APS locomotiva inercial finalizada com sucesso

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UNIVERSDADE PAULISTA
ENGENHARIA-CICLO-BÁSICO-3ºSEMESTRE
Agatha Shirlei Da Costa Machado-C5449H-0
Erica Leopoldina De Sousa-C519IA-5
Gabriel De Oliveira Quiteria-C636IG-0
Eutimio Marques Da Silva-C441II-1
Guilherme Barboza De Souza-C65EEB-2
Juliene Larisa Lopes Duarte-C69814-8
Paulo Augusto Prata-C635DJ-2
Paulo Henrique De Lima-C70038-0
Rafael Garcia Prado-C394BI-2
ATIVIDADES PRATICAS SUPERVISIONADAS
SÃO PAULO
2016
Agatha Shirlei Da Costa Machado-C5449H-0
Erica Leopoldina De Sousa-C519IA-5
Eutimio Marques Da Silva-C441II-1
Gabriel De Oliveira Quiteria-C636IG-0 
Guilherme Barboza De Souza-C65EEB-2
Juliene Larisa Lopes Duarte-C69814-8
Paulo Augusto Prata-C635DJ-2
Paulo Henrique De Lima-C70038-0
Rafael Garcia Prado-C394BI-2
LOCOMOTIVA INERCIAL
Trabalho Com Base na disciplina de 
Atividades Práticas Supervisionadas-APS
Do curso de Engenharia Básica
Apresentada a universidade Paulista-UNIP
 
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
2. OBJETIVOS GERAIS
2.1 OBJETIVO GERAL
2.2 OBJETIVO ESPECÍFICO 
3. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO
3.1 REFERENCIA INERCIAL 
3.2 COMPOSIÇÃO DE MOVIMENTO
3.3 LANÇAMENTO DE PROJÉTEIS
3.4 ENERGIA MECÂNICA
4. MONTAGEM DA LOCOMOTIVA
4.1 MATERIAIS UTILIZADOS
4.2 CUSTO DE FABRICAÇÃO
5. PROCESSO DE MONTAGEM
6. CÁLCULOS UTILIZADOS
6.1 VELOCIDADE MAXIMA DA LOCOMOTIVA
6.2 ALTURA MAXIMA DO PROJÉTIL
6.3 DURAÇÃO DO MOVIMENTO DO PROJÉTIL
6.4 DESLOCAMENTO HORIZONTAL
7. CONCLUSÃO
8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
9. ANEXO
 9.1 ANEXO DA IMAGEM DA LOCOMOTIVA FINALIZADA
1. Introdução
Uma locomotiva é um veículo ferroviário que fornece a energia necessária para a colocação de um comboio ou o trem em movimento, as locomotivas não tem sua própria capacidade der transporte por isso possuem unidades mistas que servem como transporte de pessoas mais o nome que se dá usualmente não é de locomotiva mais sim de trem.
A primeira locomotiva a ser inventada foi a vapor e consumia carvão ou lenha, ela era composta por três partes fundamentais como o vapor usando a energia do combustível, a máquina térmica transformando a energia do vapor em trabalho mecânico e a carroçaria carregando as cargas. Naquela época os meios de transporte mais importantes de viajar eram os animais. O objetivo da locomotiva era substituir os cavalos e de carregar cargas grandes mais rapidamente por caminhos em longas distâncias. Em seguida a máquina a vapor teve uma das maiores evolução da história moderna do qual o resultado foi a Revolução Industrial.
No século XIX foram aparecer as primeiras locomotivas a vapor sendo usada e mais conhecido até o fim da segunda guerra mundial. Em 1812 um outro tipo de locomotiva foi inventada usando dois cilindros verticais que movimentavam os dois eixos, unidos a uma roda que fazia acionar uma cremalheira. Esta máquina usava nos trilhos ferro fundido substituindo definitivamente trilhos de madeira. Logo depois das madeiras serem substituídas por ferro, as rodas motrizes passaram a ser colocadas atrás das caldeiras permitindo o aumento de sua velocidade.
As locomotivas tiveram muitos progressos pois do vapor foi trocada para elétrica e a diesel mantendo até hoje sua utilização. Nos últimos anos de história da humanidade as locomotivas tiveram uma importância enorme não apenas na Revolução Industrial permitindo o deslocamento de obras-primas dos centros para as fabricas e rapidamente para outras regiões, como também, em nossas vidas como um meio de transporte que pode nos levar para qualquer lugar mais rapidamente. 
2. Objetivos gerais 
2.1 Objetivos geral
O trabalho a seguir tem como objetivo apresentar o projeto e a construção de uma locomotiva inercial, construído com usos de madeira, material de estrutura de livre escolha que permita transporta um projetil (esfera) ao longo do trilho. E em um determinado ponto da trajetória a locomotiva atravessará um túnel. Antes de passar pelo túnel a locomotiva ira lançar o projetil para cima, e assim que a locomotiva sair do túnel, o projetil deverá cair na posição inicial dele. 
A locomotiva tem que movimento uniforme, ou seja, ter velocidade constante a fim de que o projeto seja realizado com sucesso.
No qual desenvolve a capacidade de observação e analise dos diversos fenômenos físicos. Desenvolver no aluno raciocínio logico e crítico. Possibilitar ao aluno o trabalho em grupo para a realização do projeto.
Esta atividade proporciona aos alunos conhecer de forma prática conteúdos estudados no semestre corrente e no semestres passados, integrando as disciplinas de tópicos de física geral (em que foi estudado lei de Newton, equilíbrio estático da barra e atrito), mecânica da partícula (no que estudamos componentes intrínsecas da força e o tratamento estático e a realidade) e cinemática dos sólidos (no qual estudamos velocidade constante, velocidade angular e o movimento de translação).
2.2 Objetivo especifico
Construir um protótipo de locomotiva Inercial que tenha a capacidade de movimentação constante que tenha como objetivo lançar o projetil arremessado para cima do túnel e assim que sair do túnel cair na função original dele com o propósito de analisar situações praticas do seu cotidiano profissional e afim de verificar a lei de Newton e a energia mecânica.
3. Desenvolvimento Teórico 
 
