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Uma sociedade de homens e máquinas?

Ao longo do tempo, os seres humanos foram desenvolvendo diferentes tipos de máquina para auxiliá-los nas tarefas cotidianas. As primeiras máquinas consistiam em algum tipo de instrumento capaz de realizar apenas um tipo de movimento, como cortar, levantar, empurrar ou girar.

Há quem diga que as máquinas vão substituir os humanos nos postos de trabalho. Mas a tecnologia atual já permite que pessoas e máquinas trabalhem juntas como se fossem uma entidade única, ou que pessoas com deficiência possam ter mais qualidade de vida, e até chutar uma bola, como mostrou o neurocientista brasileiro Miguel Nicolelis.

Fonte: LENHARO, Mariana. Jovem paralisado dará ‘pontapé inicial’ usando robô comandado pelo cérebro. G1gê um, 12 jun.junho 2014. Disponível em: https://oeds.link/nvtC6i. Acesso em: 21 jun.junho 2022.

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Começando a Unidade

1. De que maneira as máquinas são usadas no seu dia a dia? Cite exemplos dessas máquinas.
2. Como você imagina que o trabalho realizado pelas máquinas que você citou na questão anterior era executado há cem anos? Na sua opinião, as máquinas ajudam os seres humanos a viver melhor? Por quê?
3. Você já deve ter se deparado com expressões do tipo “é preciso fazer mais forçafôrça!”. Reflita sobresôbre o que expressões como essa querem dizer e, com base em suas experiências e seus conhecimentos, tente definir o conceito forçafôrça do ponto de vista científico.
4. Para você, faz sentido classificar as máquinas como boas ou ruins? Ou seria mais apropriado avaliá-las em função de sua eficiência e adequação para realizar uma tarefa? Discuta com os colegas suas ideias, apresentando argumentos e contra-argumentos.

Por que estudar esta Unidade?

Embora seu uso pela humanidade seja muito antigo e até intuitivo, o funcionamento das máquinas simples e das máquinas térmicas envolve conceitos importantes, que são mais bem compreendidos com o seu estudo científico. O estudo de algumas máquinas simples permite entender a ação de uma forçafôrça para movimentar um corpo, por exemplo. Ao estudar as máquinas térmicas, você compreenderá conceitos como o da conservação de energia, que é fundamental na compreensão de fenômenos relacionados a diversas áreas, como a Engenharia, a Física e a Química. Compreender a Ciência e as suas aplicações é importante para o exercício da cidadania em uma sociedade tecnológica como a que vivemos atualmente.

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Uma máquina pode ser definida como um dispositivo que permite modificar a intensidade, a direção ou a distância em que uma forçafôrça atua de modo a nos auxiliar na realização de algumas tarefas.

Força

Para entender como uma forçafôrça afeta o movimento de um corpo ou objeto, é necessário saber sua intensidade, sua direção e seu sentido, características que podem ser representadas graficamente por uma seta denominada vetor.

No levantamento de pesopêso, os atletas erguem halteresglossário do chão até acima de sua cabeça. Durante a prática dessedêsse esporte, o halterofilista exerce uma forçafôrça sobresôbre a barra e os halteres para erguê-los.

A intensidade dessa forçafôrça é uma medida do esforço utilizado para erguer o conjunto (halteres e barra), e a direção é uma linha imaginária sobresôbre a qual o objeto se movimenta. No levantamento dos halteres visto na imagem a seguir, a direção é vertical, e o sentido indica para que lado sobresôbre a linha da direção o corpo se desloca. Logo, para levantar os halteres, o sentido da forçafôrça é de baixo para cima.

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Forçafôrça de atrito

A forçafôrça de atrito é a forçafôrça que se opõe ao movimento entre duas superfícies que estão em contato. Ela tem a mesma direção, mas sentido contrário ao movimento, e sua intensidade depende das características das superfícies em contato, sendo geralmente maior entre superfícies irregulares do que entre superfícies mais lisas. Assim, quanto maior o atrito, maior deve ser a forçafôrça aplicada para mover um corpo ou objeto.

O atrito é importante para andarmos, mas pode causar dificuldades quando precisamos movimentar objetos pesados sobre algumas superfícies.

Vamos analisar a figura a seguir. Ao tocar o solo, o pé do corredor aplica uma forçafôrça que o impulsiona para a frente. A forçafôrça de atrito entre a sola do tênis e o chão, que possui sentido contrário ao da forçafôrça exercida pelo atleta, impede que o seu pé escorregue. Para conseguir correr, a intensidade da forçafôrça feita pelo atleta tem que ser maior que a da forçafôrça de atrito.

Da mesma formafórma, a intensidade da forçafôrça usada para mover um objeto deve ser maior do que as intensidades das forçasfôrças que se opõem a seu movimento.

Máquinas simples e máquinas complexas

As máquinas podem ser usadas, por exemplo, para aumentar a intensidade de uma forçafôrça aplicada, aumentar a distância em que essa forçafôrça age ou para mudar a sua direção. Essas ações reduzem o tempo e o esforço necessários para executar uma tarefa.

