·        Avaliar a utilização de alavancas para resolver diversas situações.

 ·        Classificar os tipos de alavancas.

 ·        Analisar a aplicação prática de alavancas em situações diversas

         Noções de força, momento de uma força, equilíbrio de um corpo extenso.

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            Sugerimos que o professor no início de sua aula apresente a Figura 01 acima ou outra equivalente que ilustra a famosa história, contada pelo escritor grego Plutarco, de que o genial Arquimedes ao descobrir as leis das alavancas afirmara: "Dêem-me um ponto de apoio e eu levantarei o mundo". Ao compreender o principio das alavancas, Arquimedes com sua célebre frase quis mostrar o grande poder de ampliação de forças que se pode obter através de uma alavanca.

           Após comentários sobre a Figura 01 o professor então deverá introduzir o conceito de alavancas.

           Alavanca é um dispositivo constituído basicamente de uma peça rígida podendo girar em torno de um ponto de apoio. Numa alavanca distinguem-se três pontos: um ponto de apoio que é o ponto fixo da alavanca, o ponto onde se aplica a força motora e o ponto onde se localiza a carga que se deseja mover ou sustentar numa posição de equilíbrio. Uma pinça, um quebra-nozes, uma tesoura são exemplos de alavancas.

           As alavancas são classificadas em três grupos sendo o que caracteriza cada grupo é o ponto que se localiza na parte intermediária. Se esse ponto for o ponto de apoio, ponto fixo, ela é dita inter-fixa, se o ponto intermediário for o ponto onde se aplica a força ela é dita inter-potente e finalmente se nesse ponto se encontra a carga, esforço a ser vencido, ela é denominada de alavanca inter-resistente. A fim de facilitar a compreensão dos tipos de alavancas, o professor ainda poderá projetar para a turma, na própria sala de aulas, a Figura 02 abaixo, que ilustra vários exemplos de alavancas, onde pode ser verificada toda essas características.

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       Também o professor deverá apresentar para a turma, a Figura 03 que apresenta o esquema dos três tipos de alavancas. Nos esquemas, O é o ponto fixo, R é o ponto onde está aplicada a força resistente, a carga e F é a força motora exercida para equilibrar a carga. O braço de potência (b) é a distância entre o ponto em que a força F é aplicada e o ponto fixo (O). O braço de resistência (d) é a distância do ponto onde se encontra a carga (força de resistência R) e o ponto fixo (O). Para qualquer tipo de alavancas vale a relação F.b = R.d, Figura 03.

 Obs. Na expressão acima, a direção das forças R e F deverão ser perpendiculares à direção de d e b respectivamente.

Atividade I  

               A Figura 04 é um exemplo de alavanca inter-fixa, semelhante a uma balança de braços, seu ponto fixo está localizado no centro da barra horizontal que pode girar em torno do ponto fixo.

            Mostre a figura para a turma e argumente a seguinte situação: suponha que em um ponto de uma das extremidades da barra seja pendurado um objeto de peso p, como nesta figura. Considere que a distância entre dois furos consecutivos seja 2,0 cm, faça a seguinte pergunta para que eles resolvam em duplas ou individualmente:

            Determine o valor da força F, em função de p, para equilibrar o objeto quando F for aplicada em cada um dos pontos abaixo? 

1. Ponto A.
2. Ponto B.
3. Ponto C.

          Para solucionar o problema é só fazer R = p e aplicar a relação Fb = Rd, deverão encontrar:

1.  Ponto A: F.2 cm = p.10 cm; F = 5p
2.  Ponto B: F.5 cm = p.10 cm; F = 2p
3.  Ponto C: F.10 cm = p.10 cm; F = p.

Atividade II

           Se na Escola tiver um dispositivo como um carrinho de mão ou pelo menos uma tábua, coloque uma carga próxima ao ponto fixo, roda do carrinho de mão ou extremidade fixa da tábua, e peça que um grupo de aluno experimente como é fácil sustentar o peso da carga exercendo uma força na extremidade oposta. Varie também a posição da carga para certificar que, numa alavanca inter-resistente, quanto mais a carga se aproxima do ponto fixo, menor será o esforço, na outra extremidade, para sustentá-la.

