Question

Quando o pneu de um automóvel fura e se esvazia, basta substituí-lo pelo estepe. Como as rodas estão presas ao eixo do carro através de parafusos, é preciso desatarraxá-los, utilizando a chave de roda.
[Entretanto, essa tarefa pode exigir um bom esforço humano. Isso acontece por vários motivos, como, por exemplo, parafusos oxidados, parafusos dilatados pelo aquecimento da roda, etc.

As situações seguintes mostram pessoas trocando rodas de carros, em quatro diferentes tipos:
I. Chave de roda com duas alavancas

II. Desatarraxando um parafuso “para cima”

III. Chave de roda sendo acionada com o pé

IV. Chave de roda sendo acionada com um prolongador

a) Compare cada uma das situações, analisando as forças aplicadas para desatarraxar cada parafuso e a comodidade para fazê-lo.
b) Suponha que o torque necessário para desatarraxar o parafuso seja igual a 150 N m. Qual deverá ser a força aplicada na chave, se o seu comprimento é de 0,5 m? E se o motorista utilizar um prolongador, aumentando o tamanho do braço para 0,75 m?

Answer 1

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a)

I. Chave de roda com duas alavancas

Essa situação permite que duas forças de sentidos opostos sejam aplicadas simultaneamente para girar a chave, uma em cada ponta, o que chamamos de binário. Esse binário gera mais comodidade em comparação a uma chave com uma só alavanca.

II. Desatarraxando um parafuso “para cima”

Desatarraxar para cima é a situação mais indesejável, pois a pessoa precisa usar toda a sua energia muscular para levantar a chave aplicando uma única força.

III. Chave de roda sendo acionada com o pé

Acionar a chave de roda aplicando uma força vertical para baixo é cômodo, pois a pessoa possui a vantagem de utilizar a força peso que age em seu corpo para ajudar no movimento, evitando gastos energéticos musculares.

IV. Chave de roda sendo acionada com um prolongador

O prolongador aumenta o braço de alavanca, exigindo uma força de intensidade menor para um mesmo torque.

b)

Caso 1: sem prolongador (d = 0,5 m)

$M=150 N \cdot m\\d = 0,5 m\\F = ?\\M = F \cdot d\\150 = F \cdot 0,5\\F= 300 N$

Caso 1: com prolongador (d = 0,75 m)

$M=150 N \cdot m\\d = 0,75 m\\F = ?\\M = F \cdot d\\150 = F \cdot 0,75\\F= 200 N$