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Em geral, o uso das máquinas simples facilita a execução de apenas um tipo de movimento. São exemplos de máquina simples: alavanca, polia, cunha, parafuso e plano inclinado. As máquinas complexas são dispositivos formados por duas ou mais máquinas simples trabalhando juntas. Elas também podem conter partes de diversas origens tecnológicas, como componentes eletrônicos e analógicos. Uma bicicleta, apesar de em geral não ter um sistema eletrônico, é ­uma máquina complexa, pois combina diferentes máquinas simples, como os pedais e as engrenagens que formam o sistema de transmissão. Um guindaste é uma máquina complexa que combina máquinas simples e componentes eletrônicos.

Fazemos uma máquina simples funcionar quando aplicamos nela uma forçafôrça. Por exemplo, ao usar um martelo para retirar um prego, é preciso aplicar forçafôrça sobresôbre o cabo com determinada inten­sidade, direção e sentido. O martelo, além de aumentar a intensidade da forçafôrça aplicada sobresôbre o seu cabo, transfere a ação da forçafôrça aplicada para o ponto de contato com o prego.

De olhoôlho no tema

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As alavancas são máquinas simples amplamente usadas no nosso cotidiano para alterar a intensidade da forçafôrça aplicada.

Como funcionam as alavancas

Uma alavanca é, em geral, um objeto rígido – uma barra, por exemplo – dotado de um ponto fixo adequado, também chamado ponto de apoioapôio, que é usado para aumentar a forçafôrça aplicada a outro objeto. O princípio de funcionamento das alavancas foi formalizado na Antiguidade pelo matemático grego Arquimedes (c.cêrca de 287 a.C.antes de Cristo-212 a.C.antes de Cristo).

Na figura a seguir, uma pessoa usa uma alavanca para erguer uma pedra. Uma das extremidades da barra que compõe a alavanca está sob a pedra. Quando uma forçafôrça para baixo é aplicada na outra extremidade da barra, a pedra é empurrada para cima. O local da alavanca em que a forçafôrça é aplicada é chamado ponto de ação, e a forçafôrça aplicada é chamada forçafôrça potente. O local em que é aplicada a forçafôrça que ergue a pedra é o ponto de resistência, e a forçafôrça aplicada é chamada forçafôrça resistente. A alavanca possibilita o aumento da forçafôrça aplicada e transfere a forçafôrça do ponto de aplicação para o ponto de resistência; assim, a tarefa de erguer a pedra fica mais fácil.

Os elementos importantes para o funcionamento da alavanca são as distâncias entre os pontos em que agem a forçafôrça potente, a forçafôrça resistente e o ponto de apoioapôio. Para funcionar, a forçafôrça que a alavanca exerce sobresôbre o corpo deve ser maior que a forçafôrça resistente.

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Tipos de alavanca

As alavancas são classificadas em três tipos, de acordoacôrdo com as posições do ponto de apoioapôio e dos pontos de ação das forçasfôrças potente e resistente.

Alavanca interfixa

Na alavanca interfixa, o ponto de apoioapôio está entre os pontos de ação das forçasfôrças potente e resistente.

É possível controlar a intensidade da forçafôrça potente mudando a posição do ponto de apoioapôio de uma alavanca. Quanto mais próximo ao ponto de apoioapôio estiver o corpo que se deseja levantar, menor será a intensidade da forçafôrça potente. Se o ponto de apoioapôio estiver perto do ponto de ação da forçafôrça potente, a intensidade da forçafôrça potente será maior que na situação anterior. A direção da forçafôrça que a alavanca faz sobresôbre um objeto é a mesma da forçafôrça potente, porém com sentido contrário.

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Alavanca inter-resistente

Na alavanca inter-resistente, o ponto de aplicação da forçafôrça resistente fica entre os pontos de apoioapôio e de ação da forçafôrça potente.

Uma alavanca inter-resistente permite que o objeto seja levantado a uma altura menor em relação ao ponto em que a forçafôrça potente é aplicada.

O esforçoesfôrço feito para erguer um objeto com uma alavanca inter-resistente será menor se esse objeto estiver perto do ponto fixo. Essas alavancas, diferentemente das interfixas, não mudam a direção nem o sentido da forçafôrça aplicada.

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Alavanca interpotente

Uma alavanca é interpotente quando a forçafôrça potente é aplicada entre o ponto de resistência e o ponto de apoioapôio. A distância entre o ponto de resistência e o ponto de apoioapôio é maior que a distância entre o ponto de ação da forçafôrça potente e o ponto de apoioapôio. Uma vantagem dessas alavancas é que elas são capazes de erguer um objeto a uma altura maior que a altura do ponto no qual a forçafôrça é aplicada.

Nessas alavancas, quanto mais próximo o ponto de ação estiver do ponto de resistência, menor será o esforço. Assim como nas alavancas inter-resistentes, a direção e o sentido da forçafôrça que a alavanca interpotente exerce sobresôbre o corpo são os mesmos da forçafôrça potente.

De olhoôlho no tema

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REGISTRE EM SEU CADERNO

Quais são os princípios de funcionamento de uma alavanca?

Material

• Fita adesiva
• Cola
• Etiqueta
• Uma régua de 30 cmcentímetros de comprimento
• Dois copos de plástico descartáveis
• 20 moedas de 5 ou 10 centavos
• Um prendedor de papel grande sem os braços móveis

Procedimento

1. Escreva “Forçafôrça potente” em uma etiqueta e “Forçafôrça resistente” em outra.
2. Fixe uma etiqueta em cada um dos copos descartáveis.
3. Use a fita adesiva para fixar um copo sobresôbre cada uma das extremidades da régua.
4. Use a fita adesiva para fixar o prendedor de papel na mesa, pois este será o nosso ponto de apoioapôio, como mostra a figura.

