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UNIP- Universidade Paulista Engenharia Mecatrônica ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS BRASÍLIA – DF 2016 C08BGD3 - ANDRE FILIPE DA SILVA CARVALHO C27DAB0 - BRAION BARBOSA DE MOURA C1765C1 - FELIPE DOUGLAS SANTOS DA SILVA C26JHE8 - GABRIEL ALVES DE ABREU C379DD7 - GABRIEL DE CARVALHO BARBOSA C374415 – KEIVISSON CAMPOS DA SILVA C335380 - LEVI ARAUJO LIMA C14CJG9 – MATHEUS CANEDO RIBEIRO BORGES C29BDD6 - RAYLE MARTINS LIMA C18BJG4 - VITOR VINICIUS GOMES CERQUEIRA ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS Relatório referente a disciplina Atividades Praticas Supervisionadas Aplicada do curso de bacharel em Engenharia Mecatrônica. BRASÍLIA – DF 2016 1. Resumo Nos dias atuais, muitos são os motivos pra se preocupar com as fontes de energia existentes, seja por recursos naturais que estão se esgotando ou pelo apelo da natureza que não suporta mais a poluição gerada por nossa energia suja. Pensando num modo de se obter energia de uma fonte limpa e inesgotável procuramos transformar uma ideia futurista de geração de energia em possibilidade de melhorias para o sistema já existente, através da construção de uma máquina de movimento continuo. Um moto-contínuo, ou máquina de movimento perpétuo são classes de máquinas hipotéticas as quais reutilizariam indefinidamente a energia gerada por seu próprio movimento. 2. Introdução No estudo da física, o eletromagnetismo é o nome da teoria unificada desenvolvida por James Maxwell para explicar a relação entre a eletricidade e o magnetismo. Esta teoria baseia-se no conceito de campo eletromagnético. O campo magnético é resultado do movimento de cargas elétricas, ou seja, é resultado de corrente elétrica. O campo magnético pode resultar em uma força eletromagnética quando associada a ímãs. A variação do fluxo magnético resulta em um campo elétrico (fenômeno conhecido por indução eletromagnética, mecanismo utilizado em geradores elétricos e transformadores de tensão). De forma semelhante, a variação de um campo elétrico gera um campo magnético. Devido a essa interdependência entre campo elétrico e campo magnético, faz sentido falar em uma única entidade chamada campo. 3. Teoria Um moto-contínuo seria uma máquina que operaria indefinidamente, sem consumo de energia ou ação externa, apenas por conversões internas de energia, ou seja, uma máquina totalmente conservativa, o que segundo os físicos não poderia existir porque toda máquina sempre dissipa energia, por menor que seja, mas dissipa. E essa energia perdida pode ser liberada em forma de calor, som, luz e etc. Imagem 1 – Campo magnético Se fosse possível construir tal máquina, os problemas energéticos do mundo estariam resolvidos, já que não apenas funcionariam sem o consumo de energia, como também gerariam energia para suprir nossas necessidades. Partindo da observação de um modelo (de equipamento) já existente, ocorreu-me uma possibilidade, que me pareceu óbvia demais para ser descartada. Em um motor elétrico convencional, a corrente elétrica que circula pela bobina do eixo faz com que a polaridade dos eletroímãs se alterne continuamente, mantendo o eixo em constante movimento, sempre buscando o ponto de equilíbrio, o que só é conseguido quando a corrente é cortada e o motor parar. Imagem 2 – Motor magnético A força magnética é uma força conservativa. Isto significa que se pegar num íman e deslocá-lo entre dois pontos num campo magnético, a soma total de energia produzida ou despendida no processo é uma constante que não depende do caminho ou da velocidade que adotar para deslocar o íman entre aqueles dois pontos. Acrescente-se que se os pontos de partida e de chegada forem os mesmos, a variação da energia total envolvida no deslocamento através de qualquer caminho adotado, é exatamente igual a zero. O mesmo é verdade se tentar mover uma massa entre dois pontos em um campo gravítico, porque a força da gravidade é também uma força conservativa. Pense, no caso ideal, numa máquina que eleva uma pedra do chão até uma altura de um metro. A máquina, nesse processo, gasta energia, pois através do seu motor, consumiu energia para elevar a pedra até um metro de