3.1 Referencial Inercial
A Lei da Inércia diz o seguinte quando um corpo está em repouso, ela vai permanecer em repouso até que uma força externa seja aplicado sobre ele. E uma corpo em movimento vai continuar em movimento com uma velocidade constante até que uma força mude isso.
Daí se tem o equilíbrio estático (corpo está em repouso para um determinado referencial) 
O equilíbrio dinâmico (corpo está em movimento uniforme, ou seja, quando a força deste corpo não atua mais por que se anulam)
Referencial pode ser considerado estático ou um movimento uniforme relativo. Um corpo que esteja livre e que se encontra em repouso em relação ao observador inercial pode ser considerado em movimento com velocidade constante em relação aos outros observadores.
Podemos ter como exemplo as estrelas duplas distantes da terra, que estão em movimento uniforme constante.
Um exemplo de um carro fazendo uma curva sobre a superfície da terra a velocidade dele varia, ou seja, não é constante e não é considerado inercial.
 Referencial inercial é um conjunto da primeira Lei de Newton, onde dois referenciais, um está parado e outro está com velocidade continua uniformemente, ou os dois corpos estejam em movimento com velocidade constante são igualmente referenciais inerciais.
3.2 Composição de movimento
A composição de movimento pode se referir a de um objeto como resultado de dois movimentos, quando os dois estão em um movimento relativo. A composição de movimentos também pode especificar é um movimento de um objeto como resultado de dois ou três movimentos contínuos. A locomotiva está baseada nisso com o lançamento do projetil que introduz a decomposição de dois movimento o trem na horizontal (com velocidade constante uniformemente) e o lançamento do projetil na vertical. 
Nos estudos de Galileu ele introduziu a decomposição do movimento em duas componentes uma horizontal e uma vertical, no qual os dois movimentos tem uma simples forma de eixo ortogonais, podem reproduzir um comportamento relativamente complexo.
A decomposição de movimento é assim tem as equações em alguns problemas no plano ou no espaço em outras equações tem uma dimensão em relação ao tempo. Toda composição equivale a soma vetorial de uma grandeza como posição, velocidade e aceleração.
Este tipo de composição pode ser notado em um barco em movimento pelas correntezas de um rio.
A equação da composição de movimento é seguido por subtração e adição de grandezas vetoriais.
Podemos notar isso em nosso cotidiano, como chuva em um para-brisa de um auto-movel, mesmo que a chuva caia na vertical, o motorista que estra em movimento vai observar o movimento bater em obliquo. 
 
