APS Engenharia

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UNIVERSIDADE PAULISTA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
CURSO SUPERIOS DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA BÁSICO
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA – APS
EDUARDO DE SEIXAS BENEDITO
ERICK VINÍCIUS DE QUEIROZ
GABRIEL PINHEIRO DOS SANTOS
LUCAS BARBOSA DE ALMEIDA
PABLO CAMPOS GOÉS FERRAZ
TAÍS ARAÚJO DA SILVA
THIAGO ARMANDO FURQUIM
THIAGO DIAS CARDOSO
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA: CARRINHO DE RATOEIRA
SOROCABA
2016
	EDUARDO DE SEIXAS BENEDITO
	
	RA: C44FDC-5
	ERICK VINÍCIUS DE QUEIROZ
	
	RA: C581JG-9
	GABRIEL PINHEIRO DOS SANTOS
	
	RA: C55FFF-4
	LUCAS BARBOSA DE ALMEIDA
	
	RA: C57164-4
	PABLO CAMPOS GOÉS FERRAZ
	
	RA: C519HE-0
	TAÍS ARAÚJO DA SILVA
	
	RA: C5660C-8
	THIAGO ARMANDO FURQUIM
	
	RA: C75CHA-8
	THIAGO DIAS CARDOSO
	
	RA: C53445-5
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA: CARRINHO DE RATOEIRA
Trabalho apresentado à Universidade Paulista junto ao curso de Engenharia Básico como exigência parcial para o cumprimento do semestre do curso.
Orientador: Prof. Dr. Irval Cardoso de Faria
SOROCABA
2016
	EDUARDO DE SEIXAS BENEDITO
	
	RA: C44FDC-5
	ERICK VINÍCIUS DE QUEIROZ
	
	RA: C581JG-9
	GABRIEL PINHEIRO DOS SANTOS
	
	RA: C55FFF-4
	LUCAS BARBOSA DE ALMEIDA
	
	RA: C57164-4
	PABLO CAMPOS GOÉS FERRAZ
	
	RA: C519HE-0
	TAÍS ARAÚJO DA SILVA
	
	RA: C5660C-8
	THIAGO ARMANDO FURQUIM
	
	RA: C75CHA-8
	THIAGO DIAS CARDOSO
	
	RA: C53445-5
	
	
	
