Artigo cientifico A3 2023 1 (1)

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<p>Catapulta de contrapeso</p><p>Trabuco</p><p>André Andreoli Barroso RA: 312320089; Gustavo Toledo da Cruz Teixeira RA: 312310734; Isabelle Martins de Lima RA: 312310739; Matheus Biaggi Vieria RA: 312321130; RA: 312213251; Rafael dos Santos RA: 312312349; Victor Lima da Silva RA: 312312496</p><p>Resumo: No presente artigo é relatado uma pesquisa experimental com ênfase na realização de um lançamento de projétil visando alcançar uma distância de 5 metros, utilizando uma catapulta construída com materiais recicláveis. A investigação se concentrou na exploração dos princípios da cinemática e do lançamento oblíquo para estabelecer as condições ideais que permitiriam atingir essa meta específica, ao mesmo tempo em que fornecemos detalhes sobre a construção da catapulta.</p><p>Palavras-chave: Lançamento Oblíquo, Catapulta, Projéteis.</p><p>1. Introdução</p><p>Desde os primórdios históricos, a física e a matemática têm exercido um impacto notável no cotidiano das pessoas. Essas disciplinas, muitas vezes impulsionadas por desafios práticos enfrentados pelas sociedades ao longo do tempo, desempenharam um papel vital na resolução de problemas do dia a dia e no desenvolvimento de tecnologias que moldaram o curso da história. A catapulta é um bom exemplo da aplicação da física e matemática na vida cotidiana, não se tem certeza da sua origem, mas especula-se que as primeiras catapultas apareceram na Europa mais ou menos em 400 a.C e 300 a.C e mais tarde ela se tornou uma poderosa arma. Ela é uma máquina que incorpora princípios fundamentais dessas disciplinas para realizar uma tarefa específica: lançar um projétil a grandes distâncias.</p><p>O estudo dessas disciplinas, portanto, não é apenas uma busca pelo conhecimento acadêmico, mas uma preparação para enfrentar os desafios complexos do mundo real. Ao considerarmos a catapulta como um exemplo, percebemos que as lições derivadas do estudo dessas disciplinas não se limitam a um simples exercício intelectual. Elas têm aplicações tangíveis na engenharia, na tecnologia e em inúmeras outras esferas da vida cotidiana. A capacidade de compreender e manipular os princípios físicos e matemáticos torna-se uma ferramenta valiosa para solucionar problemas complexos e criar soluções inovadoras.</p><p>1.1 Justificativa</p><p>Este artigo propõe uma abordagem prática e inovadora para o ensino de conceitos fundamentais de física, centrando-se em cinemática, mecânica e dinâmica, através da construção de uma catapulta com materiais recicláveis.</p><p>A inclusão de cálculos físicos aprofunda a compreensão das forças envolvidas, destacando a energia potencial e a trajetória dos projéteis lançados. A ênfase na sustentabilidade reforça a importância da inovação e responsabilidade ambiental na engenharia.</p><p>Em síntese, este artigo oferece uma ferramenta valiosa para transformar o ambiente educacional em um espaço ativo e motivador, buscando inspirar o interesse dos estudantes e proporcionando uma abordagem interdisciplinar no ensino de física e engenharia.</p><p>1.2 Objetivo</p><p>O objetivo apresentar o passo a passo detalhado sobre a construção da catapulta, destacando os materiais essenciais que utilizamos em todo o processo. Além disso, apresentaremos os cálculos fundamentais que realizamos para garantir que nosso projétil atingisse a distância estabelecida com precisão.</p><p>2. Referencial Teórico</p><p>A catapulta trabuco (Trebuchet em francês) é um antigo dispositivo de cerco projetado para lançar projéteis a longas distâncias, utilizando energia potencial gravitacional. Inicialmente, sua operação era realizada manualmente. Porém, com o passar do tempo, os engenheiros da época desenvolveram modificações que levaram ao uso de contrapesos na ponta da vara de arremesso. Os objetos lançados pelo trabuco foram capazes de causar danos significativos às fortificações inimigas, consolidando-o como uma das armas mais poderosas do seu período histórico.