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Alavancas Alavancas são máquinas simples capazes de multiplicar a força que é aplicada a um corpo ou objeto, quando apoiadas em um ponto fixo. Existem três tipos distintos de alavanca: 1º. Alavancas interfixas: o ponto de apoio fica entre os pontos onde se aplica a força potente e o ponto onde se encontra o peso do objeto a ser movido. Ex.: 2º. Alavancas inter-resistentes: a força peso é aplicada entre o ponto de apoio e a força potente. Ex.: 3º. Alavanca interpotente: o ponto de aplicação da força potente está localizado entre o ponto de apoio e o ponto onde atua a força peso do corpo a ser movido. Ex.: Física Avylla Walin 2º E.M. “A” A vantagem mecânica das alavancas depende diretamente da distância entre o ponto de aplicação da força potente e o ponto de apoio. Quanto maior for essa distância, menor será o esforço necessário. A grandeza física relacionada com o efeito produzido pelas alavancas é o momento de uma força, também chamado de torque. O momento de uma força é uma grandeza vetorial que pode ser calculada por meio do produto vetorial ou produto externo. Em todos os tipos de alavancas, há pelo menos três forças em ação: a força potente, a força resistente e a força normal, que são, respectivamente, a força que tenta mover o corpo, o peso do corpo e a força exercida sobre o ponto de apoio. Densidade e massa específica Densidade Considerando um corpo de massa m e volume V. Podemos, definir a densidade desse corpo através da seguinte relação: 𝑑 = 𝑚 𝑉 Massa específica Neste caso o corpo analisado será maciço e homogêneo. Representada pela letra grega mi (µ) 𝜇 = 𝑑 = 𝑚 𝑉 No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de massa específica ou densidade é o kg/m3, mas frequentemente são usadas as unidades g/cm3 e kg/L. 1 𝑔 𝑐𝑚3 = 1 𝐾𝑔 𝐿 = 103𝐾𝑔 𝑚3 Densidade relativa Considerando dois materiais, ou corpos, A e B. Denominamos densidade de A em relação a B (dAB) como o quociente. 𝑑𝐴𝐵 = 𝑑𝐴 𝑑𝐵 volume total do corpo A densidade relativa não possui unidade, ou seja, a densidade relativa é adimensional. Pressão Grandeza escalar que resulta da divisão da força perpendicular ao plano de uma superfície pela área dessa superfície. Seu símbolo é a letra p e a unidade de medida de pressão, no SI, é o newton por metro quadrado (N/m2), também conhecido como pascal (Pa). 𝑝 = 𝐹 𝐴 Lei de Stevin A lei de Stevin está relacionada com verificações que podemos fazer sobre a pressão atmosférica e a pressão nos líquidos. É possível escrever a pressão para dois pontos distintos da seguinte forma: Nesse caso, podemos observar que a pressão do ponto B é certamente superior à pressão no ponto A. Isso ocorre porque o ponto B está numa profundidade maior e, portanto, deve suportar uma coluna maior de líquido. Expressão que relacione a pressão de B em função da pressão do ponto A: 𝑃𝐵 − 𝑃𝐴 = 𝑑 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝐵 − 𝑑 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝐴 𝑃𝐵 − 𝑃𝐴 = 𝑑 ∙ 𝑔(ℎ𝐵 − ℎ𝐴) 𝑃𝐵 − 𝑃𝐴 = 𝑑 ∙ 𝑔 ∙ ℎ 𝑃𝐵 = 𝑃𝐴 + 𝑑 ∙ 𝑔 ∙ ℎ 𝑃𝐴 = 𝑑 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝐴 𝑃𝐵 = 𝑑 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝐵 Princípio de Pascal A variação da pressão provocada em um ponto qualquer de um líquido é transmitida para todos os demais pontos, e as paredes do recipiente que confina o líquido sofrem a mesma variação de pressão. Ex.: Prensa hidráulica O Princípio de Pascal permite concluir que há um ganho de força quando a área de saída é superior à área de entrada. Utilizando o princípio, podemos constatar que: Δ𝑝𝑠 = Δ𝑝𝑒 𝐹𝑠 𝐴𝑠 = 𝐹𝑒 𝐴𝑒 𝐹𝑠 = 𝐹𝑒 ∙ 𝐴𝑠 𝐴𝑒 Em que: 𝚫𝒑𝒆 representa a variação de pressão no êmbolo de entrada; 𝚫𝒑𝒔, a variação de pressão no êmbolo de saída; 𝑭𝒆, a força de entrada; 𝑭𝒔, a força de saída; 𝑨𝒆, a área do êmbolo de entrada; 𝑨𝒔, a área do êmbolo de saída. Observe que, se a área 𝑨𝒔 for quatro vezes maior que a área 𝑨𝒆, a força 𝑭𝒔 também será quatro vezes maior que 𝑭𝒆. Podemos notar ainda que o êmbolo de entrada recebe um deslocamento maior em relação ao êmbolo de saída. Como os volumes de fluido deslocados são iguais: Δ𝑉𝑠 = Δ𝑉𝑒 Δ𝑥𝑠 ∙ 𝐴𝑠 = Δ𝑥𝑒 ∙ 𝐴𝑒 Δ𝑥𝑠 = Δ𝑥𝑒 ∙ 𝐴𝑒 𝐴𝑠 A determinação da energia transferida ao sistema na entrada e a energia entregue pelo sistema na saída pode ser determinada pela realização do trabalho das forças: 𝜏𝑠 = 𝐹𝑠 ∙ Δ𝑥𝑠 𝜏𝑠 = 𝐹𝑒 𝐴𝑠 𝐴𝑒 ∙ Δ𝑥𝑒 𝐴𝑒 𝐴𝑠 𝜏𝑠 = 𝐹𝑒 ∙ Δ𝑥𝑒 = 𝜏𝑒 Desse modo, constatamos que o trabalho realizado pela força de entrada é igual ao trabalho realizado pela força de saída, resultando na conservação de energia do sistema.
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