Semana da engenharia relatório

ALEX HENRIQUE RISSON

ANA CAROLINE TEIXEIRA MESSIAS

EDMILSON GARCIA FIDELIS

GABRIEL OLIVEIRA DE HOLANDA

REINALDO SILVA DA COSTA

VERÔNICA STELA DA SILVA LIMA

RELATÓRIO FINAL DO PROJETO INTERDISCIPLINAR – 2013/2

LANÇAMENTO DE PESO

Relatório Final do Projeto Interdisciplinar do segundo semestre de 2013, dos Cursos de Engenharias da Faculdade Pitágoras – Unidade Uberlândia, apresentado como requisito parcial para aprovação nas disciplinas do semestre letivo.

Prof. Responsável: Hélio Oliveira Ferrari

Uberlândia

2013/2

3

RESUMO

O lançamento de peso consiste na construção de um veículo que seja capaz de transportar uma carga e lança-la no momento exato, visado atingir um alvo situado na trajetória descrita pelo veículo. Para isso buscamos atender os requisitos da competição e buscamos calcular a trajetória dessa carga ao ser solta. O veículo foi construído com materiais leves e conseguiu resultados satisfatórios nos testes. O cálculo foi efetuado conforme os princípios de física dinâmica, buscando obter resultados aproximados no lançamento do peso. A maior preocupação foi quanto ao cálculo, pois possuíamos pouco conhecimento do assunto, fazendo com que ao realizar os testes os cálculos não concordassem com a prática. Os erros foram minimizados com reparações nos cálculos, fazendo com que os testes obtivessem resultados mais exatos. O objetivo geral de nosso trabalho é chegar a resultados satisfatórios para podermos obter boa colocação na competição, construindo um veículo que seja eficaz e fazendo cálculos de forma correta.

Palavra-chave: lançamento de peso; competição; veículo; cálculos.

4

SUMÁRIO

1. Introdução............................................................................................................................05

2. Desenvolvimento..................................................................................................................05

2.1. Desenvolvimento teórico........................................................................................05

2.2. Caminhos percorridos – construção do veículo.....................................................07

2.3. Resultados e alcances pós-caminhada....................................................................10

3. Considerações Finais...........................................................................................................11

4. Referências...........................................................................................................................11

5

1. Introdução

Este trabalho volta-se para a construção de um veículo não motorizado que seja capaz de liberar uma carga no momento certo e atingir o alvo. Buscamos atender todos os requisitos da competição, e visamos fazer os cálculos do lançamento obedecendo as leis da dinâmica.

2. Desenvolvimento

Para a execução do projeto, buscamos através de discussões entre os membros da equipe, os caminhos que devíamos seguir para obtermos um veículo que atendesse os requisitos da competição e os cálculos que devíamos fazer para encontrar um modo simples de atingir o alvo.

Segundo a competição o veículo deve ter peso mínimo de 500 g e máximo de 750g, comprimento máximo 200 mm e deve ser capaz de transportar uma carga de 250 g.

Para facilitar a execução do projeto, primeiramente fizemos um esboço de como deveria ser o veículo e depois buscamos quais materiais melhor atenderiam à situação. Problemas como o sistema de funcionamento do gancho surgiu durante a discussão, mas foi solucionado de forma simples.

2.1. Desenvolvimento teórico

A lei da dinâmica, em síntese, mostra a reação de um corpo quando este está sob influência de forças constante ou um sistema de forças onde a resultante dessas forças é diferente de zero. A análise da situação nos mostra que sobre o veículo atua forças como a gravidade, a própria massa do veículo e da carga. Essas forças estão na vertical e para baixo e serão essenciais para o movimento do veículo.

Baseando-se nessa lei, calculamos um desvio aproximado que a carga sofrerá quando for desacoplada do veículo e atingir o solo. Com isso poderemos descobrir quantos metros antes devemos soltar a carga para que esta atinja o alvo.

