Uma polia fixa altera o sentido.
Uma polia é uma roda que guia um cabo ou elemento flexível semelhante. Numa disposição ideal de polia fixa, puxar para baixo pode elevar uma carga, mas a força necessária no cabo é igual ao peso da carga.
O sentido é mais conveniente; a força não foi reduzida. O cabo desloca-se a mesma distância que a carga.
Uma polia móvel pode repartir a carga.
Quando uma polia se desloca com a carga e dois segmentos verticais de cabo a suportam, cada segmento contribui com uma tensão ascendente. Com tensões ideais iguais, cada um fornece metade da força total de suporte.
Este modelo pressupõe cabo e polia sem massa, sem atrito e sem aceleração. O peso real da polia móvel e outros efeitos também têm de ser sustentados.
Menos força significa maior deslocação do cabo.
Polia fixa: alterar o sentido.
- Eixo fixo. A polia permanece no lugar e redireciona o cabo.
- Carga: W = 1,000 N. Um segmento de cabo suporta-o, pelo que T = 1,000 N neste exemplo ideal.
- Puxar para baixo 1 m. A carga sobe 1 m. Trabalho de entrada: 1,000 N × 1 m = 1,000 J.
Polia móvel: repartir a carga.
- Fixação de cabo fixa. Esta extremidade permanece ligada ao suporte superior.
- A polia desloca-se com a carga. Dois segmentos verticais suportam W = 1,000 N. Aqui, 2T = W, pelo que cada T = 500 N.
- Puxar para cima 2 m. A carga sobe 1 m. Trabalho de entrada: 500 N × 2 m = 1,000 J.
O trabalho é a força multiplicada pela distância no sentido da força. Reduzir a força a metade e duplicar o percurso mantém o mesmo trabalho.
Conte os segmentos de suporte, não as rodas.
A vantagem mecânica depende da disposição. Polias fixas adicionais podem apenas redirecionar o cabo e acrescentar perdas; contar simplesmente todas as rodas dá uma resposta errada.
Se os segmentos de sustentação estiverem inclinados, apenas as componentes ascendentes das suas forças sustentam a carga. O exemplo simples de dois segmentos pressupõe que são verticais.
A configuração dos cabos altera a relação com a máquina.
Numa configuração simples de suspensão 2:1, o cabo percorre o dobro da distância da cabina. A velocidade do cabo na máquina difere, por isso, da velocidade da cabina.
A relação de suspensão é uma parte da conceção, juntamente com o equilíbrio do contrapeso, a tração e as massas em movimento. O exemplo explica a relação; não determina as tensões dos cabos nem a dimensão do motor de um elevador real.
Um olhar mais próximo
Os sistemas reais precisam de mais trabalho à entrada do que o trabalho útil à saída, porque os rolamentos, a flexão dos cabos e outros efeitos introduzem perdas. A vantagem mecânica troca força por distância; nunca elimina a necessidade de energia.
Verifique o que aprendeu
Adicionar uma polia fixa reduz sempre o esforço para metade?
Mostrar a explicação
Não. Uma polia fixa pode simplesmente alterar o sentido do esforço. A vantagem mecânica depende da forma como a carga móvel é sustentada.
Leitura adicional.
Leitura opcional para aprofundar esta lição.
- OpenStax: máquinas simples e polias
Na secção 9.5, consulte as disposições de polias perto do fim. Compare os segmentos de cabo de suporte e a vantagem mecânica; estes diagramas utilizam sistemas idealizados, sem atrito.