Cunha - Wedge

Uma cunha de rachadura de madeira

Uma cunha é uma ferramenta de formato triangular e é um plano inclinado portátil e uma das seis máquinas simples . Ele pode ser usado para separar dois objetos ou partes de um objeto, levantar um objeto ou segurar um objeto no lugar. Ele funciona convertendo uma força aplicada à sua extremidade cega em forças perpendiculares ( normais ) às suas superfícies inclinadas. A vantagem mecânica de uma cunha é dada pela relação entre o comprimento de sua inclinação e sua largura. Embora uma cunha curta com um ângulo amplo possa fazer um trabalho mais rápido, ela requer mais força do que uma cunha longa com um ângulo estreito.

A força é aplicada em uma superfície plana e ampla. Essa energia é transportada para a extremidade pontiaguda da cunha e, portanto, a força é transportada.

A cunha simplesmente transporta energia e a coleta até a extremidade pontiaguda, quebrando o item. Desta forma, muita pressão é colocada em uma área fina.

História

Machado de pederneira encontrado em Winchester

As cunhas existem há milhares de anos. Eles foram feitos primeiro de pedra simples. Talvez o primeiro exemplo de cunha seja o machado de mão (ver também biface e Olorgesailie ), que é feito lascando-se uma pedra, geralmente sílex , para formar uma borda bifacial ou cunha. Uma cunha é uma máquina simples que transforma a força lateral e o movimento da ferramenta em uma força de divisão transversal e movimento da peça. A potência disponível é limitada pelo esforço da pessoa que usa a ferramenta, mas como a potência é o produto da força e do movimento, a cunha amplifica a força reduzindo o movimento. Essa amplificação, ou vantagem mecânica, é a relação entre a velocidade de entrada e a velocidade de saída. Para uma cunha, isso é dado por 1 / tanα, onde α é o ângulo da ponta. As faces de uma cunha são modeladas como linhas retas para formar uma junta deslizante ou prismática .

A origem da cunha não é conhecida. Nas antigas pedreiras egípcias , cunhas de bronze eram usadas para quebrar blocos de pedra usados ​​na construção. Também foram utilizadas cunhas de madeira que incharam após serem saturadas com água. Alguns povos indígenas das Américas usaram cunhas de chifre para dividir e trabalhar madeira para fazer canoas , moradias e outros objetos.

Uso de uma cunha

As cunhas são utilizadas para levantar objetos pesados, separando-os da superfície sobre a qual repousam.

Considere um bloco que deve ser levantado por uma cunha. Conforme a cunha desliza sob o bloco, o bloco sobe pelo lado inclinado de uma cunha. Isso levanta o peso F _B do bloco. A força horizontal F _Um necessária para levantar o bloco é obtido considerando a velocidade da cunha v _Uma e a velocidade do bloco v _B . Se presumirmos que a cunha não se dissipa ou armazena energia, a potência na cunha é igual à saída de energia.

ou

${\ displaystyle {\ frac {F _ {\ mathrm {B}}} {F _ {\ mathrm {A}}}} = {\ frac {v _ {\ mathrm {A}}} {v _ {\ mathrm {B}} }}.}$

A velocidade do bloco está relacionada à velocidade da cunha pela inclinação do lado da cunha. Se o ângulo da cunha for α, então

${\ displaystyle v _ {\ mathrm {B}} = v _ {\ mathrm {A}} \ tan \ alpha, \!}$

o que significa que a vantagem mecânica

${\ displaystyle MA = {\ frac {F _ {\ mathrm {B}}} {F _ {\ mathrm {A}}}} = {\ frac {1} {\ tan \ alpha}}.}$

Assim, quanto menor for o ângulo α, maior será a relação entre a força de levantamento e a força aplicada na cunha. Esta é a vantagem mecânica da cunha. Esta fórmula para vantagem mecânica se aplica a operações de corte e divisão, bem como para levantamento.