5. Coloque a régua com os copos sobresôbre o prendedor de papel. O prendedor de papel deve ficar no meio da régua.
6. Ponha 5 moedas dentro do copo rotulado como “Forçafôrça resistente”. A figura a seguir mostra como ficará a montagem da experiência.

7. Reflita sobresôbre quantas moedas será necessário adicionar ao copo identificado como “Forçafôrça potente” para erguer o copo identificado como “Forçafôrça resistente”. Teste a hipótese elaborada.
8. No caderno, registre qual é a posição das forçasfôrças potente e resistente e do ponto de apoioapôio e quantas moedas foram usadas para erguer o copo “Forçafôrça resistente”.
9. Mova a régua de maneira que o prendedor de papel fique próximo do copo “Forçafôrça potente” e repita os passos 7 e 8.
10. Mova a régua de maneira que o prendedor de papel fique mais próximo do copo “Forçafôrça resistente” e repita os passos 7 e 8.

Analisar

1. Qual é o tipo de alavanca usado na experiência?
2. Em qual das três posições do ponto de apoioapôio foram usadas menos moedas para erguer o copo “Forçafôrça resistente”? Era o que você esperava?
3. O que se pode concluir sobresôbre o funcionamento da alavanca?

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O plano inclinado pode ser usado para levar um objeto a um local mais alto com menos esforço.

Um dos modelos de máquina simples mais básicos é o plano inclinado. Ele existe na natureza e já era usado antes mesmo que se estudasse e compreendesse seu funcionamento. Registros feitos há mais de 4.600 anos mostram o uso do plano inclinado na construção das pirâmides no Egito. Esse objeto passou a ser considerado uma máquina simples e a ter seus princípios científicos estudados sistematicamente pelo italiano Galileu Galilei (1564-1642).

O plano inclinado mais simples possível é formado por uma única peça e não apresenta nenhuma parte móvel. Trata-se de uma superfície plana, rígida e elevada em uma de suas extremidades.

O plano inclinado pode ser usado para levar um objeto de um lugar mais baixo para um lugar mais alto, e vice-versa. Ao utilizá-lo, a forçafôrça aplicada para mover um corpo é menor. Porém, é necessário aplicá-la por uma distância maior. A forçafôrça que uma pessoa faz para mover um objeto sobresôbre um plano inclinado é dividida entre essa pessoa e o próprio plano inclinado. Quanto menor for a sua inclinação, maior será o comprimento do plano e menor será a intensidade da forçafôrça necessária para mover um objeto para um lugar mais elevado.

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Cunha

A cunha é formada por dois planos inclinados, tem formafórma triangular e extremidade afiada. Quando empurrada em uma direção, ela transmite forçasfôrças perpendiculares às superfícies inclinadas. A cunha costuma ser usada para cortar ou separar objetos.

A intensidade da forçafôrça a ser aplicada para cortar um objeto, como um pedaço de madeira, depende da extremidade da cunha. Se o ângulo entre as duas superfícies inclinadas for grande, a forçafôrça aplicada para cortar será maior do que usando uma cunha com ângulo menor. Ou seja, quanto mais fina for a extremidade da cunha, menor o esforço necessário para cortar algo.

A talhadeira e o machado são exemplos de máquinas complexas compostas de duas máquinas simples: uma cunha (lâmina) e uma alavanca (cabo).

Parafuso

Assim como o plano inclinado, o parafuso muda a direção da forçafôrça aplicada sobresôbre ele. Por exemplo, para prender algum objeto usando um parafuso, a forçafôrça aplicada pela chave de fenda é transformada em uma forçafôrça perpendicular à rosca. Por isso o parafuso se encaixa no local desejado sem que seja necessário aplicar muita forçafôrça sobresôbre ele. Os objetos se movem na direção da cabeça do parafuso como se estivessem subindo um plano inclinado.

Além dos modelos tradicionais de parafusos, usados para fixar peças, os soquetes de alguns modelos de lâmpadas e o gargalo de alguns potes e garrafas também são exemplos de parafuso.

De olhoôlho no tema

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Atividades

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Explore

Criando uma máquina maluca

Até aqui você pode perceber que as máquinas são utilizadas para fazer com que tarefas complexas se tornem simples e demandem menor esforço. Mas essa não era a proposta do engenheiro e cartunista estadunidense Rube Goldberg (1883-1970), criador de máquinas divertidas que, ao contrário do que se espera, realizavam tarefas fáceis de formafórma extremamente complexa. Com muitas articulações, botões, alavancas, roldanas, bolas, correntes e fios, ele montava engenhocas para realizar tarefas simples como desligar um despertador ou espremer uma laranja. Acompanhe um exemplo a seguir.

A engenhoca da imagem propõe o seguinte funcionamento: Ao levar uma colhercolhér de sopa (A) à boca, ela puxa um barbante (B) sacudindo uma concha (C), que joga um biscoito (D) em direção a um papagaio (E). O papagaio pula atrás do biscoito e o poleiro (F) se inclina, derrubando as sementes (G) em um balde (H). O pesopêso extra no balde puxa uma corda (I), que abre e acende um isqueiro automático (J), acionando um foguete (K) que faz com que uma foice (L) cortecórte o fio (M), provocando um pêndulo com um guardanapo preso a um relógio que, balançando para a frente e para trás, limpa o queixo.

