As alavancas permitem que você aplique uma força de entrada em um ponto da alavanca para criar uma força de saída diferente em outro ponto da alavanca. A alavancagem, que é a força de saída dividida pela força de entrada, pode ser maior ou menor que uma, dependendo de suas necessidades. A principal característica de uma alavanca é o fulcro, um ponto na alavanca parado enquanto outras partes se movem. Alavancas de primeira classe têm o fulcro entre as forças de entrada e saída. Alavancas de segunda e terceira classe têm o fulcro em uma extremidade. Com alavancas de segunda classe, a força de entrada está na extremidade oposta e a força de saída mais próxima do ponto de apoio; com alavancas de terceira classe, o inverso é verdadeiro.
Alavanca de primeira classe: tesouras
Desenhe duas linhas cruzando em um pequeno ângulo para representar as lâminas de uma tesoura. Rotule uma pequena distância do pivô, ou fulcro, como L = 1,5 centímetros.
Marque uma distância maior do fulcro como L_handle = 12 centímetros.
Use a fórmula F_handle_L_handle = F_paper_L_paper para calcular a alavancagem, ou vantagem mecânica, que é F_paper /F_handel = L_handel /L_paper = 8.
Calcule a distância que você precisa para mover a alça para que as lâminas se cruzem por 2 milímetros no ponto de contato com o papel usando 2 millimeters_L_handel /L_paper = 2 milímetros_12 /1,5 = 1,6 centímetros. O objetivo é que as lâminas da tesoura apliquem uma grande força no papel por uma pequena distância. Para fazer isso, você aplica uma força menor, mas precisa mover as alças a uma distância maior.
Alavanca de Segunda Classe: Chave
Desenhe uma chave girando uma porca. Rotule a distância do centro da porca, que é o fulcro, até a borda externa da porca como L_nut = 1 centímetro. Rotule a distância do centro da porca até o final da chave como L_wrench = 20 centímetros.
Desenhe uma seta no final da chave e rotule-a como F_wrench. Suponha que serão necessários 1.500 Newtons para soltar a porca, o equivalente a 337.2 libras. Desenhe uma seta na parte externa da porca e rotule-a como F_nut = 1.500 Newtons.
Calcule a F_wrench usando a fórmula F_wrench_L_wrench = F_nut_L_nut para obter F_wrench = F_nut * L_nut /L_wrench = 75 Newtons, equivalente a 16,9 libras. Você precisa aplicar 16.9 libras de força para começar a girar a porca.
Calcule a alavancagem como F_nut /F_wrench = 1.500 /75 = 20.
Alavanca de Terceira Classe: Articulação de Cotovelo
Desenhe um cotovelo dobrado simplificado com o osso do braço - o úmero - encontrando o osso do antebraço - a ulna - a 90 graus. A articulação é o fulcro.
Desenhe o músculo bíceps desde a extremidade do ombro do úmero até a ulna em um ponto próximo à articulação. Rotular a distância da articulação ao bíceps L_bicep = 2 polegadas. Rotular a distância da articulação até o final da ulna, onde a mão seria, como L_hand = 16 polegadas.
Desenhe uma seta na mão e rotulá-la como F_hand = 10 libras de força. Desenhe uma seta ao longo do bíceps e rotule como L_bicep.
Calcule F_bicep usando a fórmula F_bicep_L_bicep = F_hand_L_hand para obter F_bicep = F_hand * L_hand /L_bicep = 80 pounds. O bíceps aplica uma força de 80 libras no cotovelo para permitir que a mão aplique uma força de 10 libras.
Calcule a alavancagem como F_hand /F_bicep = 0,125. O objetivo é que a articulação do cotovelo só se mova um pouco enquanto a mão se move muito. Isso requer uma vantagem mecânica de menos de um.