Para calcular esse desvio, consideramos a trajetória como um plano inclinado, e o veículo mais a carga como um bloco maciço de 0,85 g (peso com base no veículo construído pela equipe).

Fizemos a representação de todas as forças e decompomos aquelas que seriam necessárias conforme a Figura 1.

FIGURA 1: Representação

6

Para chegarmos ao desvio precisamos primeiramente achar a velocidade em certo instante da descida. Para isso seguimos os seguintes caminhos:

Primeiramente descobrimos qual era o comprimento da inclinação usando o teorema de Pitágoras.

h²= c² + c²

h²= (5,3)² + (2,5)²

h²= 28,09 + 6,25

h²= 34,34

h= 5,86

Em seguida, calculamos qual seria o ângulo da inclinação.

sin θ= cateto oposto ÷ hipotenusa sin θ= 2,5÷5,86sin θ≠ 0,42Descoberto o ângulo, achamos os valores das componentes Px e Py resultantes da decomposição do peso do bloco. Consideramos o sin 25= 0,42 e cos25= 0,9.

Px= m.g.sin x Py= m.g.cosx

Px= 0,85.10.sin25 Py= 0,85.10.cos25

Px= 8,5.0,42 Py= 8,5.0,9

Px= 3,57 Py= 7,65

Com o valor de Py podemos encontrar o valor do atrito, já que a normal é uma reação de Py, e é necessário a normal para descobrir o atrito. (Consideramos o valor mínimo do atrito entre aço e alumínio, já que o eixo do veículo é de alumínio e considerando que o cabo usado na competição será de aço.)

Fat= µ.N

Fat= 0,4 . 7,65

Fat= 3,06

Feito isso achamos a aceleração do bloco usando a segunda lei de Newton.

Fr= m.a

3,57-3,06=0,85.a

a=0,51÷0,85

a=0,6 m/s²

Usamos a aceleração para determinar a velocidade da partícula em determinado ponto da inclinação. O ponto em que calculamos, o espaço que o bloco percorreu é igual a 3 metros.

7

Usamos a formula da aceleração pra descobrirmos o tempo que o bloco gasta para percorrer essa distância, e consecutivamente a velocidade.

a= ∆S÷∆t² a= ∆V÷∆t

0,6= 3÷ ∆t² 0,6= ∆V÷2,23

∆t²= 3÷0,6 ∆V= 1,34m/s

∆t²= 5

∆t= 2,23s

Para calcular o desvio que o peso sofrerá, usamos princípios de lançamento vertical e queda livre. Consideramos a altura neste ponto igual a 0,8 m, altura essa baseada nos testes feitos pela equipe que será apresentada no item 2.3.

S= ∆S+Vt+12

gt² S= So+Vt

0,8= 12

10 t² S= 1,34 . 0,4

0,8= 5t² S= 0,53 m

t²= 0,8÷5

t²= 0,14

t= 0,4 s

Segundo os cálculos, o desvio que o peso sofrerá ao ser lançado será de 0,53 m aproximadamente.

Levando esse resultado em consideração, sabemos que se o alvo estiver localizado no meio do trajeto, ou seja, localizado a 2,65 m após o ponto de partida, devemos soltar o peso no ponto localizado em 1,81 m após o ponto de partida.

2.2. Caminhos percorridos - construção do veículo

Para a construção do projeto foram utilizados materiais que conseguissem manter os padrões exigidos. O veículo foi construído com materiais leves para evitar ultrapassar o limite de peso estipulado pelas regras da competição (peso mínimo de 500g e máximo de 750g).

Foram utilizados:

Metalon, retirado de uma lata velha de tinta;

Parafusos de 1/16”, 3/16’ e 1/8”;

Ribite;

Placa de controle, motor elétrico, antena e controle remoto, retirados de um carro de brinquedo antigo;

8

4 pilhas alcalinas AA;

Tinta preto brilhante e prata;

4 rolamentos;

Fita isolante;

Duas molas, retiradas de canetas velhas;

4 tampas de garrafas pet.