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Ao lado das polias e engrenagens, as rodas são instrumentos indispensáveis para a nossa vida.

Rodas

A intensidade da forçafôrça necessária para mover um objeto pesado é menor se ele estiver sobresôbre rodas do que se ele for arrastado.

Apesar de não se saber quem a inventou, a roda é considerada uma das invenções mais importantes feitas pela humanidade. É provável que ela tenha sido desenvolvida utilizando-se troncos de árvores. Esses troncos eram colocados embaixo de objetos pesados, como blocos de pedra, para facilitar o seu transporte. Inicialmente, as rodas eram feitas de um bloco de madeira com uma abertura no seu centro, que servia para fixá-las em um eixo.

Depois, criou-se a roda com raios (barras que unem o ponto central da roda ao aro). Essa inovação deixou a roda mais fácil de manobrar, além de tornar as carruagens e carroças mais velozes. O pneu feito de borracha e ar comprimido foi inventado no século XIXdezenove e é usado até hoje em automóveis e bicicletas.

Não são apenas os veículos de locomoção que usam o sistema de roda e eixo. Alguns exemplos do nosso cotidiano que utilizam esse sistema incluem a maçaneta de portas, o carrinho de mão e a roda-gigante. A forçafôrça aplicada sobresôbre uma maçaneta para abrir uma porta, por exemplo, faz com que ela gire e transmita o movimento para o eixo.

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Polias

A polia, ou roldana, é uma roda com um sulco por onde passa um cabo, corda ou corrente. Quando esse cabo é puxado, a polia gira em torno de seu eixo. Se uma das pontas do cabo for presa a um objeto, a polia poderá ser usada para levantá-lo ou baixá-lo. Para que isso aconteça, é necessário aplicar uma forçafôrça na outra extremidade do cabo.

É possível classificar as polias em dois grupos: fixas, se estiverem presas a algum suporte ou a uma superfície (como o teto, por exemplo); e móveis, se estiverem presas ao objeto que será movimentado.

Polia fixa

Nesse tipo de máquina simples, a polia fica presa a um suporte ou superfície localizada acima ou ao lado do objeto que será movido. A roda da polia gira quando a corda é puxada, mas a polia em si não sai do lugar. As polias fixas são usadas para içarglossário a vela de um navio, um balde de água de um poço ou uma bandeira em um mastro, por exemplo.

Para mover um corpo usando uma polia fixa, o comprimento de corda a ser puxado é igual à altura para a qual se deseja erguê-lo. Por exemplo, para levantar uma caixa a um metro de altura do chão, é necessário puxar um metro de corda.

Como pode ser verificado na figura anterior, o balde está preso apenas à corda. A polia fixa não muda a intensidade da forçafôrça usada para levantar ou abaixar um objeto. Isto é, a forçafôrça com a qual uma pessoa puxa o cabo é igual à que ela precisaria usar para levantar o objeto com as próprias mãos. Se o cabo estiver sendo puxado para baixo, a pessoa pode usar o pesopêso do seu corpo para ajudar a puxá-lo. Assim, diminui o esforço necessário para erguer o objeto e torna a tarefa mais fácil.

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Polia móvel

Na polia móvel, ao menos uma das extremidades do cabo é fixada em um suporte. O corpo que se deseja mover é preso ao eixo da polia, como mostra a figura. Para mover o objeto, é necessário puxar ou soltar a ponta livre do cabo.

A intensidade da forçafôrça necessária para movimentar um objeto utilizando uma polia móvel é a metade da intensidade da forçafôrça necessária caso fôssemos movê-lo utilizando apenas as mãos.

Diferentemente do que acontece com uma polia fixa, a direção e o sentido da forçafôrça aplicada na polia móvel são os mesmos do movimento do objeto. Outra diferença diz respeito ao tamanho do cabo que deve ser usado para mover um corpo. Seu comprimento deve ser o dobro da distância para o qual se deseja mover o corpo. Portanto, para levantar um objeto a uma altura de um metro, é preciso puxar dois metros de cabo.

A polia móvel permite que a intensidade da forçafôrça aplicada para mover um objeto seja menor em comparação com a forçafôrça aplicada usando uma polia fixa.

Engrenagens

Engrenagens são formadas por pelo menos duas rodas com dentes cortados em suas bordas. Essas rodas são acopladasglossário umas às outras. Os dentes garantem que a forçafôrça aplicada a uma engrenagem faça com que as engrenagens vizinhas girem também, sem escorregar. Se as engrenagens forem de mesmo tamanho, a velocidade dos giros será a mesma. Engrenagens são usadas para transmitir forçafôrça e movimento dentro de um sistema.

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Além de transmitirem o movimento, as engrenagens podem ser usadas para aumentar ou diminuir a velocidade de movimento de diferentes máquinas, mudar a direção e o sentido do movimento ou transmitir uma forçafôrça aplicada de uma parte a outra em uma máquina complexa. Em uma bicicleta, são as engrenagens que transmitem a forçafôrça aplicada nos pedais até a roda traseira.

As engrenagens são usadas em muitas máquinas complexas, como o sistema de marchas de uma bicicleta. Também são usadas para controlar a forçafôrça gerada no motor de um veículo ou para fazer com que os ponteiros da hora e dos minutos em um relógio girem a velocidades diferentes.

