Projete uma solução usando alavancas e/ou roldanas para reduzir o esforço necessário para subir uma caixa de…

Questão

Projete uma solução usando alavancas e/ou roldanas para reduzir o esforço necessário para subir uma caixa de 20 kg por uma escada de 3 m em uma casa. Descreva os elementos escolhidos, explique como reduzem a força e estime numericamente a vantagem mecânica aproximada do seu conjunto.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Escolher um sistema de roldanas móveis em combinação com uma roldana fixa. Peso da caixa ˜ 20 kg ? força peso ˜ 20×9,8 ˜ 196 N. Usar um conjunto de polias com vantagem mecânica 4 (duas roldanas móveis e duas fixas ou equivalente) distribui o peso em quatro segmentos de corda, reduzindo a força de tração requerida para ˜196/4 ˜49 N. Montagem: fixar uma roldana no topo da escada (fixa) e uma móvel conectada à caixa; duplicar o arranjo para alcançar vantagem 4; prender a extremidade livre da corda onde for conveniente. Por que reduz a força: cada segmento adicional de corda compartilha parte do peso, diminuindo a força aplicada por pessoa; o trabalho feito (força×deslocamento) permanece aproximadamente igual à energia potencial ganha pela caixa, com aumento do deslocamento da corda em troca da redução de força. Considerações práticas: incluir freios ou trava para segurança, e considerar atrito nas roldanas que reduz um pouco a vantagem mecânica ideal; com atrito, força prática pode ser ~60–70 N. Alternativa com alavanca: usar uma alavanca de braço de esforço 4× maior que o braço de resistência (braço esforço ˜4×braço carga) também reduziria a força à ˜49 N, mas requer espaço e ponto de apoio resistente.

Explicação

A solução apresentada utiliza um sistema de roldanas que distribui o peso da caixa em múltiplos segmentos de corda, reduzindo assim a força necessária para levantá-la. A vantagem mecânica de 4 é alcançada, permitindo que a força aplicada seja significativamente menor do que o peso da caixa. Além disso, a explicação considera aspectos práticos, como segurança e atrito, que são importantes em aplicações reais.

Raio-X da questão

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