Quais são as duas famílias básicas de máquinas simples?

As duas famílias básicas de máquinas simples são a família da alavanca e a família do plano inclinado. Dentro da família de alavancas estão a alavanca simples, a polia e a roda e o eixo. Dentro da família do plano inclinado estão o plano inclinado simples, a cunha e o parafuso. Essas máquinas simples criam uma vantagem mecânica quando você as usa, pois permitem que você exerça mais força com menos energia em cargas que você normalmente não poderia mover.

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A melhor ilustração de uma alavanca simples é uma gangorra que você pode encontrar em um playground. Consiste em uma plataforma longa e estreita equilibrada em um fulcro. Em vez de duas crianças usando a gangorra, imagine que a carga que você deseja levantar está apoiada em uma extremidade e você pressiona a outra. A posição do fulcro determina a eficácia da alavanca. Quanto mais próximo o ponto de apoio estiver da carga, maior será a alavancagem. É por isso que os pés de cabra têm sua forma. A pequena curva na extremidade do pé de cabra é o ponto de apoio posicionado o mais próximo possível da carga que você deseja soltar.

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A polia é uma máquina simples que consiste em uma corda que você puxa sobre uma roda. Você prende a corda de um lado à carga que deseja mover e puxa a corda do outro lado da roda. Se você conectar a polia a um objeto sólido, como a lateral de um edifício ou um teto, isso criará uma polia fixa e sua vantagem mecânica será uma. Isso significa que você deve exercer a mesma quantidade de força que o peso da carga para levantá-la do solo. Se você prender a polia diretamente à carga e permitir que ela se mova ao longo da corda, essa polia móvel terá uma vantagem mecânica de dois ou mais. As polias compostas são uma combinação de polias fixas e móveis.

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Com a roda e o eixo, você aplica uma força à roda e a força se multiplica e transfere para o eixo, que gira e exerce uma força em algum outro objeto, geralmente por meio de uma corda. O melhor exemplo dessa máquina simples é a bicicleta. Você empurra os pedais externos com os pés e isso transfere a força para o eixo e as engrenagens, que movem a roda traseira.

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A rampa para cadeiras de rodas é um exemplo de plano inclinado simples. Imagine tentar levantar um peso de 150 libras. pessoa em uma cadeira de rodas a um metro de altura. Seria muito difícil para você e impossível para a pessoa na cadeira. No entanto, se a rampa for longa o suficiente, você ou a pessoa na cadeira de rodas podem empurrar a cadeira de rodas a um metro do solo. O plano inclinado funciona transformando a força de empuxo horizontal em uma força de levantamento vertical. Você gasta a mesma quantidade de energia porque tem que empurrar a cadeira de rodas ao longo da rampa, mas seu corpo não terá que suportar o esforço de erguer a cadeira de rodas para cima.

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A cunha é uma máquina simples que você usa para dividir cargas como madeira ou pedras. É um dispositivo triangular alongado com uma base plana estreita. Depois de colocar a ponta da cunha em uma fenda na rocha ou madeira, você golpeia a borda plana com um martelo. A força descendente do martelo se divide em duas direções, perpendiculares aos lados da cunha, o que faz com que a carga se divida. A lâmina de um machado é um exemplo de cunha.

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O parafuso transforma uma força rotacional em uma força linear. Por exemplo, ao inserir um parafuso em uma parede, você gira a chave de fenda em um círculo, mas o parafuso se move em uma direção linear mais profundamente na parede. O mesmo princípio se aplica a tornos e tampas de jarro.