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA: CARRINHO DE RATOEIRA
Trabalho apresentado à Universidade Paulista junto ao curso de Engenharia Básico como exigência parcial para o cumprimento do semestre do curso.
Aprovado pela Banca Examinadora em _____ de ______________ de 2016
BANCA EXAMINADORA
Professor(a) ___________________ – UNIP
Professor(a) ___________________ – UNIP
Professor(a) ___________________ – UNIP
RESUMO
Este trabalho objetivou...
Palavras-chaves: ?. ?. ?.
ABSTRACT
This work aimed…
Keywords: ?. ?. ?.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO	XX
2. MATERIAIS E MÉTODOS	XX
2.1 MATERIAIS UTILIZADOS	XX
2.2 MÉTODO	XX
3. DESENHOS E FOTOS	XX
4. RESULTADOS E ANÁLISE DOS RESULTADOS	XX
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS	XX
REFERÊNCIAS	XX
ANEXO I – Declaração de Autoria do Grupo	XX
INTRODUÇÃO
 “A energia não pode jamais ser criada ou destruída; ela pode ser transformada de uma forma em outra, mas a quantidade total de energia se mantém constante” (HEWITT, 2009)
O presente projeto refere-se à concepção de um veículo movido somente por energia potencial, conservada em uma mola. Esse tipo de projeto é comumente chamado de “Carrinho de Ratoeira”, sendo este nome adotado, também, neste projeto.
O Carrinho de Ratoeira (Mousetrap Car no original em inglês) foi inventado por James Henry Atkinson na Inglaterra em 1897, junto com outros inventos baseados na energia potencial elástica de uma mola, e desde então vem sendo usado no ensino da física nas escolas de vários países (2010, FERREIRA, PANZERA et al).
O movimento do carrinho se dá pela transformação de dois tipos de energias: energia potencial em energia cinética. Mas, antes de iniciar a definição dessas energias em questão, é necessária uma explanação sobre o que é energia, que em grego significa “trabalho” (do grego enérgeia e do latim energia) (BUCUSSI, 2007).
Para Hewitt (2009), energia é, possivelmente, o conceito mais central no estudo da ciência e sua combinação com a matéria constitui todo o universo, sendo a matéria a substância que o compõe e energia o que faz essa matéria se mover. Segundo Walker, Halliday e Resnick (2014), energia tem uma definição tão ampla que é difícil chegar a um conceito simples, sendo uma grandeza escalar associada ao estado de um ou mais objetos. Entretanto, segundo Wilson (1968, apud BUCUSSI, 2007) o termo energia foi usado inicialmente para explicar diversos fenômenos, mas a partir de 1807 o médico e físico inglês Thomas Young usou o termo energia, relacionando-o diretamente com a concepção de que a energia informa a capacidade de um corpo realizar algum tipo de trabalho mecânico. Portanto, energia é, de modo direto, a capacidade de um objeto realizar trabalho.
Outro fator importante sobre a energia é que a mesma pode ser transformada de uma forma para outra e transferida de um objeto para outro, mas a quantidade total é sempre constante. Esse é o princípio da Lei da Conservação da Energia, onde a energia total de um objeto ou sistema (soma de todas as energias envolvidas) não se altera (WALKER, HALLIDAY, RESNICK, 2014). Na ausência de trabalho fornecido, produzido ou troca de energias, a energia total entre o começo e o final de um processo é sempre a mesma, sem perda ou ganho (HEWITT, 2009).
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade adotada para energia (qualquer tipo de energia) é o Joule (J).
Hewitt (2009), expõe que, na atuação de uma força, um objeto pode entrar em movimento, estando apto a realizar trabalho, em função da energia criado nesse movimento. Dá-se a essa energia o nome de Energia Cinética. Visto isso, a definimos a como a energia associada ao movimento de um objeto. Quanto maior for a velocidade que tal objeto se move, maior será sua energia cinética, ao passo que quanto menor a velocidade, menor será a energia cinética. Quanto o objeto se encontra em repouso a energia cinética é nula (WALKER, HALLIDAY, RESNICK, 2014).
A energia cinética é dada pela seguinte fórmula:
Onde:
K = Energia Cinética (J);
m = Massa (kg);
v = Velocidade (m/s).
Podemos observar como a energia se conserva em um objeto através do trabalho exercido pela ratoeira, no projeto proposto. Quando se gira a armação, travando-a na posição de trabalho, aplica-se tensão em sua mola, que se conserva, até que a ação de uma força externa desarme o dispositivo, e faça com que a armação retorne à sua posição inicial. Enquanto a ratoeira se encontra em posição de trabalho, a tensão aplicada na sua mola é sua energia potencial. Hewitt (2009), diz que um objeto pode armazenar energia, baseado na sua posição em relação a outro objeto, e que essa energia armazenada e apta para uso imediato é a Energia Potencial.
A energia potencial é dividida em dois tipos principais: Energia Potencial Gravitacional e Energia Potencial Elástica.
A Energia Potencial Gravitacional depende da ação da força da gravidade sobre um objeto, quando o mesmo é abandonado de uma certa altura, e a gravidade o puxa para o centro da Terra, agindo como uma mola esticada. A energia que se cria ao deslocar um objeto de seu estado inicial para uma posição superior, por deslocamento ou arremesso é a energia potencial gravitacional (MOSCATTI & HAMBURGUER, 1984). Calcula-se assim:
Onde:
EPG = Energia Potencial Gravitacional (J);
m = Massa (kg);
g = Aceleração da Gravidade (m/s2);
h = Altura do objeto (m);
Usando o mesmo exemplo supracitado da mola, onde vimos como se efetua a conservação de energia potencial, podemos definir a Energia Potencial Elástica, a que usamos como propulsora para o deslocamento do carrinho de ratoeira, como a energia conservada em um objeto, através do trabalho exercido por uma mola. Tipler & Mosca (2000) também fazem uso de uma mola ao explicar esse conceito, onde, ao comprimir ou tracionar esta mola, a energia cinética é nula nesse movimento, visto que a soma das forças é igual a zero. Porém, o trabalho realizado sobre a mola é positivo e armazenado na mola como energia potencial elástica. Tal energia faz com que a mesma retorna ao seu estado inicial, desde que não haja deformação plástica na mola, mas apenas deformação elástica. Define-se por:
Onde:
EPE = Energia Potencial Elástica (J);
k = constante elástica da mola (N/m);
x = deformação da mola (m);
Expostos os conceitos referentes as energias cinética e potencial, a soma entre estas define a Energia Mecânica de um sistema, onde, para o presente projeto, têm-se que a Energia Mecânica é resultado da soma da Energia Potencial Elástica e Energia Cinética.Considera-se o sistema atuante como isolado, onde sua energia total se mantem conservada. Além do mais, despreza-se a transformação da energia potencial da mola em qualquer outro tipo de energia, adotando, a princípio, que toda energia potencial elástica se transforma em energia cinética, sem dissipação. Tal concepção se aplica somente em teoria, visto que sempre haverá dissipação de energia, especialmente em energia térmica (calor). Em se adotando a transformação total entre as energias, sua energia mecânica total também é constante (MOSCATTI & HAMBURGUER, 1984).
Isto posto, quando há conservação de energia em um sistema, podemos dizer que a energia mecânica final do sistema se equivale à mesma existente no início do processo, sem perdas no trabalho realizado (TIPLER & MOSCA, 2000).
Calculamos a energia mecânica pela seguinte expressão:
Onde:
EM = Energia Mecânica Total (J);
EP = Energia Potencial (J);
K = Energia Cinética (J);
MATERIAIS E MÉTODOS
 MATERIAIS UTILIZADOS
Para a construção do Carrinho de Ratoeira adotou-se, inicialmente, várias alternativas quanto as matérias-primas a serem utilizadas, como aço, alumínio, madeira, materiais poliméricos e itens comerciais variados para a produção do carrinho. Devido à disponibilidade e/ou custo de cada item, estabeleceu-se os seguintes materiais na efetivação do projeto:
Chassis (aço);
Eixo dianteiro (alumínio);
Eixo traseiro (alumínio);
Mancal (aço);
Roda dianteira (nylon);
Roda traseira (nylon);
Propulsor (ratoeira comercial em zinco);
Haste de Transmissão (aço);
Cabo de Transmissão (barbante);
Porca sextavada DIN 932 M4 (aço);
Parafuso cabeça Allen DIN 912 M4x6 (aço).
 MÉTODO
Para a concepção do projeto o primeiro procedimento seguido foi a leitura da normativa regente do mesmo (fornecida pela UNIP), onde obteve-se os parâmetros necessários para sua construção e, também, o método de avaliação do mesmo.
Para tal, os dados abaixo, retirados da normativa, guiaram o desenvolvimento do trabalho:
Uso de uma única fonte de energia potencial elástica;
Ter no mínimo três pontos de contato com o solo;
Ser impulsionado somente por um elemento elástico;
O comprimento máximo do carrinho deve ser de 0,30 m, sem considerar a haste de propulsão;
A haste está limitada a 0,40 m de comprimento;
Percorrer um percurso de 3,00 m de comprimento, limitado, lateralmente, por duas faixas distas 0,80 m. O carrinho iniciará o percurso partindo de trás da linha limitante, na sua porção central, e não deve ultrapassar as faixas laterais antes que conclua o trajeto de 3,00 m estipulado. Ultrapassando o limite lateral antes da distância determinada, ou não cruzando o percurso total, o lançamento será invalidado. A equipe dispõe de 3 lançamentos para aprovação do projeto;
Sem restrição quanto aos materiais utilizados na construção do carrinho;
Esclarecidos os pontos, partiu-se para a definição do protótipo, onde cada integrante contribuiu com informações e ideias, gerando discussões construtivas quanto à melhor possibilidade de aliar performance e acessibilidade (prazo e custo) ao mesmo. Definiu-se as atribuições necessárias e o prazo máximo para a conclusão de cada etapa, conforme o cronograma abaixo:
	Cronograma
	Atribuição
	Prazo
	Pesquisa de material técnico
	24/03/2016
	Estudo do Projeto
	20/04/2016
	Projeto Final
	23/04/2016
	Relatório Prévio
	30/04/2016
	Fabricação
	10/05/2016
	Testes
	12/05/2016
	Ajustes Finais
	13/05/2016
	Apresentação
	14/05/2016
	Relatório Final
	04/06/2016
De forma justa, cada componente do grupo se responsabilizou por alguma função, conforme a necessidade e disponibilidade dos envolvidos, especialmente quanto à construção do protótipo em si. A caráter de pesquisa e montagem do relatório, coube à todos, igualmente, a execução desta.
 