          Agora considere o carrinho de mão, ilustrado na Figura 05; o carrinho da figura corresponde ao esquema de uma alavanca inter-resistente. Os valores dos braços de alavancas, distâncias perpendiculares às direções das forças de resistência e motora, estão cotados no esquema. Com esses valores peça aos alunos para calcularem o valor da força F capaz de sustentar a carga p sobre o carrinho. Desconsidere o peso do carrinho.

           Deverão resolver o problema mais uma vez usando a expressão Fb = Rd.

          F.125 cm = 900 N.50 cm

            F = 360 N

Atividade III 

             Em seguida mostre para os alunos as duas figuras a seguir, Figura 06 e Figura 07 explicando o que representam essas figuras como descrevem abaixo e após explicação dos esquemas, organeze a classe para que os alunos resolvam individualmente ou em equipes de máximo 4 pessoas por grupo, o exercício referente aos esquemas citados.

             A Figura 06 é um desenho que representa um braço segurando um objeto com a mão. O ponto fixo é a articulação entre os ossos do braço e do antebraço. A distância do ponto onde está aplicada a força resistiva R, centro da mão, ao ponto de articulação, corresponde ao braço de resistência da alavanca; o ponto onde está conectado o músculo bíceps até a articulação é o braço de potência.

            Agora observe a Figura 07 que é o esquema de uma alavanca semelhante ao desenho que representa o braço e antebraço. Os alunos deverão resolver a seguinte questão proposta abaixo.

             Considerando as medidas cotadas nesta figura, supondo que seja essa as medida correspondentes no braço, fazendo o peso p da bolinha igual 20 N calcule a força F exercida pelo músculo do braço.

           Usando a mesma expressão dos exercícios anteriores deverão substituir os valores ficando:

            F. 4,0 cm = 20 N.30 cm

                        F = 150 N

           A força exercida pelo bíceps será de 150 N para sustentar a esfera de apenas 20 N.

http://www.clickideiamedio.com.br/medio/disc/not/imagem/NOT1001040201_05.jpg 

             Depois peça aos alunos para classificar o tipo de alavancas que representam os seguinte exemplos:

•  Tesoura .................................
•  Quebra nozes .........................
•  Pegador de pão........................
•  Alicate ...................................
•  Pinça .....................................
•  grampeador ............................
•  Abridor de lata ........................

         Sugerimos que o professor assista aos vídeos cujos endereços estão relacionados abaixo, sobre importância e aplicação das alavancas e sendo possível apresente-os para a turma. Os dois primeiros vídeos:

        Ciências – Aulas 55 são destinados a estudantes do Ensino Fundamental, mas se o professor achar conveniente poderá também utilizá-lo para ensino médio.

        Os vídeos: Física – Aulas 07 visam o Ensino Médio com instrução do uso da alavanca onde exploram também o conteúdo sobre Momento de uma força e condição de equilíbrio de um corpo extenso.

 Novo Telecurso - Ciências - Aula 55 (1 de 2): 5min e 30 s

http://www.youtube.com/watch?v=9XeCozh622s&feature=related 

 Novo Telecurso - Ciências - Aula 55 (2 de 2): 5 min e 33s

 http://www.youtube.com/watch?v=QvcQ7A_JWn8&feature=related   

 Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 07 (1 de 2) : 7 min e 12 s

http://www.youtube.com/watch?v=xXEupGV0-NM 

  Novo Telecurso - Ensino Médio - Física - Aula 07 (2 de 2): 7 min 58 s

http://www.youtube.com/watch?v=c-un8qvL9aI&feature=related 

        Peça aos alunos que façam uma pesquisa sobre aplicação prática do principio de alavancas em veículos auto-motores ou não motorizados.