</p><p>A estrutura do trabuco consistia em um braço de alavanca, com uma bolsa de couro colocada na extremidade mais longa para guardar munições. Na outra extremidade, um contrapeso é fixado e elevado a uma altura específica. Quando o contrapeso é liberado, ele cai, enquanto a extremidade oposta da alavanca sobe, permitindo que o projétil seja ejetado. Durante este processo, a energia potencial armazenada no contrapeso é convertida em energia cinética e transmitida ao projétil.</p><p>https://pt.wikipedia.org/wiki/Trabuco</p><p>No que diz respeito à mecânica, o braço de lançamento, o eixo de suporte, a força motriz e a força de resistência desempenham papéis distintos e interdependentes no processo de lançamento</p><p>O braço de lançamento, responsável por transportar e liberar o projétil, é uma parte crucial do sistema. O eixo de suporte é o ponto em torno do qual a alavanca gira durante o movimento. A força motriz, representada pelo braço forte, é exercida pelo contrapeso e corresponde ao peso desse contrapeso. Este último, quando elevado a uma altura específica, acumula uma quantidade significativa de energia potencial, que é então convertida em energia cinética durante o processo de lançamento.</p><p>Por outro lado, a força de resistência, representada pelo braço de resistência, surge principalmente do peso da bala ou projétil. Essa força atua como uma resistência ao movimento descendente do contrapeso, desempenhando um papel fundamental na dinâmica do trabuco. O equilíbrio delicado entre a força motriz e a força de resistência é essencial para otimizar a eficácia do lançamento.</p><p>Em relação ao lançamento do projétil, quando este é arremessado, ele segue uma trajetória parabólica. Esse movimento é caracterizado como lançamento oblíquo, conforme descrito por Halliday (2016). O componente no sentido vertical representa o movimento linear uniformemente variável (MRUV), influenciado pela gravidade, enquanto o componente no sentido horizontal representa o movimento linear uniforme de rotação (MRU) do projétil em sua trajetória horizontal.</p><p>https://www.preparaenem.com/fisica/lancamento-obliquo.htm</p><p>3. Materiais e métodos</p><p>3.1. Materiais</p><p>Foram usados os seguintes materiais e equipamentos para a construção da catapulta:</p><p>· Madeira</p><p>· Cola de madeira</p><p>· Cabo de vassoura</p><p>· Barbante</p><p>· Pedaço de tecido</p><p>· Cavilha</p><p>· Serra tico-tico</p><p>· Serra circular</p><p>· Lixadeira combinada</p><p>· Furadeira de bancada</p><p>· Arco de serra</p><p>3.2. Métodos</p><p>3.2.1. Projeto Autocad</p><p>Inicialmente foi necessário realizar diversos desenhos de protótipos e dimensões até chegarmos no modelo definitivo.</p><p>3.2.2. Construção</p><p>Primeiramente as peças foram cortadas e esculpidas em madeira, utilizando ferramentas como serra tico-tico, serra circular e arco de serra. Optamos por utilizar uma madeira resistente para assegurar que a trebuchet suportasse as forças envolvidas no lançamento.</p><p>Com as peças esculpidas, iniciamos o processo de lixamento utilizando uma lixadeira combinada, garantindo o melhor acabamento possível. Em seguida, utilizamos uma furadeira de bancada para fazer os furos necessários e permitir o encaixe preciso das peças</p><p>Durante a montagem das peças de madeira, reforçamos a estrutura com cola de madeira e cavilhas para assegurar a resistência da trebuchet. Para proporcionar um deslizamento suave e eficiente, incorporamos um pedaço de cabo de vassoura como o eixo da catapulta, utilizando-o de forma estratégica para permitir a rotação do braço.</p><p>Para gerar a força necessária, incorporamos um contrapeso na extremidade do braço da trebuchet, utilizando pedaços de madeira ajustados para otimizar o equilíbrio e a eficácia do lançamento. O contrapeso foi fixado de forma segura para garantir a estabilidade durante o movimento.</p><p>Além disso, para formar a cesta de lançamento, utilizamos barbante e um pedaço de tecido, criando uma estrutura resistente e flexível. Essa cesta é fundamental</p><p>para segurar e liberar o projétil de maneira controlada durante o lançamento.