Uma invenção que significou um grande avanço tecnológico na Antiguidade, a polia composta ou a associação de polias, é atribuída a Arquimedes (287 a.C. a 212 a.C.). O aparato consiste em associar uma série de polias móveis a uma polia fixa. A figura exemplifica um arranjo possível para esse aparato. É relatado que Arquimedes teria demonstrado para o rei Hierão um outro arranjo desse aparato, movendo sozinho, sobre a areia da praia, um navio repleto de passageiros e cargas, algo que seria impossível sem a participação de muitos homens. Suponha que a massa do navio era de 3 000 kg, que o coeficiente de atrito estático entre o navio e a areia era de 0,8 e que Arquimedes tenha puxado o navio com uma «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mo»§#x2192;«/mo»«/mover»«/mstyle»«/math», paralela à direção do movimento e de módulo igual a 400 N. Considere os fios e as polias ideais, a aceleração da gravidade igual a 10 m/s2 e que a superfície da praia é perfeitamente horizontal.

O número mínimo de polias móveis usadas, nessa situação, por Arquimedes foi

  • a

    3. 

  • b

    6. 

  • c

    7. 

  • d

    8. 

  • e

    10.

As forças aplicadas no navio na situação de iminência de escorregamento são:

A intensidade do atrito estático máximo é dada por:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«msub»«mi»est«/mi»«mi»m§#xE1;x«/mi»«/msub»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#x3BC;«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»e«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#x3BC;«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»e«/mi»«/msub»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»g«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»0«/mn»«mo»,«/mo»«mn»8«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»3000«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#xB7;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»10«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»24000«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«/mstyle»«/math»

Em uma associação de polias, como mostrada na figura, com n polias móveis, a relação entre as intensidades da força «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mo»§#x2192;«/mo»«/mover»«/mstyle»«/math» e da força «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mover»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#x2192;«/mo»«/mover»«/mstyle»«/math» é «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfrac»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«msup»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»n«/mi»«/msup»«/mfrac»«mo».«/mo»«/mstyle»«/math»

Para que o navio inicie escorregamento, deve-se ter «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§gt;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«msub»«mi»est«/mi»«mi»m§#xE1;x«/mi»«/msub»«/msub»«/mrow»«/mstyle»«/math».

Assim, considerando-se «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»400«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»N«/mi»«/mrow»«/mstyle»«/math» e fazendo as devidas substituições, tem-se:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§gt;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»A«/mi»«msub»«mi»est«/mi»«mi»m§#xE1;x«/mi»«/msub»«/msub»«msup»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»n«/mi»«/msup»«/mfrac»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x21D2;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»400«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§gt;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mfrac»«mn»24000«/mn»«msup»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»n«/mi»«/msup»«/mfrac»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§#x21D2;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«msup»«mn»2«/mn»«mi mathvariant=¨normal¨»n«/mi»«/msup»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»§gt;«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»60«/mn»«mo».«/mo»«/mrow»«/mstyle»«/math»

Logo, obtém-se que o valor mínimo de n que satisfaz a desigualdade acima é «math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»n«/mi»«mo»§#xA0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#xA0;«/mo»«mn»6«/mn»«mo».«/mo»«/mrow»«/mstyle»«/math»