APS CARRINHO DE RATOEIRA - 3º Semestre UNIP Engenharia

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INTRODUÇÃO 
O presente trabalho apresenta um projeto adotado no 3º semestre do curso de Engenharia Básica para a competição “Corrida Maluca” realizada na Universidade Paulista – UNIP em São José dos Campos/SP no 1º semestre de 2014, o qual foi utilizado diversos materiais para seu desenvolvimento, entretanto utilizando apenas uma única ratoeira convencional de mola de torção, seguindo as normas de construção utilizadas na competição.
O PROJETO CARRINHO DE RATOEIRA
A atividade de projeto referente a um carrinho de ratoeira teve como objetivo aplicar o aprendizado e a utilização de fundamentos de mecânica, tais como o princípio da alavanca, a aplicação da 2ª lei de Newton em sistemas com movimentos de translação ou rotação, a transformação de energia potencial em energia cinética e a ação de forças dissipativas. 
A competição consiste em se montar um carrinho, capaz de atingir a maior distância quando solto, propulsionado apenas pela força de sua ratoeira.
Isso é feito enrolando-se um fio no eixo propulsor do carrinho ou em um mecanismo apropriado que pode ser adaptado. Quando a ratoeira desarma, o fio é puxado, transferindo a energia da mola para a roda propulsora.
Veja que isso é feito por um sistema de alavanca, que justamente consiste em um dos segredos para se obter que o carrinho vá mais longe.
Se a alavanca for muito curta, teremos excesso de potência aplicada ao eixo da roda, e o carrinho derrapará sem ter tempo de atingir a velocidade máxima.
Por outro lado, se a alavanca for longa demais, demorará para transferir a energia e ela será menor, caso em que também teremos baixo rendimento. A alavanca deve ser dimensionada para se obter o melhor rendimento na transferência da energia armazenada na mola.
Quando soltamos o carrinho, a ratoeira armada puxa a linha que movimenta a roda e ele sai até atingir a velocidade máxima. Quando a ratoeira puxa toda a linha, o carrinho segue com o impulso e deve atingir a maior distância possível.
ENERGIA MECÂNICA 
Energia Mecânica é a energia que pode ser transferida de um corpo para outro através de um trabalho, é o resultado da soma das energias cinética e energia potencial, ou seja, a energia mecânica é a energia resultante de qualquer objeto que tenha energia potencial, gravitacional, elástica ou elétrica ou que esteja em movimento por adquirir energia cinética.
Quando se refere a energia mecânica um princípio muito importante a ser lembrado é o de Lavoisier, que diz que nenhum sistema físico ou químico é capaz de criar ou eliminar matéria, ou seja, “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”.
Isso foi fundamental para, em 1788, através de estudos de Joseph Lois Lagrange, se estabelecesse o princípio da ideia de energia mecânica que temos até hoje.
A importância desta lei para a energia mecânica se deve ao fato de que em alguns problemas-objeto a serem analisados tem energia potencial e não energia cinética ou vice e versa.
Aplicando isso matematicamente, temos:
Em = Ec + Ep
Sendo que:
Em = Energia Mecânica;
Ec = Energia Cinética;
Ep = Energia Potencial.
A equação para energia cinética é constante, diferentemente da equação de energia potencial que poderá se apresentar como potencial gravitacional, elástico ou elétrico.
A energia potencial elástica:
Epe = kx2/2
A energia potencial elétrica:
Epe = (K*Q*q)/d – (K*Q*q)/d0
Conclui-se que o cálculo da energia mecânica varia de acordo com o tipo de força que age sobre ela e sua intensidade.
É inegável que a energia mecânica é uma grande descoberta física, e que sem esta não poderíamos resolver os problemas físicos e matemáticos, consequentemente não haveria o avanço tecnológico que se tem atualmente.
Energia mecânica no dia a dia.
Uma máquina de lavar: A energia mecânica de uma máquina de lavar faz com que ela produza o serviço de lavar roupas. A energia elétrica faz com que as funções da máquina funcionem. Sem energia, não há funcionamento da mesma. Energia elétrica (ou mecânica = cinética + potencial) se transforma em energia de movimento, tornando possível o funcionamento da máquina de lavar.
Torradeira: Em uma torradeira, o processo de energias é diferente. A energia mecânica (cinética + potencial) é transformada em energia térmica. O processo da torradeira é aquecer o pão. Começa com a energia elétrica e mecânica, e no fim do processo se tornou energia térmica.
Cachoeira: Essa é um tipo de energia mecânica natural. A queda de uma cachoeira é um movimento considerado energia. Está no ato da queda, o ato é considerado energia mecânica (cinética + potencial). Todo movimento que as águas fazem também pode ser considerado energia mecânica.
A energia mecânica inclui tudo aquilo que tem a capacidade de movimento. No cotidiano de todas as pessoas, estamos sempre presenciando alguma forma diferente de energia, sabemos então que praticamente tudo é energia mecânica. Quando usado o chuveiro, o liquidificador, o ferro ou qualquer outro aparelho do nosso dia-a-dia, podemos ver a capacidade de movimento de cada objeto.
É importante lembrar também que toda energia mecânica pode ser facilmente transformada em qualquer outro tipo, a forma cinética + potencial = mecânica, pode ser transformada em energia elétrica, energia térmica e energia de movimento.
Tudo é energia. Mesmo quando mudam de nomes, tudo é gerado através da energia. O corpo precisa dela para se movimentar e fazer as atividades cotidianas, uma criança por exemplo que não se alimenta corretamente, não tem energia suficiente para a prática de esportes e nem qualquer outro tipo de atividade. Quando adoecemos, é basicamente isso que acontece.
A RATOEIRA COMO ELEMENTO PROPULSOR
Na ratoeira serão usadas molas de distendimento e compressão radial também conhecidas como molas de torção, que é responsável pelo movimento do braço giratório quando a trava desprende-se do porta-isca. 
A ratoeira é empregada como o elemento propulsor de um carrinho, tendo como base o princípio de transformação da energia potencial elástica da mola em energia cinética de translação do carrinho. A mola que aciona a ratoeira é na verdade um reservatório de energia potencial. Quando a ratoeira é armada, esta mola armazena uma boa quantidade de energia, que depois se transforma em energia cinética (a batida) quando ela se desarma, ou seja, se transformará em energia cinética pois o carrinho irá adquirir movimento.
Essa energia potencial pode ser usada, pois pode ser transferida para o carrinho, e movimentá-lo. O que obtemos, então, é que toda essa energia vai ser empregada para impulsionar o carrinho. Tanto maior a força da ratoeira (maior energia potencial armazenada) o rendimento na sua transferência para o carrinho, maior será a velocidade atingida e, consequentemente, mais longe ele poderá ir.
Imagem 1: Partes de uma ratoeira
Trava
 Mola
Braço
Porta-isca
 