</p><p>4. Cálculos</p><p>4.1. simulação</p><p>Para facilitar os cálculos necessários, foi utilizado o site “Virtual Trebuchet”, um simulador especial de trebuchet.</p><p>https://virtualtrebuchet.com</p><p>4.2 Cálculos</p><p>Somatório de torque</p><p>Somatório do momento de inercia</p><p>Aceleração angular</p><p>a = = = 32,81358476 rads -2</p><p>Velocidade angular</p><p>Velocidade linear</p><p>Distância máxima</p><p>Dmax=</p><p>Dmax=</p><p>Dmax= 5.97 metros</p><p>5.Resultados</p><p>A trebuchet foi construída de acordo com as especificações fornecidas, utilizando materiais recicláveis, conforme destacado na seção de metodologia. A estrutura foi dimensionada para garantir estabilidade e segurança durante os testes.</p><p>Enfrentamos algumas dificuldades iniciais nos testes de desempenho devido à falta de consistência na hora de arremessar o projétil. Para aprimorar a precisão, realizamos ajustes na catapulta. Essas adaptações foram cruciais para otimizar o funcionamento da trebuchet e garantir resultados mais confiáveis nos testes subsequentes.</p><p>Porém no momento em foram realizados os arremessos, a catapulta ficou deslocada para direita do alvo, o que acabou atrapalhando o nosso objetivo de acertar o alvo. Entretanto em todos os arremessos que foram realizados foi alcançado a distância proposta que era de 5 metros de distância e 1 metro de altura</p><p>Com isso nos chegamos nos seguintes resultados:</p><p>Ângulo</p><p>Tempo (s)</p><p>Velocidade (m/s²)</p><p>Distância (m)</p><p>115°</p><p>1.48s</p><p>7.34m/s²</p><p>5 metros</p><p>120°</p><p>1.59s</p><p>7.95m/s²</p><p>5 metros</p><p>125°</p><p>1.53s</p><p>7.65 m/s²</p><p>5 metros</p><p>6.Considerações Finais</p><p>O objetivo principal deste trabalho foi, para além da promoção de uma abordagem prática e inovadora para o ensino de conceitos fundamentais de física, especialmente cinemática, mecânica e dinâmica, por meio da construção de uma trebuchet utilizando materiais recicláveis, assegurar que a catapulta alcançasse o alvo de maneira precisa e consistente.</p><p>Ao longo do artigo, exploramos diversos tópicos relacionados à funcionalidade de um mecanismo de disparo por força elástica e seus modelos, chegando à conclusão de que o modelo trebuchet se destaca significativamente em termos de força, distância e velocidade de disparo.</p><p>A revisão das áreas de descoberta de conhecimento foi conduzida para fundamentar a proposta deste trabalho. A ênfase na sustentabilidade, ao utilizar materiais recicláveis na construção da trebuchet, ressalta a importância da inovação e responsabilidade ambiental no campo da engenharia, conforme discutido na justificativa.</p><p>Mesmo não cumprindo todos os objetivos propostos, desenvolvemos uma estrutura que não apenas atende aos requisitos teóricos, mas também resulta na produção completa de um dispositivo prático e educativo capaz de atingir de forma consistente o alvo designado.</p><p>7. Referências Bibliográficas</p><p>https://www.newtoncbraga.com.br/como-funciona/8858-como-funciona-a-ponte-de-wheatstone-ins529.html</p><p>Https://www.hbm.com/pt/7163/circuito-de-ponte-de-wheatstone/</p><p>Https://br.omega.com/prodinfo/ponte-wheatstone.html</p><p>CARLUCCI, Fabiano Lustre; DOS SANTOS, Iago Renan Germiniani. GRANDEZAS FÍSICAS APLICADAS A UMA CATAPULTA: ENERGIA POTENCIAL ELÁSTICA. ETIC-ENCONTRO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA-ISSN 21-76-8498, v. 12, n. 12, 2016.</p><p>https://virtualtrebuchet.com</p><p>MEDEIROS, Deivid Gomes de. O uso bélico da ciência: o exemplo das catapultas, como aplicação das teorias da elasticidade e do lançamento oblíquo. Niterói, 2014.</p><p>http://cimatectrebuchet.blogspot.com</p><p>1</p><p>2</p><p>image4.jpeg</p><p>image5.jpeg</p><p>image6.png</p><p>image7.png</p><p>image8.png</p><p>image9.png</p><p>image10.png</p><p>image11.jpeg</p><p>image1.jpeg</p><p>image2.jpeg</p><p>image3.jpeg</p><p>image12.png</p>