Eles também podem ser usados ​​para separar objetos, como blocos de pedra cortada. Mauls de divisão e cunhas de divisão são usados ​​para dividir madeira ao longo do grão. Uma cunha estreita com um cone relativamente longo usado para ajustar com precisão a distância entre os objetos é chamada de calço e é comumente usada em carpintaria.

As pontas dos garfos e pregos também são cunhas, pois dividem e separam o material para o qual são empurrados ou cravados; os eixos podem então prender firmemente devido ao atrito.

Lâminas e cunhas

A lâmina é um plano inclinado composto, consistindo de dois planos inclinados colocados de forma que os planos se encontrem em uma das bordas. Quando a borda onde os dois planos se encontram é empurrada para uma substância sólida ou fluida, ela supera a resistência dos materiais à separação, transferindo a força exercida contra o material em duas forças opostas normais às faces da lâmina.

O primeiro uso conhecido da lâmina pelos humanos foi a ponta afiada de uma pedra de sílex que era usada para cortar ou dividir tecido animal, por exemplo, cortar carne. O uso de ferro ou outros metais levou ao desenvolvimento de facas para esse tipo de tarefa. A lâmina da faca permitia aos humanos cortar carne, fibras e outros materiais vegetais e animais com muito menos força do que seria necessário para separá-los simplesmente puxando com as mãos. Outros exemplos são arados , que separam partículas de solo, tesouras que separam tecidos, machados que separam fibras de madeira e cinzéis e planos que separam madeira.

Cunhas, serras e cinzéis podem separar materiais grossos e duros, como madeira, pedra sólida e metais duros e o fazem com muito menos força, desperdício de material e com mais precisão do que o esmagamento , que é a aplicação da mesma força sobre uma área mais ampla do material a ser separado.

Outros exemplos de cunhas são encontrados em brocas , que produzem orifícios circulares em sólidos. As duas bordas de uma broca são afiadas, em ângulos opostos, em uma ponta e essa borda é enrolada em torno do eixo da broca. Quando a broca gira em seu eixo de rotação, as cunhas são forçadas para o material a ser separado. O corte resultante no material é no sentido de rotação da broca, enquanto a forma helicoidal de uma broca permite a remoção do material cortado.

Exemplos para segurar objetos mais rápido

As cunhas também podem ser usadas para segurar objetos no lugar, como peças de motor ( válvulas de gatilho ), peças de bicicletas ( hastes e suportes inferiores excêntricos ) e portas . Um batente de porta do tipo cunha (cunha da porta) funciona em grande parte devido ao atrito gerado entre a parte inferior da porta e a cunha, e a cunha e o piso (ou outra superfície).

Vantagem mecânica

Seção transversal de uma cunha de divisão com seu comprimento orientado verticalmente. Uma força descendente produz forças perpendiculares às suas superfícies inclinadas.

A vantagem mecânica ou MA de uma cunha pode ser calculada dividindo a altura da cunha pela largura da cunha:

${\ displaystyle {\ rm {MA = {Comprimento \ acima da largura}}}}$

Quanto mais agudo ou estreito for o ângulo de uma cunha, maior será a proporção entre o comprimento de sua inclinação e sua largura e, portanto, mais vantagem mecânica ela produzirá.

Uma cunha irá se prender quando o ângulo incluso da cunha for menor que o arco tangente do coeficiente de atrito entre a cunha e o material. Portanto, em um material elástico como a madeira, a fricção pode prender uma cunha estreita com mais facilidade do que uma larga. É por isso que a cabeça de um maul rachado tem um ângulo muito mais amplo do que o de um machado.

Veja também

• Machado
• Lâmina
• Calço de roda
• Froe
• Faca
• Divisor de toras
• Prego (fixador)
• Plugue e pluma
• Alfinete
• Quoin (impressão)
• Dividindo maul e rachando cunhas
• Bisturi
• Tesoura
• Roda e eixo
• Foice

Referências