 
Base
Fonte: Google imagens
CONSTRUÇÃO DO CARRINHO DE RATOEIRA
 
Desenvolvimento
Materiais utilizados
Para a construção do carrinho, utilizaram-se os seguintes materiais:
4 cd’s;
4 porcas de 3 mm;
2 parafusos prisioneiros de 3x200 mm;
1 Recipiente de tinta;
1 ratoeria pequena;
Uma vareta de aço 450 mm
1 metro de barbante;
Durepoxi
Equipamentos utilizados
Para a montagem do carrinho de ratoeira, utilizaram-se os seguintes equipamentos:
Tesoura;
Máquina de solda;
Chave de boca 3 mm;
Furadeira com broca equivalente;
Método de execução.
A montagem iniciou-se com a furação necessária no recipiente de tinta para a fixação das peças.
Em seguida, fixou-se os parafusos prisioneiros ao recipiente e com o auxílio da resina durepoxi fixou-se o parafuso aos cd’s, com isto criou-se o eixo do carrinho.
Feito isto, fixou-se a ratoeira à base (recipiente de tinta) e em sequência soldou-se a vareta ea instalou na base do carrinho, com auxílio do barbante amarrado ao eixo e a vareta desenvolveu-se um mecanismo que passa pela mola da ratoeira criando a transmissão.
Imagem 2: Carrinho de ratoeira finalizado.
Fonte: Autores.
Imagem 3: Carrinho de ratoeira finalizado.
Fonte: Autores.
Resultados
Verificou-se que o recipiente por ser de formato retangular permitiu grande estabilidade ao carrinho de ratoeira e que o resultado da combinação entre, ratoeira, eixo de transmissão e vareta conferiu a este torque suficiente para percorrer o percurso dado.
Discussão
Analisando os resultados obtidos observou-se que a estabilidade do carrinho foi o seu ponto forte, os materiais utilizados permitiram pouco custo financeiro e fácil montagem. Entretanto, o torque realizado não foi suficiente para o veículo atingir uma velocidade final alta.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A partir do exposto, conclui-se que a utilização dos equipamentos para a construção do carrinho de ratoeira proporcionou boa estabilidade, porém baixa velocidade final, para a correção deste defeito, uma alternativa seria reduzir o comprimento da vareta de torque e criar uma polia fixada ao eixo para facilitar a transmissão e aumentar a área de rotação, com isto o veículo teria maior velocidade final. 
O trabalho realizado em grupo promoveu a interação entre os alunos, assim contribuiu para o desenvolvimento do espírito do trabalho em equipe e solidário, uma vez que toda a arrecadação de alimentos do ato da inscrição foi revertida para instituições de caridade.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Disponível em: <http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/energia.php> Acesso em: 01 mai. 2014
Disponível em: < http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/energia-potencial-elastica.htm> Acesso em: 01 mai. 2014
Sampaio, José Luiz; Calçada, Caio Sérgio; Universo da Física 1 – Mecânica; Segunda edição, 2005.
Nussenzveig, Herch Moisés, Curso de física básica; São Paulo, 1981.
Abril Coleções; Ciências da Natureza – Física I – São Paulo: Abril, 2011.