3.3 Lançamento de projeteis
O lançamento de um projetil é obliquo, ou seja, um movimento parte verticale parte horizontal, quando os movimentos de um objeto é lançado em um movimento vertical com a força do ar é ignorado, o objeto sofre apenas a aceleração da gravidade.
O objeto é direcionado para frente em um trajeto que vai em altura máxima e depois desce como uma parábola.
Este movimento é considerado obliquo sendo como decorrente o resultado do movimento (y) como vertical e movimento horizontal em (x).
Na direção vertical, podemos ver que ele realiza um movimento uniforme, com velocidade inicia igual a e com a aceleração da gravidade.
Na direção horizontal com velocidade uniforme inicial igual a 
Seja o ângulo com vetor velocidade inicial faz com eixo x, assim temos um movimento ao longo do x.
Equação: X= xo+ vocos0t
Para o movimento do eixo y, temos que considera a aceleração da gravidade g.
Equação: Y= yo+ vo.Sen0t- gt^2/2
Onde g é a aceleração da gravidade, de forma que as coordenadas x, y para um tempo qualquer t, são dadas por:
Equações paramétricas da trajetória:
X= Vo Cos ângulo inciail0t
Y= Vo Sem ângulo inicial0t – gt^ 2/2
Derivando essa equação em t temos:
Vx= VoCos ângulo inicial0
Vy= VoSen ângulo inicial0 – gt
Expressão da trajetória do projétil:
T= Xtg ângulo inicial – gx^2/ 2V0Co^2
Calculo do Alcance máximo e da altura máxima
O cálculo da altura máxima (ymax), atingida durante um lançamento de um projetil. Temos a velocidade vertical é nula, Vy=0, podemos obter a partir da altura máxima a seguinte equação:
0= voSen ângulo inicial o – gt > t= VoSen ângulo inicial o/g
ymax= Vo^2 Sem^2 ângulo inicial o/2g
Para o cálculo do alcance devemos considerar qual a situação física particular ao qual estará submetido o projétil quando o mesmo estiver à máxima distância da origem, tal situação ocorre quando y=0, de forma que, impondo-se esta condição à equação (2) teremos dois valores possíveis para o tempo, t=0, e um tempo que é o tempo que o projétil leva para atingir a máxima distância da origem no plano horizontal, conforme podemos ver na figura 2. De posse deste tempo t, substituímos este tempo na equação (1), de forma que obtemos o alcance (xmax), como segue:
O tempo necessário para atingir a distância é o dobro do tempo necessário para atingir a á máxima altura a partir da observação de simetria do problema temos:
3.4 Energia Mecânica 
A energia mecânica é a capacidade de executar um trabalho. É uma energia que é alienado por meio da força, é a soma da energia cinética, relacionada a um movimento de um objeto com a energia potencial, relacionada ao armazenamento de elástica ou gravitacional.
A equação da energia cinética:
 Com o movimento em repouso temos a equação de Torriceli:
 
Substituindo no cálculo de trabalho:
Teorema de energia cinética 
O teorema de energia cinética diz que “o trabalho da força resultante é medido pela variação da medida de energia cinética”, ou seja, 
4. Montagem da locomotiva
4.1 Materiais utilizados
 
