HERON DE ALEXANDRIA: O PAI DA MECÂNICA

Heron de Alexandria foi um matemático, físico e engenheiro que viveu em Alexandria, no Egito, na época parte do Império Romano. Foi pioneiro no desenvolvimento de sistemas mecânicos, e muitas de suas invenções foram utilizadas até a Idade Média. Suas criações eram dotadas de aparatos tecnológicos inovadores muito avançados para tal contexto histórico, e contribuíram muito para o estudo posterior das ciências mecânicas. Apresentaremos uma interpretação moderna de algumas das invenções de Heron a seguir.

1. Alavancas

Heron descreve, em suas obras, muitos tipos de alavancas, algumas simples e outras mais sofisticadas. A figura abaixo mostra um sistema de alavancas com muitos apoios, e a multiplicação de forcas em diversos pontos. Uma força de 5 talentos (um talento é aproximadamente 26kg) é multiplicada até se tornar equivalente a mil talentos.

2. Engrenagens

As engrenagens de Heron, ao contrario das atuais, costumavam ser triangulares. Engrenagens de dente reto eram mais comuns, mas outros tipos também eram usados, como engrenagens helicoidais, muito úteis em se tratando de mecanismos de elevação de objetos, já que permite que o operador pare de aplicar o torque sem que o peso caia.

Engrenagens descritas por Heron

3. Mecanismos de suspensão de peso

Tais mecanismos desenvolvidos por Heron permitiram que trabalhos que antes demandavam mão de obra extensa fossem realizados por uma só pessoa, principalmente na construção civil. A figura abaixo (a) mostra um eixo apoiado em suas duas extremidades e conectado a uma roda com alças. Uma corda é enrolada ao redor do eixo e suspende um peso. Essa também é uma ferramenta multiplicadora de força e funciona melhor quando a roda tem um diâmetro maior (R) e o eixo tem um diâmetro menor (r), já que a multiplicação da força é proporcional à razão R / r. Já a figura (b) mostra um sistema de polia composto que é usado para levantar uma carga. Uma extremidade da corda é presa à travessa sólida, enquanto a outra extremidade é puxada por uma pessoa. Heron reconhecia que polias, alavancas e eixos de elevação funcionam pelo mesmo princípio de multiplicação de forças por um dado fator.

      
Outro mecanismo de suspensão de peso, composto inteiramente de engrenagens, é denominado barulkos. Trata-se de um trem de engrenagens composto com 4 eixos paralelos, e permite o deslocamento de grandes pesos com a rotação da manivela. Em sua descrição do equipamento, Heron reconhece que todos os eixos precisam girar livremente, mas que não podem estar sujeitos a grandes torques de fricção.

4. Prensas

Na Antiguidade, as prensas eram usadas na produção de vinho e de azeite de oliva. Heron descreve uma prensa de dois parafusos feita para esmagar azeitonas, mostrada na imagem abaixo. Em seus escritos, o autor reconhece que a prensa funciona por meio de forças internas e portanto alavancas, polias ou pesos não são necessários para produzir grande pressão. 

5. Pantógrafo

Esse instrumento era usado para fazer cópias de figuras em escala diferente da original. A imagem abaixo mostra um pantógrafo descrito por Heron. Apresenta duas rodas dentadas e as hastes dentadas copiadoras, e ilustra o princípio e não a construção exata do pantógrafo. As duas rodas giram na mesma velocidade angular. Quando uma das hastes é deslocada em determinada direção, a roda correspondente gira e como estão conectadas, a outra roda gira e conduz a outra haste. Naturalmente, as duas hastes têm velocidades e deslocamentos proporcional à sua distância do centro de rotação e, portanto, seus caminhos também são proporcionais. Se uma das hastes for girada, em vez de ser translada, então a outra haste deve permanecer paralela à rotação.

6. Abertura automática de portas de templos

Um mecanismo projetado por Heron permitia que as portas de um templo se abrissem quando chamas eram acesas no altar, como mostra a figura abaixo. As portas são conectadas a um balde através de uma série de polias, eixos e cordas. Inicialmente, o sistema está estaticamente neutro e o peso do balde é balanceado com contrapesos. Quando o fogo é aceso, o ar no altar é aquecido e, na medida em que se expande, entra em uma esfera oca preenchida com água. Devido à pressão crescente na esfera, parte da água é despejada no balde. O balde é rebaixado ao passo que seu peso aumenta, abrindo as portas do templo. Quando o fogo no altar é apagado, a pressão cai, e a água volta pra dentro da esfera, fazendo com que os contrapesos forcem as portas a se fecharem.

7. Eolípila

Também chamada de Máquina Térmica de Heron, trata-se de um dispositivo que consiste em uma esfera hermética que recebe vapor através da tubulação ao longo de seu diâmetro. Essa tubulação também serve como um eixo de rotação para a esfera. O vapor é produzido em um caldeirão que também serve como base do dispositivo. A esfera é equipada com dois tubos curvados em forma de L, que permitem que o vapor acumulado na esfera saia de forma a criar um torque de reação em torno do eixo de rotação do dispositivo. Este torque faz a esfera girar em altas velocidades (1500 rpm). A Eolípila pode ser descrita como uma turbina de reação, uma vez que faz uso da força de reação que é produzida devido à mudança de momento no jato de vapor que é aplicado ao tubo curvado.

8. Órgão hidráulico

O órgão hidráulico foi originalmente inventado por Ctesíbio e aperfeiçoado por Heron. É considerado o precursor do órgão moderno. Funciona forçando o ar vindo de uma bomba de ar a alcançar uma grande câmara de cobre preenchida com água, que também contém uma caixa de vento hemisférica ou em forma de funil. O ar está na caixa de vento e sua pressão é mantida constante pela água que sobe nela. O ar comprimido é acionado continuamente, à pressão constante, para cima, para soprar os tubos do órgão. Para melhorar a válvula de ar do teclado do órgão, Heron projetou um mecanismo do tipo carretel que deslizaria para abrir a corrente de ar quando uma tecla do teclado fosse pressionada, e seria restaurada à sua posição original por uma mola. Como o órgão requer um operador para conduzir a bomba de ar, Heron projetou uma turbina eólica e um mecanismo para converter o movimento rotativo em um movimento periódico, levantando o pistão da bomba de ar. Essa é a única menção de uso da força dos ventos em obras da Antiguidade.

Referências: CECCARELLI, Marco. Distinguished Figures in

Mechanism and Machine Science: Their Contributions and Legacies Part 1. Editora Springer.

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Por Sofia Chequer
Aluna do primeiro ano de Engenharia Mecânica, buscando contribuir com a transformação e desenvolvimento da indústria brasileira. Apaixonada pela ciência das inovações tecnológicas e pela arte de cozinhar e costurar.