Ainda falta escrever.
DESENHOS
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Figura 5
Figura 6
RESULTADOS E ANÁLISE DOS RESULTADOS
Ainda falta escrever.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Ainda falta escrever.
REFERÊNCIAS
WALKER, Jearl; HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Fundamentos de Física: Volume 1: Mecânica. 9. ed. Rio de Janeiro. LTC, 2014. 340 p.
BUCUSSI, Alessandro A. Introdução ao Conceito de Energia. Porto Alegre: UFRGS, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, 2007.
WILSON, Mitchell. A energia. Rio de Janeiro: José Olympio, 1968. 200p. In: BUCUSSI, Alessandro A. Introdução ao Conceito de Energia. Porto Alegre: UFRGS, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física, 2007.
HEWITT, Paul G. Fundamentos de Física Conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2002. 440 p.
FERREIRA, Fabiano A.; PANZERA, Túlio H. et al. Otimização do Rendimento de um Mousetrap Car Através de Planilhas Eletrônicas Interligadas. In: IX SIMPÓSIO DE MECÂNICA COMPUTACIONAL – SIMMEC, São João Del-Rei: UFSJ, 2010.
MOSCATTI, Giorgio; HAMBURGUER, Ernst W. et al. Mecânica 1. Rio de Janeiro: FAE, 1984.
TIPLER, Paul A.; MOSCA, Gene. Física para cientistas e engenheiros. Vol. 1: mecânica, oscilações e ondas, termodinâmica. 6.ed. Grupo Gen-LTC, 2000.
ANEXO I – Declaração de Autoria do Grupo
Nós, abaixo assinados e alunos do curso de Tecnologia em Radiologia da Universidade Paulista do campus de Sorocaba, declaramos a quem possa interessar e para todos os fins de direito que:
Somos os legítimos autores deste trabalho semestral e cujo título é: ESCREVER O TÍTULO.
Respeitamos a legislação vigente de direitos autorais, em especial citando sempre as fontes que recorremos para transcrever ou adaptar textos originais e produzidos por terceiros, conforme as orientações e correções efetuadas pelos professores que nos orientaram.
Declaramos ainda ter ciência de que se for apurada a falsidade das declarações acima este trabalho será considerado invalido e receberá nota igual a 0,00 (zero), implicando nossa retenção na disciplina Atividade Prática Supervisionada do respectivo semestre.
Por ser verdade, firmamos a presente declaração.
Sorocaba, ____ de ______________ de 2016.
	Assinatura: _____________________
Nome: _________________________
	
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