altura. Mas imagine que a dita máquina também tem um gerador elétrico. Assim sendo, depois, poderia eventualmente recuperar essa energia, com o peso que a pedra efetua na máquina através da força gravítica. A energia consumida para subir a pedra, seria exatamente igual à energia produzida na descida da pedra (caso ideal, sem perdas). Noutro exemplo, imagine que quer deslocar-se na sua bicicleta entre dois pontos diferentes em altitude, por exemplo, entre a base e o topo de certa montanha. Se ignorar a resistência do ar, a resistência dos rolamentos da bicicleta e outras formas de atrito, então são irrelevantes o caminho que adotar entre os dois pontos ou o quão rápido se consegue deslocar. Se o ponto de chegada é mais elevado do que o ponto de partida, será necessário que adicione certa quantidade de energia, ou seja, terá de efetuar trabalho (força vezes deslocamento); se o ponto de chegada é mais baixo que o ponto de partida, você e a sua bicicleta receberão energia que será transformada essencialmente em energia cinética, tendo em conta a velocidade atingida. No campo gravítico ideal (sem atritos) se se deslocar para cima na sua bicicleta e voltar exatamente ao mesmo ponto para baixo por qualquer caminho, a energia total será exatamente igual a zero, pois o trabalho que teve de efetuar para subir, foi compensado na descida, ou seja deu trabalho, mas depois recebeu-o, e no cômputo geral o resultado é nulo. Os carros, motas ou outros quaisquer veículos precisarão sempre de energia para se deslocar, porque a gravidade não é a única força em jogo, nem muito menos a mais dominante. Os atritos aerodinâmicos ou os atritos dos rolamentos por norma superam bastante num veículo os efeitos da força da gravidade. E todas estas formas de fricção ou de atrito, que estão presentes nos veículos, não são forças conservativas, pois na generalidade a energia de fricção é perdida em calor. Com o atrito, o sistema fica sempre a perder! Um local onde o atrito é praticamente inexistente é no espaço remoto, fora do planeta terra. É por isso que a lua e os satélites artificiais oscilam “sem dificuldade” à volta do planeta terra, pois a força principal em causa é a força gravítica. Por exemplo, a lua à volta da terra demonstra de forma simples o princípio conservativo da gravidade, pois a sua trajetória é elíptica. À medida que a lua se aproxima do planeta terra, ou seja que a distância ou o raio de curvatura diminui, a velocidade da lua aumenta, mas a velocidade volta a diminuir quando a lua se começa a afastar novamente da terra. Este processo mantém-se. Qualquer eventual máquina de movimento perpétuo, ou moto- contínuo, que faça uso de ímanes ou da gravidade incorre no mesmo erro teórico pois quer a gravidade, quer o magnetismo são ambas forças conservativas. Mesmo que no caso ideal, se eliminassem todos os atritos, a soma total de energia consumida e produzida seria exatamente igual a zero. É como um pêndulo, sem atritos no caso ideal, oscila eternamente, mas não gera energia por si, pois se colocarmos um pequeno peso no pêndulo para que este o eleve, na prática o pêndulo perderá “força”. É muito comum osinventores de moto-contínuos ficarem extremamente emocionados quando as suas máquinas produzem muita energia ao longo de um certo ciclo, mas as suas máquinas precisam sempre de consumir pelo menos essa mesma quantidade de energia, para avançar a máquina para o próximo ciclo. E isto é sempre verdade, não importa quantos ímanes ou pesos se quiserem usar, lembre-se apenas, que não há energia produzida do nada! Uma força conservativa permanecerá sempre constante sob um dado conjunto de circunstâncias. Se colocar dois ímanes de uma determinada força a uma determinada distância entre si, a força entre os dois ímanes permanecerá constante para sempre. Se colocar duas massas a uma determinada distância entre si, a força entre as duas massas irá também permanecer constante para sempre. Neste sentido, a energia total num sistema conservativo não pode variar. Se a energia variasse num sistema conservativo podíamos “desligar” a gravidade após a descida de um pêndulo para que este começasse a acelerar eternamente, mas não há produção de energia vinda “do