O que faca, alfinete e cinzel têm em comum? Se você acha que são todos afiados e podem cortar ou cutucar coisas, você está parcialmente certo, mas agora adicione um batente de porta à lista. Não é particularmente afiado e não pode cortar nada, mas ainda pertence, porque todos os itens são exemplos de cunhas.
A cunha de é um dos seis dispositivos conhecidos pela ciência como máquinas simples. Além da cunha, as máquinas simples incluem plano inclinado, parafuso, roda e eixo, polia e alavanca. Alguns cientistas incluem a marcha como a sétima entrada, mas outros consideram a marcha como uma máquina complexa que incorpora a roda e o eixo mais a alavanca.
O que é uma máquina simples?
Uma máquina simples é um dispositivo rudimentar que multiplica a força que você aplica a ela. Não é um dispositivo com componentes internos que requerem uma fonte de energia, como um motor de automóvel, mas não é menos importante para fazer trabalhos no mundo real. Máquinas simples existem há tanto tempo quanto a civilização existe, e você pode até argumentar que o a descoberta de máquinas simples, como a roda e a cunha, tornou a civilização possível nos primeiros Lugar, colocar.
A compensação para o aumento da força exercida por uma máquina simples é que você precisa aplicar a força a uma distância maior. A vantagem mecânica da máquina resume-se à proporção da distância em que você aplica uma força à distância a máquina aplica a força, e esta deve ser menor para que a vantagem mecânica seja maior que 1. Usar uma máquina com vantagem mecânica menor que 1 seria tão útil quanto olhar pelo lado errado de um telescópio.
A vantagem mecânica de uma cunha
Uma cunha é semelhante a um plano inclinado de dois lados, mas é considerada uma máquina por seu próprio mérito porque é sempre usada para uma finalidade específica, que é dividir as coisas. Quanto mais nítida a ponta da cunha e mais suave a inclinação de seus lados, mais força a cunha fornecerá. É por isso que facas afiadas com lâminas finas são melhores para cortar do que facas cegas com lâminas grossas.
Em termos matemáticos, a vantagem mecânica ideal (IMA) de uma cunha é a razão da distância que a cunha penetra no material que está dividindo (D) à largura da divisão (C):
IMA = D / W
Este é o cálculo da força da cunha, mas você não pode usá-lo para calcular diretamente a força exercida pela cunha em um determinado material porque não leva o atrito em consideração. Você encontra mais fricção cortando queijo do que cortando manteiga, e a fricção age para compensar a força motriz da cunha.
Como calcular a força motriz
Você pode usar a vantagem mecânica ideal de uma cunha para calcular a força na ponta de uma cunha (FT) se você souber a força aplicada à cunha (FUMA). O relacionamento é:
FT = (IMA) × FUMA = D / W × FUMA
Essa relação é incompleta, entretanto, porque não inclui a força de atrito que se opõe à cunha. Essa força depende do coeficiente de fricção da cunha e do material que está dividindo, por isso é altamente variável. Se o coeficiente de atrito cinético entre a cunha e o material for µ, a força de atrito total (Ff) que se opõe ao movimento é:
Ff = µFN
Onde FN é a força normal exercida no limite da cunha e do material. FN depende do ângulo da cunha.
Depois de calcular Ff, você pode determinar a força exercida pela ponta da cunha. Isto é:
FT - Ff