Publicidade

Estado de Minas FÍSICA

O poder das polias e engrenagens para a locomoção das magrelas

Como funciona a transmissão do MCU aplicada às bicicletas


postado em 11/04/2019 15:50 / atualizado em 12/04/2019 09:35

O uso compartilhado de bicicletas está se tornando uma alternativa de mobilidade dentro do trânsito cada vez mais caótico de Belo Horizonte. Chamada também de "magrela", a bicicleta é um meio de transporte limpo e saudável, pois melhora a qualidade de vida dos belo horizontinos que perdem diariamento preciosas horas se locomovendo a velocidades lentíssimas em seus veículos particulares e/ou coletivos. Mas você sabia que as bicicletas usam o poder das polias e engrenagens nas transmissões do movimento circular uniforme (MCU) para se locomoverem?
O médico residente Gustavo Rodrigues usa o poder das polias e engrenagens para deslocar sua bicicleta compartilhada no centro da capital.(foto: Alexandre Guzanshe/EM/D.A Press)
O médico residente Gustavo Rodrigues usa o poder das polias e engrenagens para deslocar sua bicicleta compartilhada no centro da capital. (foto: Alexandre Guzanshe/EM/D.A Press)

Como funciona uma bicicleta

Em uma bicicleta, a engrenagem dianteira (coroa), que é movida pelos pedais, é ligada por uma corrente de aço à engrenagem traseira (catraca), que é acoplada à roda traseira. A catraca é menor do que a coroa. Então, a cada pedalada do ciclista, a catraca dá um número de voltas maior. Esse mesmo número de voltas é dado pela roda traseira, pois ela está acoplada à catraca.

Vamos supor que uma coroa possui 60 dentes e a catraca, 20. Considerando que o raio da engrenagem é proporcional ao número de dentes, temos: R1 = 3R2. Assim, para cada volta completa da coroa, teremos 3 voltas completas da catraca e, consequentemente, 3 voltas completas da roda traseira. No caso das bicicletas de marchas, os ciclistas dispõem de várias combinações, mudando o tamanho das engrenagens de acordo com a conveniência de cada trecho ou necessidade de mais velocidade ou mais força. Por exemplo, quando ele faz uso da combinação “coroa menor do que a catraca”, o ciclista visa transmitir maior força à roda traseira que pode ser útil para subir uma ladeira - muito comum na cidade.

A física do MCU aplicada no Enem

É possível efetuar a transmissão de movimentos circulares entre duas rodas, dois discos ou duas polias através de dois procedimentos básicos: encostando-os (figura 1) ou ligando-os por uma corrente (figura 2). Em ambos os casos, costuma-se usar engrenagens cujos dentes se adaptam entre si, quando em contato, ou se encaixam nos elos da corrente de ligação, para não haver deslizamento ou escorregamento.

Embora na transmissão por contato haja inversão no sentido do movimento, o que não ocorre na transmissão por corrente (ou correia), em ambas as situações as velocidades lineares dos pontos periféricos das duas rodas são iguais, em cada instante. Assim, considerando os pontos A e B destacados nas figuras 1 e 2, temos: VA=VB

Os raios das rodas, e portanto, dos movimentos descritos pelos pontos A e B são RA e RB respectivamente. Temos então:

VA = ωARA  e VB=ωBRB => ωARA = ωBRB 

ω=2πf => 2πfARA = 2πfBRB => fARA = fBRB

V - Velocidade Linear
ω - Velocidade Angular
R - Raio
f - Frequência

Portanto as velocidades angulares das rodas são inversamente proporcionais aos respectivos raios. Essa proporcionalidade inversa em relação aos raios vale também para as freqüências. Objetos móveis que executam movimento circular possuem uma propriedade denominada frequência. A frequência indica o número de vezes que o fenômeno se repete na unidade de tempo. Então, medidas usuais de frequência podem ser: voltas por segundo, rotações por minuto (rpm) e outros. No Sistema Internacional, a unidade é chamada de Hertz (Hz). Por exemplo, um motor que gira a 6.000 rpm teria a seguinte frequência: f=6000 rotações/60 segundos=100Hz.

 
Artigo de Física do Percurso Pré-Vestibular e Enem


Publicidade