequeno em confronto com R.


IVTalha diferencialÉ uma combinação de uma polia móvel com duas polias fixas, solidárias, de raios diferentes, todas ligadas por uma correia/corda 'sem fim'. Se as periferias das polias são 'denteadas', a correia é substituída por uma corrente sem fim.

A carga Q (ou força resistente R) é dividida (com boa aproximação) em duas metades Q/2 e Q/2 pela polia móvel. Uma delas, através da correia, atua sobre a pequena polia fixa, de raio r; a outra, atua sobre a grande, de raio R. Aplicando o teorema dos momentos (com pólo no centro das polias fixas) temos:
P.R + (Q/2).r = (Q/2).R
P = Q.(R - r)/2R


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