Figura 2: alguns materiais usados na fabricação do veículo.

As ferramentas usadas na montagem foram:

Alicate;

Serra;

Tesoura própria para corte de latas;

Furadeira;

Chaves fenda e Philips;

Solda de estanho;

Martelo;

Lima;

Ribitadeira;

9

Figura 3: algumas ferramentas usadas na fabricação do veículo.

O metalon foi usado para fazer o bloco (corpo) do veículo e o gancho que segura o peso, assim como o representado na figura 4.

Figura 4: corpo e gancho do veículo.

Os rolamentos, junto com o parafuso 3/16” e as tampinhas de garrafa pet, foram usados para construir os eixos que servirão como roldanas para mover o veículo sob o cabo.

Figura 5: eixo.

O motor elétrico, junto com a placa de controle e as pilhas, foram usadas para acionar o sistema que soltará o peso.

10

O sistema que libera o gancho para consecutivamente soltar a carga, consiste em uma trava que se posiciona abaixo de um suporte acoplado ao gancho que impossibilita o seu movimento. Ao acionar o sistema o motor elétrico move a chave que retira essa trava, possibilitando que o gancho se mova e libere a carga, assim como o demostrado na figura 6 e 7.

Figura 6: representação do sistema de Figura 7: trava do gancho.Trava do gancho.

O veículo ficou dentro dos requisitos da competição e funcionou como o esperado. O veículo possui 200 mm de comprimento por 100 mm de largura e com o centro do eixo até o gancho medindo 100mm. O peso bruto dele é de 600 g. Os acabamentos e pintura foram feitos de forma simples apenas para tampar as imperfeições na lata e para dar uma aparência melhor. A forma final do veículo está representado na figura 8 e 9.

Figura 8: forma final do veículo. Figura 9: forma final do veículo.Visão lateral. Vista superior.

2.3. Resultados e alcances pós-caminhada

Para verificar o funcionamento do veículo foram realizados testes que simulassem a competição, para que conseguíssemos analisar falhas no sistema e repará-los.

O teste do veículo foi realizado em um ambiente fechado para evitar interferência do vento. Para a simulação usamos um cabo de aço revestido de borracha de 1/8”, que foi amarrado em

11

alturas diferentes, conforme a competição, onde o ponto de partida está localizado a 3 m do solo e o ponto final a 0,5 m do solo.

O veículo mostrou estabilidade e funcionou conforme o esperado. O lançamento efetuado conseguiu acertar o alvo, mas o desvio sofrido pelo peso foi menor que o esperado, por causa da grande resistência por conta do rolamento e do atrito com a borracha que faz com que o veículo adquira pouca velocidade. Com isso a equipe teve que refazer os cálculos para obter maior proximidade aos resultados no teste.

Imagem do teste feito pela equipe.

3. Considerações finais

A construção deste trabalho tem como objetivo montar um veículo que seja capaz de transportar um peso e soltá-lo no ponto correto. O modo como foi calculado o desvio sofrido pelo peso, e modo como foi construído o veículo, permitiu que conseguíssemos atingir esse objetivo.

O cálculo do desvio foi o que causou mais adversidade na hora dos testes, mas procuraremos no próximo trabalho obter resultados mais exatos, usando técnicas diferentes adquiridas com o estudo da situação durante nossa caminhada no ensino superior.

4. Referências

< http://www.interpitagorasudi.com.br/?url=activities7> Acesso em: 5 out. 2013

<http://www.infoescola.com/fisica/dinamica/> Acesso em: 7 out. 2013

<http://www.mspc.eng.br/mecn/fric_120.shtml> Acesso em: 7 out. 2013

SERWAY, Raymond A; JEWETT, John W. Princípios de Física: volume 1: mecânica clássica. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2004. Xxii, 403 p.