Calculadora de Vantagem Mecânica

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:

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.

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.

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.

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.

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).

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 🇺🇸.

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

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.

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.