nada”. Num sistema conservativo, nada se perde nada se ganha, tudo se transforma. Quando um pêndulo oscila, no caminho para cima, a energia cinética transforma-se em energia potencial gravítica, na descida, a energia potencial transforma-se em energia cinética. Assim, uma máquina isolada nunca conseguirá produzir energia a partir do nada, tal é impossível. Num motor magnético, podemos ter ímanes que se ligam ou desligam denominados eletroímãs, mas qualquer trabalho aplicado ao rotor do motor vem sempre da energia elétrica aplicada aos eletroímãs, e é exatamente assim que funcionam os motores elétricos. Poderíamos num caso ideal sem atritos, ligando e desligando os eletroímãs, colocar um motor magnético a rodar eternamente sem gastar qualquer energia, tal como colocamos o pêndulo a oscilar eternamente sem lhe adicionarmos energia, mas ao mínimo esforço pedido ao motor do veículo, para acelerar o veículo, por exemplo, seria pedida energia ao motor, e como “não há energia de borla” o veículo pararia! É como o pêndulo que oscila eternamente no caso ideal: se lhe colocássemos um pequeno peso no movimento ascendente, para que o pêndulo elevasse o referido peso, o pêndulo perderia “força”, ou seja, diminuía o ângulo do seu período. Imagem 3 – Suposto Motor Perpetuo 4. Protótipo Os materiais usados foram imos de neodímio parafusos, porcas, rolamentos e placas de ferro. Para realizar a montagem do protótipo, foram muitas ideias, muitos modelos de varias maneiras de montar. Ate chegarmos a um modelo mais próximo do ideal. Na escolha do protótipo, optamos por um modelo que se moveria horizontalmente, pela facilidade de se regular e fazer alterações, na montagem escolhemos trabalhar com madeira por ser de fácil modelagem, utilizamos também rolamentos, imas neodímios, para fixar usamos parafusos, porcas e cola quente. Imagem 4 - Cooler de Computador Nosso protótipo constitui de um cooler, dois braços que seguram a roda, 15 imas neodímio, e uma base para segurar os imas fixos. Com o modelo pronto e ajustado com nossas ideias, começamos os testes, e obtivemos resultados diferentes. Em alguns testes impulsionamos a roda e observamos que ela se estabilizava e ia parando com a força de atração e repulsão. Em outros testes com os ajustes feitos, ela nem chegou a girar, e com novos ajustes, ela girava e parava após alguns segundos devido a força de atração e repulsão serem muito fortes. Imagem 5 – Cooler com os imãs Imagem 6 - Imã Em nossa ideia de protótipo fizemos inúmeros testes e modificações, mais não obtivemos resultados positivos, e por fim chegamos a conclusão de que nosso modelo não funcionaria, pois as forças de atração e repulsão são muito fortes e idênticas assim anulando o movimento da roda Imagem 7 – Teste com imãs após giro forçado Imagem 8 – Teste com imãs após giro forçado 5. Conclusões Fazendo um minucioso estudo sobre imãs, visando conhecer suas características, pudemos escolher imãs que possuam grande força de atração e repulsão, e que ao ser estressado por agentes externos, como calor e vibrações entre outros, tenham menor perda possível de suas características possuindo assim grande durabilidade de sua força magnética. Com os imâs escolhidos e adquiridos foi montado um protótipo que não atingiu o resultado esperado, pois o mesmo não mantinha o movimento por muito tempo e mesmo em algumas situações ainda se notava uma força de frenagem no modelo. Estes resultados mostraram a necessidade da pesquisa de outros modelos mecânicos diferentes do modelo usado em nosso s testes. 6. Referencias Bibliográficas Disponível em: <http://www.portaleducacao.com.br/pedagogia/artigos/48764/referencias- bibliograficas-tiradas-na-internet-como-colocar-no-trabalho#ixzz49lFt4sJd>. Acesso em 26 de maio de 2016. Disponível em: <http://www.feiradeciencias.com.br/sala25/25_c04.asp>. Acesso em 26 de maio de 2016. Disponível em: <http://www.veraveritas.eu/2012/11/por-que-nao-funcionam-os- moteres.html>. Acesso em 26 de maio de 2016. Disponível em: <http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-703526497-ima-de-neodimio- super-forte-10mm-x-4mm-10-pecas-_JM>. Acesso em 26 de maio de 2016.
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