Roldanas
Roldana ou polia: Disco móvel em torno de um eixo perpendicular ao seu plano, com um sulco chamado gola ou garganta no seu contorno periférico, e a cujo eixo se liga uma peça chamada alça, destinando-se, isolada ou associada a outras, a elevar objectos pesados.
(Dicionário Porto Editora)
 

As roldanas têm sido usadas desde os tempos mais remotos, sempre com a função de ajudar a elevar objectos pesados:
Nos poços de água, para alterar o sentido da força que puxa o balde

Na construção civil, para colocar os materiais no cimo das obras

Nos barcos para controlar as velas.

Nos elevadores dos poços das minas, para descer os mineiros e recolher o minério.

Construção de um sistema de roldanas
Materiais necessários:

Nesta actividade, vamos construir roldanas com os discos que se usam nos estendais de roupa. São baratas e podem ser adquiridas em qualquer drogaria ou loja de ferragens.

  • Roldanas de estendal
  • Arame de 3 mm
  • Corda de sisal ou nylon
  • Ripa de madeira 20X10
  • Pregos de arame
  • Cola térmica
Ferramentas necessárias:
  • Serrote de cortar ferro
  • Escala
  • Alicate de pontas
  • Martelo
  • lápis
  • Esquadro
  • Serrote de costas
  • Engenho de furar
  • Pistola de cola térmica
Primeira etapa do projecto
  • Investigação

Partindo dos exemplos vistos atrás, podemos imaginar que os sistema de roldanas ajudam a diminuir a força necessária para elevar uma massa.
Mas qual é essa diminuição?
Será que existe uma relação entre a força necessária e o número de roldanas?

O projecto que vamos realizar, tem como finalidade intuir (a partir da experimentação) que relação existe entre o número de roldanas de um sistema, e a diminuição da força necessária para elevar um determinado peso.

Partindo de um sistema com uma roldana, vamos medir e registar a força necessária para elevar um peso.

Em seguida acrescentamos outra roldana ao sistema, e medimos novamente.

Voltamos a alterar o nosso sistema de roldanas, adicionando-lhe a terceira. Medimos a força necessária para elevar o peso, e registamos.
Clica aqui para simular a aplicação de forças num sistema de roldanas.
É necessário ter o Sun Microsystems JRE (Java Runtime Environment) instalado no computador.
Segunda etapa do projecto
  • Desenho técnico

Numa folha de papel A4 branca, começamos por desenhar a esquadria e a legenda.

Desenhamos as projecções ortogonais, do sistema de três roldanas, que neste caso vamos limitar ao alçado lateral, à escala 1:1.
No final, o desenho realizado pelos alunos deve ter o aspecto da figura ao lado.

Pormenor das ligações das peças de madeira à roldana
  • Memória descritiva

Descrição do objecto técnico, da sua finalidade, os materiais e as ferramentas necessárias à sua execução.
Terceira etapa do projecto
  • Construção do sistema de roldanas

Começamos por marcar na ripa de madeira, com o auxílio de um esquadro, as peças que vão servir de suporte às roldanas.

Com um serrote de costas, cortamos as peças de madeira.

Marcamos os furos a realizar no engenho de furar.
 

A operação de furação é realizada com as peças ligadas, duas a duas, com o auxílio de pregos de arame, para que os furos nas peças fiquem perfeitamente coincidentes.

Montamos os arames e as roldanas, nas peças de madeira.

Após o corte dos arames, com a medida ajustada, vamos usar a pistola de cola térmica, para os fixar à madeira.

Agora, temos as peças montadas e preparadas para iniciar a resolução do nosso problema.
Falta ainda instalar o fio no sistema.

Sistema de três roldanas montado e em funcionamento.

Conclusão
Com o sistema de roldanas montado, vamos medir, com o auxílio de um dinamómetro, a força necessária para elevar um peso, tal como previsto na primeira fase do projecto.
Para a experiência, vamos usar como peso uma peça em aço, que necessita de uma força de 10 Newtons (N) para a elevar.


Dinamómetro
Nº de roldanas (n) Força (P)
1 10
2 5
3 3,3
A partir do registo das forças, podemos verificar que existe uma relação entre o número de roldanas do sistema e a força necessária para elevar o peso:
Com uma roldana, a força exercida é de 10 N.

Com duas roldanas, a força necessária para elevar o peso é 1/2 da inicial. (5=10/2)

Com três roldanas, a força a empregar é 1/3 da inicial. (3,3=10/3)
Logo, a relação é definida pela expressão: P= R/n
P - força;  R - objecto a elevar;  n - número de roldanas do sistema

Algumas imagens do desenvolvimento do projecto, pelos alunos [ mais... ]
Fontes:
Walter Fendt

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