	 Madeira 
	 Cano 3/4
	 Fita Isolante
	 Porca 3/8
	 Parafuso 1/8 X 3/8
	 Tinta Preta
	 Corte de Madeira
	 Portão
	 Rodas
	 Funil
	 Bolinha de Gude
	 Arame 65mm
	 Abraçadeira “U” Simples 3/4
	 Broca 1/8
4.2 Custo de fabricação
	Madeira
	R$ 25,00
	Cano 3/4
	R$ 6,00
	Fita Isolante
	R$ 2,05
	Porca 3/8
	R$ 6,16
	Parafuso 1/8 X 3/8
	R$ 0,45
	Tinta Preta
	R$ 66,90
	Corte de Madeira
	R$ 20,00
	Trilho de Portão
	R$ 
	Rodas
	R$ 64,00
	Funil
	R$ 6,57
	Bolinha de Gude
	R$ 0,80
	Arame 65mm
	 R$ 18,60
	Abraçadeira “U” Simples 3/4
	R$ 8,00
	Broca 1/8
	R$ 4,08
5. Processo de montagem 
 
Materiais sendo escolhidos. 
Materiais já escolhidos, projeto em andamento.
6. Cálculos utilizados 
6.1 Velocidade máxima da locomotiva
Vm= Δs/Δt
Vm= 1600/95
Vm= 16,84
Onde: Vm é a velocidade média
Δs: Espaço total percorrido
Δt: Intervalo de tempo para a realização do percurso
6.2 Altura máxima do projétil 
A altura máxima foi decidido em grupo sobre a sua realização de altura máxima que foi de 50cm (centímetros).
6.3 Duração do movimento do projétil 
A duração do percurso foi de 0,95 segundos.
6.4 Deslocamento horizontal
S=so +v*Δt
S=0 + 16,84* 0,95
S= 15,998
Onde: S é a posição
So: Posição inicial
V: Velocidade
Δt: Velocidade do tempo
7. Conclusão 
Nosso protótipo foi baseado em pesquisas realizadas nas Leis de Newton e lançamento de projeteis. A Lei de Newton ou princípio da inercia alega que toda força conseguinte é nula então a força do objeto é constante.
Um objeto em repouso vai continuar em repouso, até que uma força não nula aja sobre ele com força maior e um objeto que esteja com velocidade constante este irá continuar com movimento retilíneo a menos que uma força não nula aja sobre ele. 
O lançamento de projeteis essa teoria justifica que todo objeto em queda livre representa o lançamento do projeteis em um nível que contenha a altura em relação a um referencial. Desta forma procuramos entender o que as duas teoria estava nós transferindo e a partir disso, fomos atrás dos materiais que seriam utilizados, como seriam montados e o que deveria ser feito.
Com um tempo não muito longo concluímos o projeto com sucesso e podemos perceber o quanto os dois teoremas é visível e perceptível em nosso dia-a-dia.
O protótipo da locomotiva inercial serviu como fonte para que pudéssemos nos aprofundar os conhecimentos em física e cinemática dos sólidos e nos influenciasse no interesse e na busca de novas teorias.
 
8. Referências Bibliográficas
http://www.antf.org.br/index.php/informacoes-do-setor/material-rodante
http://fisicabr.org/mecanica/fis19.html
http://efisica.if.usp.br/mecanica/basico/referenciais/intro/
http://www.resumoescolar.com.br/fisica/definicao-de-referenciais-inerciais/
http://efisica.if.usp.br/mecanica/ensinomedio/composicao/
http://fisicaevestibular.com.br/novo/mecanica/cinematica/composicao-de-movimentos/
http://fisicaevestibular.com.br/novo/mecanica/cinematica/composicao-de-movimentos/
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Cinematica/movobl.php
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Mecanica/Dinamica/energia.php
9. Anexo 
9.1 Anexo da locomotiva finalizada