Eugene é um engenheiro qualificado de controle/instrumentação Bsc (Eng) e trabalhou como desenvolvedor de Eletrônica & software para sistemas SCADA.

a roda e o eixo — uma das seis máquinas simples clássicas

rodas estão em toda a nossa sociedade tecnológica moderna, mas também têm sido utilizadas desde os tempos antigos. O lugar que você é mais provável de ver uma roda está em um veículo ou reboque, mas rodas são usadas para uma variedade de outras aplicações. Eles são amplamente utilizados em máquinas na forma de engrenagens, roldanas, roldanas, Roletes e dobradiças. A roda depende da alavanca para reduzir o atrito.,a roda e o eixo são uma das seis máquinas simples clássicas definidas pelos cientistas da Renascença, que também inclui a alavanca, a roldana, a cunha, o plano inclinado e o parafuso.

Antes de ler esta explicação que se torna um pouco técnica, seria útil ler outro artigo relacionado que explica os fundamentos da mecânica.,
força, massa, aceleração e como entender as leis de Newton do Movimento

A história das rodas

rodas não foram inventadas por apenas uma pessoa, e provavelmente desenvolvidas em muitas civilizações independentemente sobre o milênio. Só podemos imaginar como aconteceu. Talvez alguma faísca brilhante tenha notado como era fácil deslizar algo sobre o chão com pedras arredondadas sobre ele, ou observado como facilmente troncos de árvore podem ser rolados, uma vez cortados. As primeiras” rodas ” foram provavelmente rolos feitos de troncos de árvores e posicionados sob cargas pesadas., O problema com rolos é que eles são longos e pesados e têm que ser continuamente re-posicionados sob a carga, de modo que o eixo teve que ser inventado para segurar um disco mais fino, efetivamente uma roda, no lugar. As primeiras rodas foram provavelmente feitas de pedra ou tábuas planas Unidas na forma de um disco.para entender como as rodas e as alavancas funcionam, precisamos entender o conceito de momento de uma força. O momento de uma força em torno de um ponto é a magnitude da força multiplicada pela distância perpendicular do ponto à linha da força.,

porque é que as rodas tornam mais fácil empurrar as coisas?

tudo se resume à redução do atrito. Então imagine se você tem um peso pesado descansando no chão. A terceira lei de Newton afirma que”para cada ação, há uma reação igual e oposta”. Então, quando você tenta empurrar a carga, a força transmite através da carga para a superfície em que ela repousa., Esta é a acção. A reacção correspondente é a força de atrito que actua para trás e depende tanto da natureza das superfícies em contacto como do peso da carga. Isto é conhecido como atrito estático ou aderência e se aplica a superfícies secas em contato. Inicialmente a reação corresponde à ação em magnitude e a carga não se move, mas eventualmente se você empurrar com força suficiente, a força de atrito atinge um limite e não aumenta mais. Se você empurrar com mais força, você excede a força de atrito limitante e a carga começa a deslizar., A força de atrito, no entanto, continua a se opor ao movimento (ele reduz um pouco uma vez que o movimento começa), e se a carga é muito pesada e/ou as superfícies em contato têm um alto coeficiente de atrito, pode ser difícil deslizá-lo.as rodas eliminam esta força de atrito usando alavancagem e um eixo. Eles ainda precisam de fricção para que eles possam “empurrar para trás” no chão em que eles rolam, caso contrário deslizamento ocorre. Esta força, no entanto, não se opõe ao movimento ou torna mais difícil para a roda rolar.,

Pushing a Cart With a Load – Wheels Make it Easier

How Do Wheels Work?,Análise Da Roda devido a uma força no eixo

Esta análise aplica-se ao exemplo acima em que a roda está sujeita a uma força ou esforço F no eixo.Fig. 1

Uma força atua sobre o eixo cujo raio é igual a d.

Fig. 2

duas novas forças iguais mas opostas são introduzidas quando a roda Encontra a superfície., Esta técnica de adicionar forças fictícias que se anulam mutuamente é útil para resolver problemas.

Fig. 3

quando duas forças agem em direções opostas, o resultado é conhecido como um casal e sua magnitude é chamada de torque. No diagrama, as forças adicionadas resultam em um casal mais uma força ativa onde a roda Encontra a superfície., A magnitude deste casal é a força multiplicada pelo raio da roda.

so Torque Tw = Fd.

Fig. 4

muita coisa está acontecendo aqui! As setas azuis indicam as forças ativas, o roxo as reações. O torque Tw que substituiu as duas setas azuis, atua no sentido horário., Novamente a terceira lei de Newton entra em jogo e há um binário reativo limitante Tr no eixo. Isto é devido ao atrito causado pelo peso no eixo. A ferrugem pode aumentar o valor limite, a lubrificação reduz-o.

outro exemplo disto é quando você tenta desfazer uma porca que é enferrujada em um parafuso. Aplicas um torque com uma chave, mas a ferrugem liga a porca e age contra ti. Se aplicarmos torque suficiente, superamos o torque reativo que tem um valor limitativo. Se a porca for completamente agarrada e você aplicar muita força, o parafuso vai torcer.,

na realidade, as coisas são mais complicadas e há uma reação adicional devido ao momento de inércia das rodas, mas não vamos complicar as coisas e assumir que as rodas são sem peso! a reacção na superfície do solo é Rn = W

Fig., 5

as duas forças que produzem o binário Tw são novamente mostradas. Agora você pode ver isso se assemelha a um sistema de alavanca como explicado acima. F Atua sobre a distância d, e a reação no eixo é Fr.a força F é ampliada no eixo e é mostrada pela seta verde. Sua magnitude é:

Fe = F(d/A)

Uma vez que a razão entre o diâmetro da roda e o diâmetro do eixo é grande , ou seja, d/A, a força mínima F necessária para o movimento é proporcionalmente reduzida. A roda funciona efetivamente como uma alavanca, aumentando a força no eixo, e superando o valor-limite da força de atrito Fr., Aviso também para um determinado diâmetro do eixo a, se o diâmetro da roda é feito maior, Fe torna-se maior. Então é mais fácil empurrar algo com rodas grandes do que rodas pequenas porque há uma força maior no eixo para superar o atrito.

o Que é Melhor, Rodas Grandes ou Pequenas Rodas?,dado que

binário = força no eixo x Raio da roda

para uma dada força no eixo, o binário que actua no eixo é maior para rodas maiores. Assim, o atrito no eixo é superado grandemente, e, portanto, é mais fácil empurrar algo com rodas maiores. Também se a superfície que a roda rola não é muito plana, rodas de maior diâmetro tendem a superar imperfeições, o que também reduz o esforço necessário.,

Quando uma roda é acionada por um eixo, desde

Torque = Força no Eixo x Raio da Roda

portanto

Força no Eixo = Torque / Raio da Roda

Assim, para uma condução constante de torque, menor diâmetro rodas de produzir um maior esforço de tração no eixo de rodas maiores. Esta é a força que empurra um veículo.pergunta :como uma roda reduz o esforço?Resposta

: remove o atrito cinético que se opõe ao movimento para a frente quando um objecto é deslizado e substitui-o por atrito ao bater do eixo/roda., O aumento do diâmetro da roda reduz proporcionalmente este atrito.