Inicialmente, os dentes das engrenagens eram feitos com pedaços de madeira colocados em rodas de mesmo material. Depois da Revolução Industrial do século XVIIIdezoito, as máquinas começaram a precisar de engrenagens mais resistentes, que passaram a ser feitas de metal. Atualmente, elas podem também ser de plástico, como as usadas em alguns relógios de parede.

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As máquinas também podem ser dispositivos que transformam um tipo de energia em outro, como as máquinas térmicas.

A transformação de energia nas máquinas térmicas

Para movimentarmos um corpo, é necessário fornecer a ele determinada quantidade de energia.

De acordoacôrdo com o princípio de conservação de energia, a energia não pode ser criada nem destruída. Porém, ela pode ser transformada e/ou transmitida de um corpo a outro. É possível transformar energia mecânicaglossário em energia térmica. O contrário também pode ocorrer, como a transformação de energia térmica em energia mecânica, gerando movimento. Quando a água ferve no interior de uma panela de pressão, o vapor de água, ao sair pela válvula, a faz girar. Nesse caso, parte da energia térmica das partículas de água é transformada em energia mecânica na válvula.

As máquinas térmicas são dispositivos capazes de transformar a energia térmica em energia mecânica. Isso acontece quando parte da energia térmica de uma fonte de temperatura elevada é transferida para uma fonte de temperatura mais baixa do que ela. A fonte quente pode ser um líquido, ou gás, aquecido geralmente por meio da queima de um combustível. Já a fonte fria pode ser o ar ou uma grande quantidade de água fria a que essa máquina tenha acesso.

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Máquina a vapor

Como no estado gasoso a água ocupa um volume maior do que no estado líquido, se a água for fervida dentro de um recipiente fechado, o vapor exercerá uma forçafôrça nas paredes dessedêsse recipiente. A forçafôrça exercida pelo vapor de água pode ser usada para fazer um objeto se mover.

O físico francês naturalizado britânico Denis PapinPapin (1647-1712), além de ter inventado a panela de pressão, foi o primeiro cientista a propor a construção de uma máquina a vapor constituída de um cilindro e um pistão.

Saiba mais!

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A figura a seguir mostra como o vapor de água pode ser usado para movimentar uma roda em uma máquina.

A água contida em um recipiente fechado, chamado caldeira, recebe a energia térmica proveniente da queima do combustível. Com isso, ela sofre um aumento de temperatura e passa para o estado de vapor.

O vapor de água passa por uma tubulação bastante fina, que aumenta a sua pressão, e chega até um cilindro. O pistão, peça móvel que fica dentro do cilindro, é empurrado, enquanto a quantidade de vapor de água aumenta. O cilindro tem uma válvula que, ao ser aberta, deixa o vapor de água sair e, assim, o pistão volta a sua posição inicial. O pistão pode estar conectado às rodas de uma locomotiva, por exemplo, então o seu movimento fará com que o trem se mova.

Nas usinas termoelétricas, o calor gerado pela queima de carvão mineral, óleo ou gás natural é usado para aquecer grandes quantidades de água. O esquema a seguir mostra como a eletricidade é obtida nessas usinas.

Entrando na rede

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Motor a combustão

A energia térmica pode ser obtida por meio da queima de um material combustível. Se essa combustão for acoplada a um motor, a energia liberada pode ser aproveitada para fazer as rodas de um veículo girarem, mas a queima de combustível pode liberar gases que poluem o ar.

Dependendo de onde ocorre a queima do combustível, é possível classificar os motores a combustão em duas categorias. No motor a combustão externa, a queima ocorre forafóra do motor. A energia térmica é obtida pela queima de combustível e transmitida ao motor através das paredes de uma caldeira. O combustível usado nesses motores é sólido, como o carvão e a madeira. O trem a vapor usa esse tipo de motor.

Nos motores a combustão interna, a queima do combustível ocorre dentro do motor. Esses motores são utilizados, por exemplo, em automóveis e geradores elétricos. Os combustíveis para motores a combustão interna podem ser líquidos ou gases. Entre os combustíveis líquidos, são usados os derivados de petróleo, como a gasolina e o óleo diesel, ou os biocombustíveis, que são obtidos de produtos agrícolas, como o álcool de cana-de-açúcar, de milho ou de beterraba.

Nos motores a combustão interna, a energia liberada pela queima do combustível é transferida para os pistões, cujo movimento de sobe e desce é convertido em movimento circular nas rodas, por exemplo. A figura a seguir mostra a estrutura de um cilindro de motor a combustão interna.

Nesse equipamento, uma mistura de combustível e ar entra pela válvula de admissão. Quando está dentro da câmara de combustão, a vela de ignição solta uma faísca, provocando a sua explosão. Essa explosão empurra o pistão para baixo, movimentando a manivela que está ligada a um eixo, o qual transfere o movimento para as rodas do veículo. A válvula de exaustão abre para a saída dos gases e o pistão sobe. Em seguida, entra mais combustível e o processo se repete.

Hoje, já se questiona o uso do motor a combustão interna devido à emissão de gases poluentes. Os veículos movidos a eletricidade, obtida de fontes renováveis como a energia solar, são vistos como os possíveis substitutos para as tecnologias nas quais existe a emissão de poluentes.

