O ser humano, ao longo de sua história, sempre procurou melhorar suas condições de trabalho, principalmente no que se refere à redução de seu esforço físico. Assim, buscou meios alternativos que lhe permitissem realizar tarefas de modo mais fácil e com o menor gasto possível de tempo e força muscular.

Os primeiros instrumentos utilizados foram a alavanca, a roda e o plano inclinado, que por sua simplicidade ficaram conhecidos como máquinas simples.

A roda certamente foi uma das descobertas mais importantes da humanidade, apesar de ninguém saber ao certo sua origem. Na Pré-história, os homens usavam troncos de árvores e discos de pedra para exercerem as funções das rodas, facilitando o deslocamento de grandes cargas por longas distâncias. Provavelmente, a roda surgiu sob a forma de rolete.

Além da roda, várias ferramentas foram inventadas ao longo da história da humanidade; por exemplo, o arado, o arco e a flecha, e as catapultas.

Hoje, as máquinas são muito mais complexas e geram riquezas pela produção de bens, além de facilitarem nossas vidas, economizando nosso tempo e força na realização de tarefas.

Para entendermos sua importância nos dias de hoje, basta imaginar o que seria de nós sem as máquinas.

A alavanca é basicamente uma barra que pode girar em torno de um ponto de apoio. Quando você usa um pedaço de pau para deslocar uma pedra, um quebra-nozes, um cortador de pinhão ou uma pinça de confeitaria para pegar um pão ou um doce, você está usando uma alavanca.

Dependendo das posições relativas ocupadas pela força do operador ou potente (F ou P), o ponto de apoio (PA ou O) e a força de resistência (Fr ou R), as alavancas classificam-se em:

1. Alavancas do primeiro gênero ou interfixas – ROP, ou seja, com o ponto de apoio localizado entre a força de resistência e a força potente. Exemplos: tesoura, martelo quando usado para retirar pregos e escavadeira.

2. Alavancas do segundo gênero ou inter-resistentes – ORP, ou seja, possuem o ponto de apoio em um dos extremos da barra. Localizada próxima ao ponto de apoio está a força de resistência, e mais distante está a força potente. Exemplos: quebra-nozes, carrinho de mão, abridor de garrafas e apoio nas pontas dos pés.

3. Alavancas do terceiro gênero ou interpotentes – OPR, ou seja, possuem o ponto de apoio em um dos extremos da barra. Localizada próxima ao ponto de apoio está a força potente, e mais distante está a força de resistência. Exemplos: pinça, vara de pescar e bola sendo segurada na mão com o braço mantido a 90°.

Todas as vezes que uma alavanca estiver em equilíbrio, teremos uma igualdade entre os momentos das forças de resistência e do operador. O que isso significa?

O momento é calculado pela multiplicação da força pela distância de seu ponto de aplicação até o ponto de apoio. Então, na condição de equilíbrio, teremos:

Fr $\cdot$‍ dr = F $\cdot$‍ d

Por exemplo: Qual deve ser o valor da força do operador (P) aplicada à alavanca da figura abaixo de forma a mantê-la em equilíbrio?

Nesse exemplo, queremos descobrir a força do operador ou força potente, que é aplicada a 2,40 m do ponto de apoio.

Sabemos, pela figura, que a força de resistência é igual a 20 N e está aplicada a 1,20 m do ponto de apoio.

Na condição de equilíbrio, teremos:

Fr $\cdot$‍ dr = F $\cdot$‍ d

Substituindo os valores conhecidos, ficamos com:

20 $\cdot$‍ 1,20 = F $\cdot$‍ 2,40

24 = F $\cdot$‍ 2,40 ou F $\cdot$‍ 2,40 = 24

Logo,

F = ${\displaystyle \frac{24}{2,40}}$‍ = 10

Ou seja, para que essa alavanca fique parada em equilíbrio, a força do operador ou potente deve ser igual a 10 N.

Figura 1: A roda usada antigamente no transporte de canhões

Figura 2: Arado de madeira puxado por um cavalo

Figura 3: Catapulta

Figura 4: Gangorra, um exemplo de alavanca (Adaptada)

Figura 5: Exemplo do trabalho com alavancas. Crédito: Ana Lúcia C. F. Souto, 2019.