De olhoôlho no tema

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As máquinas diminuíram o esforço para mover objetos pesados, cultivar a terra ou se locomover, influenciando os avanços tecnológicos da humanidade.

Máquinas na agricultura

Registros arqueológicos indicam que as máquinas simples são usadas há cercacêrca de 2 milhões de anos. Os seres humanos em certo período pré-histórico usavam pedras lascadas (que funcionam como cunha) para caçar e cortar alimentos.

O desenvolvimento da agricultura ocorreu de maneira independente em épocas e regiões diferentes do planeta. Os primeiros sistemas de cultivo e de criação apareceram há menos de 10 mil anos. A agricultura trouxe novos desafios, entre os quais é possível destacar o preparo do solo, o plantio das sementes, a irrigação, a colheita e o transporte de alimentos.

Os equipamentos desenvolvidos ao longo do tempo para ajudar no trabalho no campo utilizam máquinas simples e suas diversas combinações. A cunha faz parte dos componentes da foice e do machado, por exemplo. As carroças contam com o sistema de roda e eixo. Já o arado, usado para preparar a terra para receber as sementes, emprega o princípio da alavanca.

Com o aumento na quantidade de vilas e cidades, surgiram novas necessidades e soluções. Trabalhadores especializados, como ferreiros, pedreiros e carpinteiros, usam máquinas simples e complexas para construir casas, templos, pontes e estradas, por exemplo. Entre os equipamentos usados, pode-se citar o martelo, que é uma alavanca, e a chave de fenda, que é uma cunha e um sistema roda-eixo.

A energia necessária para fazer as primeiras máquinas agrícolas funcionarem vinha da forçafôrça física dos trabalhadores e de animais como o cavalo e o boi.

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O uso de máquinas térmicas

Em antigas civilizações, como a egípcia, a romana e a chinesa, a forçafôrça humana era a mais utilizada para fazer as máquinas funcionarem, seguida pela forçafôrça dos animais e de recursos naturais como o vento e a água. Durante a Idade Média, moinho s usavam a energia do vento ou da água corrente para moer grãos.

Na virada do século XIXdezenove para o século XXvinte, esse quadro começou a se alterar. A partir de então, teve início o domínio das máquinas a vapor e, na década de 1950, das máquinas a combustão interna.

O aumento da população mundial ao longo do tempo gerou a necessidade de intensificação da produção de alimentos. Nesse contexto, cada vez mais as máquinas desempenham um papel fundamental. Em campos de cultivo amplos, máquinas com motores a combustão interna, como tratores e colheitadeiras, são essenciais para garantir a produtividade das áreas agrícolas.

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Impactos ambientais e sociais relacionados ao desenvolvimento tecnológico

A intensificação do uso de combustíveis fósseis, como o carvão mineral e os derivados de petróleo, propiciou o aumento da produtividade no campo e na indústria, causando a expansão das cidades e o aumento da poluição atmosférica.

Desde que as máquinas a vapor começaram a ser usadas, gases poluentes liberados na queima de combustível vêm sendo lançados no ar.

Além disso, o carvão mineral e os derivados de petróleo são exemplos de combustíveis não renováveis. Ou seja, se continuarem a ser utilizados, um dia eles acabarão. Esses são alguns dos motivos que incentivam a pesquisa e o desenvolvimento de combustíveis obtidos de fontes renováveis e menos poluentes, como os biocombustíveis.

Parte dos gases produzidos pela queima de biocombustíveis é absorvida pelas plantas ao crescerem. Por isso, considera-se que eles contribuam pouco para o aumento do efeito estufa. Eles também não contêm impurezas que podem ocasionar o aumento da acidez das chuvas.

O desenvolvimento da tecnologia tornou as máquinas cada vez mais complexas. E essas máquinas, por sua vez, modificaram profundamente a vida das pessoas. No entanto, é difícil avaliar com exatidão suas consequências, pois elas continuam acontecendo.

Por exemplo, considere uma pessoa que deseje entrar em contato com um familiar distante. Em 1870, ela teria de escrever uma carta de próprio punho ou usando uma máquina de datilografar e enviá-la pelo correio. A carta chegaria a seu destino depois de dias, semanas ou mesmo meses, dependendo do local. Um século depois, bastaria tirar o telefone do gancho, discar o número desejado e então conversar com seus familiares e amigos. Hoje, com os dispositivos conectados à internet, podemos conversar por meio de ferramentas que permitem o envio e o recebimento de voz, de imagens e de textos. É possível até mesmo nos comunicarmos com vários destinatários ao mesmo tempo em diferentes lugares do mundo. Como estaremos nos comunicando daqui a cem anos?

A tecnologia também pode ser muito útil para melhorar a educação, pois facilita o acesso a conteúdo produzido por vários especialistas e a pesquisa de informações e dados sobresôbre qualquer assunto. Mas exige-se bastante cuidado para usar informações apenas de fontes confiáveis.

Do ponto de vista econômico, a tecnologia pode ser usada para aprimorar a produção de bens e serviços. Porém, ela exige que o trabalhador tenha formação técnica mais específica. Além disso, o desenvolvimento e a popularização das máquinas exigiram a intensificação da mineração de ferro e de outros metais, provocando a remoção da vegetação nas áreas de mineração e a poluição do solo, do ar, de rios e de lagos por causa dos resíduos tóxicos.

De olhoôlho no tema

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Atividades

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Pensar Ciência

Ciência Básica, Ciência Aplicada, Tecnologia

Entende-se por ciência “básica” ou “pura” aquele tipo de pesquisa cujo objetivo é a ampliação do conhecimento na respectiva área (matemática, astronomia, psicologia etc.etcétera), sem um propósito de aplicação de tais conhecimentos. Dessedêsse modo, a tentativa de demonstrar um teoremaglossário matemático, a indagação relativa à formação dos “buracos negros” no universo, ou a investigação do mecanismo da memória, podem ser empreendimentos científicos em que não haja, ao menos inicialmente, noção da possível utilidade prática das informações que venham a ser obtidas.

[…]

A demonstração daquele teorema pode servir, suponhamos, para resolver problemas de engenharia; os dados sobresôbre os buracos negros podem ser de proveito nas missões espaciais; e a compreensão do funcionamento da memória pode ajudar a aprimorar a aprendizagem. No entanto, ainda que tais aplicações não venham a ocorrer (e talvez nem sejam cogitadas), considera-se que o esforço científico já está justificado pelo aumento do saber (considerado […] como algo em si valioso).

[…] a ciência “aplicada” consiste na pesquisa que visa, desde o início, a obtenção de um saber útil. Propor-se identificar as causas de uma doença, com o intuito de curá-la e até erradicá-la; investigar o surgimento e a evolução dos furacões para poder antecipá-los e proteger as populações, ou pesquisar um episódio histórico para fundamentar uma ação política, são casos de pesquisa aplicada.

Notem que a aplicação mencionada pode não consistir em produtos ou eventos que consideremos “bons”, desejáveis, necessários etc.etcétera (como a saúde ou a segurança). Buscar conhecimentos que aperfeiçoem armas de guerra, ou que permitam manipular a opinião pública, é também dedicar-se à “ciência aplicada”.

Pura ou aplicada, a ciência é busca de saber, ou por ele mesmo, ou pela sua utilidade. Já quando o propósito não consiste na busca de saber, mas no alcance de um objetivo prático com o auxílio do saber científico, fala-se em “tecnologia”.

A fabricação de um remédio, o aperfeiçoamento de uma máquina, a organização e administração de uma escola, a correção da dislexia (a dificuldade para a leitura) etc.,etcétera são ações tecnológicas porque, para obter resultados práticos (novos objetos, ou objetos melhorados, melhores processos ou formasfórmas de trabalho, eliminação de perturbações no comportamento etc.etcétera), apelamos, conforme os casos, a informações procedentes da química, física, sociologia, psicologia, linguística, fisiologia etc.etcétera

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[…] essa distinção tradicional […] se trata, como em tantas outras distinções didáticas, de uma diferenciação teórica que não implica que, na realidade, essas três atividades (ciência pura, ciência aplicada, tecnologia) existam forçosamente separadas, ou que as suas fronteiras sejam sempre nítidas. […] A ciência aplicada e a tecnologia não excluem a possibilidade de que, ao serem praticadas, gerem também, de maneira não prevista, conhecimentos “puros” (isto é, cuja utilidade não é óbvia). […]

CIÊNCIA Básica, Ciência Aplicada, Tecnologia. Centro de Educação Superior a Distância, Universidade Federal de Sergipe. Disponível em: https://oeds.link/pzU1fD. Acesso em: 21 jun.junho 2022.

Desde por volta de 300 a.C.antes de Cristo os números primos mostram-se como objeto de estudo, com provas e teoremas na obra Elementos, (A) atribuída ao matemático grego Euclides de Alexandria. Os números primos trouxeram também benefícios práticos para a sociedade atual, sendo elemento estruturante do mecanismo de segurança criptografado adotado em transações de comércio eletrônico e (B) acesso a aplicativos de mensagens.

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Atitudes para a vida

REGISTRE EM SEU CADERNO

A queima de combustíveis polui o ar que respiramos

[...]reticências Apesar dos efeitos da poluição terem sido descritos desde a antiguidade, somente com o advento da revolução industrial a poluição passou a atingir a população em grandes proporções. A rápida urbanização verificada em todo o planeta trouxe um grande aumento no consumo de energia e também de emissões de poluentes provenientes da queima de combustíveis fósseis por fontes fixas, como as indústrias, e por fontes móveis, como os veículos automotores. Atualmente, aproximadamente 50% da população do planeta vivem em cidades e aglomerados urbanos e estão expostas a níveis progressivamente maiores de poluentes do ar. A outra metade, principalmente nos países em desenvolvimento, utiliza combustíveis sólidos derivados de biomassa (madeira, carvão vegetal, esterco animal seco e resíduos agrícolas) e combustíveis líquidos, em menor proporção, como fonte de energia para cocção, aquecimento e iluminação.

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Devido à grande área de contato entre a superfície do sistema respiratório e o meio ambiente, a qualidade do ar interfere diretamente na saúde respiratória.

[...]reticências

Fonte: ARBEX, M. A., et al.e outros A poluição do ar e o sistema respiratório. Jornal Brasileiro de Pneumologia, v.volume 38, n.número 5, 2012. Disponível em: https://oeds.link/CwMogC. Acesso em: 12 jul.julho 2022.

TROCAR IDEIAS SOBREsôbre O TEMA

Em grupo, analisem os quadrinhos e o texto e discutam as seguintes questões:

1. Quais são as consequências da queima de combustíveis abordada nos quadrinhos?
2. As consequências da má qualidade do ar afetam todas as pessoas do mesmo modo?
3. Como está a qualidade do ar do município em que vocês moram?
4. Existem ações governamentais para a redução da emissão de poluentes pelas empresas na sua cidade? Se sim, quais são elas?
5. O que impede que providências mais efetivas sejam tomadas tanto pelos governantes quanto pelos empresários?

COMPARTILHAR

6. Em grupo, elaborem materiais com o objetivo de informar sobresôbre a situação da qualidade do ar no município onde moram e seus impactos na vida das pessoas. Incluam as ações governamentais que já foram tomadas e exemplos de empresas que implementaram programas de redução de emissão de poluentes, quando houver. Sugiram também atitudes a serem tomadas pela população no sentido de pressionar governantes e empresários a se comprometerem com a resolução dessedêsse problema. Busquem as informações necessárias sobresôbre o assunto em sites, revistas, jornais, livros ou conversando com professores e outros profissionais. Vocês podem produzir textos, imagens ou vídeos. Após a análise do professor, compartilhem com os amigos, a família e os empresários locais.

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Compreender um texto

As tecnologias da informação podem revolucionar o cuidado com a saúde?

Novas tecnologias têm potencial para reduzir custos, ampliar acesso e melhorar serviços de saúde, mas requerem atuação ágil e eficiente dos governos em termos de regulação e infraestrutura

Muito provavelmente, os benefícios mais visíveis do avanço do conhecimento científico estejam na saúde. Uma pessoa nascida no final do século XVIIIdezoito muito provavelmente morreria antes de completar 40 anos de idade. Alguém nascido hoje em um país desenvolvido deverá viver mais de 80 anos e, embora a desigualdade seja muita, mesmo nos países mais pobres da África subsaariana, a expectativa de vida, atualmente, é de mais de 50 anos.

A ciência e a tecnologia são os fatores-chave para explicar a redução da mortalidade por várias doenças, como as infecciosas, e o consequente aumento da longevidade dos seres humanos. [...]reticências Nos anos 1900, as doenças infecciosas matavam entre setecentas e oitocentas a cada 100 mil pessoas, todos os anos. Foi a descoberta da penicilina a principal responsável pela queda na mortalidade por esse tipo de doença, que, atualmente, mata menos de cinquenta em cada 100 mil habitantes.

[...]reticências

Atualmente, o aumento da longevidade tem trazido outros problemas, tais como condições de saúde crônicas e mais complexas. Na medida em que a população envelhece e a demanda por melhores condições de vida continua a aumentar, os custos com a saúde crescem substancialmente. Entre 2000 e 2015, os gastos mundiais em saúde passaram de 8,6 para quase 10% do produto interno bruto (PIB) mundial. Nos países desenvolvidos, esse valor é ainda maior: nos Estados Unidos, por exemplo, chega a 17% do PIBPíbi. [...]reticências

As tecnologias da informação representam uma alternativa promissora para a redução dos custos, para a ampliação do acesso e para a melhoria dos serviços de saúde. [...]reticências

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O uso de aplicativos de celulares e aparelhos para monitorar condições crônicas de saúde, como diabetes, e alertar os pacientes da necessidade de providências antes que a situação se torne emergencial são alguns dos exemplos mais simples de como essas tecnologias podem ser impactantes. [...]reticências

Muito mais promissoras, contudo, são as tecnologias que podem ser desenvolvidas a partir da enorme e crescente disponibilidade de informações sobresôbre doenças e pacientes. O uso e o compartilhamento dos registros médicos dos pacientes são peças-chave para isso. [...]reticências

Em um prazo mais longo, o uso dos registros de saúde de milhões de pessoas para fins de pesquisa pode revolucionar nossa compreensão sobresôbre as doenças e a formafórma como diagnosticamos uma série de problemas de saúde. [...]reticências

Um exemplo de como a grande quantidade de dados disponíveis está sendo utilizada para o diagnóstico de doenças é uma [...]reticências startup que está analisando uma grande quantidade de dados médicos a fim de desenvolver uma maneira de diagnosticar o câncer a partir de exames de sangue. [...]reticências

Os potenciais e as promessas dessas novas tecnologias são gigantescos e podem ser extremamente benéficos para toda a sociedade. Dado isso, como os países poderiam estimular o surgimento e acelerar a difusão dessas tecnologias? Como fazer isso salvaguardando a privacidade dos pacientes e impedindo a concentração de informação e de conhecimento nas mãos de poucas empresas? [...]reticências

Um desafio adicional, especialmente no caso dos países em desenvolvimento, é a infraestrutura para a coleta e o armazenamento de informações. O Sistema Único de Saúde (SUSsús), por exemplo, é o maior sistema público de saúde do mundo, e, por isso, uma fonte gigantesca de informações sobresôbre saúde. No entanto, a implementação de prontuários eletrônicos esbarra em coisas simples, como a disponibilidade de infraestrutura básica na ponta: computadores, sistemas e acesso à banda larga.

[...]reticências

Fonte: NEGRI, F. D. As tecnologias da informação podem revolucionar o cuidado com a saúde? Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada, 23 dez.dezembro 2020. Disponível em: https://oeds.link/9uu3m1. Acesso em: 21 jun.junho 2022.