Carrinho de ratoeira 2019

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Carrinho de ratoeira 2019 
Engenharia da Computação 
Fundamentos de Ciências Exatas 
 
Prof(a) - Rejane Dorn 
 
 
Nelson Cerqueira 
Leonardo Secco 
 Antônio Crispim 
Felipe Leal 
Leonardo Arion 
 
 
 
 
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1. Objetivos 
 
Com o objetivo de estudar, aprender, aplicar conceitos de física e desenvolver a 
criatividade utilizando a aprendizagem por projetos, desenvolvemos um projeto 
relativamente de baixo custo e que permite participar de uma corrida de ratoeira, 
obedecendo a regras estabelecidas em um edital e com desenvolvimento de testes para 
obter dados importantes e sensíveis, tais como energia cinética e velocidade. Tudo 
isto sem contar com a diversão garantida em equipe durante a competição, onde 
também seremos avaliados para pontuação futura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Introdução 
 
Inicialmente, imaginamos um carrinho com desenhos simples e que operasse em 
condições ideais, com os sistemas mecânicos perfeitos e sem perdas ou 
dissipações de energia, de modo a operar com 100% (cem por cento) de 
eficiência. Isto só e possível em desenho, de modo que fizemos um único projeto, 
e tão logo todos do grupo entraram em acordo sobre sua execução, os desenhos 
foram expressos da seguinte forma: 
 
 
 
 
 
 
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Após a concepção da ideia e expressão em desenho, contando ainda com ajuda de vídeos 
do youtube para a concepção e imaginação, partimos para a seleção e escolha dos 
materiais. 
Para fazer esse carrinho, seriam então necessários: 
 
a. Uma base de madeira maciça do tamanho da ratoeira, 
 
 
 
 
 b. Cds, que fazem as vezes de rodas, 
 
 
 
c. Dois tubos de caneta vazios para os eixos, 
 
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d. Quatro ganchos de metal com topo fechado, 
 
 
 
e. Uma ratoeira de tamanho médio, de no máximo 60cm x20cm 
 
 
 
f. Balões de aniversario paras encapar as rodas e fixar os eixos, 
 
 
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g. Quatro abridores de lata de refrigerante, 
 
 
 
 
h. Um barbante ou cordão, 
 
 
 
i. Palitos de churrasco, 
 
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Nas ferramentas e produtos, seriam necessários: 
 
a. Cola superbonder ou tekbond, 
 
 
b. Alicate, 
 
 
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c. Tesoura, 
 
 
 
d. Estilete, 
 
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e. Furadeira, 
 
 
 
 
 
 
 
 
f. Trena, 
 
 
 
3. Desenvolvimento da construção 
 
 
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Passo 1 – Como colar pode não ser seguro, preferimos parafusar primeiro a ratoeira na 
base de madeira. Assim, ela fica mais fixa e dá mais estabilidade ao movimento do 
sistema mecânico, evitando rompimento durante a torção da mola. 
 
 
 
 
 
 
Passo 2 – Após o passo 1, foram feitos dois furos a um centímetro das bordas frontal e 
traseira, para fixação dos ganchos de metal. 
 
 
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Passo 3 – Após a fixação dos ganchos de metal, criaram-se duas entradas em que foi 
possível colocar os tubos de caneta, que formaram os eixos envolvidos nas bordas por 
balões para fixar e permitir o deslocamento dos cds, que foram fixados na extremidade. 
Quatro abridores de lata, dois na dianteira e dois na traseira, foram colocados nos eixos 
para que eles se mantivessem lineares e evitassem a oscilação do movimento dos cds, o 
que poderia desviar a direção que o carrinho toma ao se movimentar. 
 
 
 
 
Passo 4 – neste passo, pegamos oito cds e colamos de dois em dois, de modo que 
formamos quatro rodas com uma superfície de contato um pouco maior do que a de um 
só CD, o que colabora com os eixos fixados por uma tampa de lata para maior estabilidade 
do movimento. Também encapamos as rodas com balões de aniversário, para conferir 
 
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maior atrito com o solo e garantir que o movimento imprimido ao eixo pela energia 
potencial elástica da mola, transmitida àquele por um cordão, ocorra de forma eficaz. 
 
 
 
Passo 5 – Além das tampas de lata nos eixos e da superfície de contato maior com as 
rodas no chão, a estabilidade maior do movimento conta também com a fixação dos cds 
nos eixos, que precisam ser as mais seguras e estáveis possíveis, o que conseguimos 
dobrando balões de aniversário nas extremidades de cada eixo. 
 
 
 
Passo 6 – Logo em seguida, encaixamos os cds nas extremidades de cada eixo, de modo 
que, com a soma da ação das tampas de lata, da superfície de contato e da fixação dos cds 
por meio de balões de borracha, a estabilidade do movimento seja a maior possível e 
garanta um movimento próximo do retilíneo uniforme. Depois disso, temos um carrinho 
de ratoeira com essas configurações: 
 
 
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4. Problemas ocorridos durante os testes e soluções encontradas 
 
Teste 1 
 
No primeiro teste em piso rugoso, verificamos que o carrinho andou no máximo um 
metro. Supusemos que o peso da madeira criava uma pressão sobre o eixo traseiro, o que 
aumentava o atrito do eixo com os ganchos de ferro durante o deslocamento, dissipando 
a energia cinética imprimida ao eixo pela energia elástica, o que resultou no curto 
deslocamento do carro. 
 
Solução – se o ponto central do problema era o atrito entre o eixo e os ganchos, então 
colocamos óleo de carro nos dois eixos, de modo a reduzir o atrito e conferir maior 
aceleração ao sistema mecânico, apesar da massa deslocada pelo sistema força energia 
agindo sobre diferentes partes do carrinho, que se comunicam, repito, por um sistema 
força-energia. Colocamos o carrinho para andar novamente, mas os problemas não 
pararam por aí. 
 
Teste 2 
 
No segundo teste, resolvido o problema do atrito, o carrinho acelerou muito, mas não se 
deslocou. Após algumas observações, verificamos que a superfície de contato das rodas, 
apesar de boa e média, era muito lisa, tendo poucas rugosidades que pudessem entrar em 
 
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contato com as rugosidades do terreno, e através de um sistema de deslocamento, ação e 
reação entre rugosidades, pudesse gerar movimento a contento. 
 
Solução – desse modo, encapamos as rodas com uma camisinha sem lubrificante, pois o 
plástico da camisinha, sem lubrificante, é rugoso o suficiente para gerar atrito com o chão 
(independente da superfície), e assim, conferir movimento ao carrinho. Esperávamos que 
ele saísse do lugar, mas mais uma vez ele não se deslocou, apesar da boa rotação das 
rodas. 
 
Teste 3 
 
No terceiro teste, colocamos então uma segunda cobertura nas rodas, feita de balão de 
aniversario, para aumentar o atrito e proteger a primeira camada de plástico, feita de látex 
de camisinha. Desta vez, trocamos uma quadra de esportes por um piso mais liso, a 
garagem de uma casa. E fizemos o primeiro teste nessa superfície. E mais uma vez o 
carrinho andou pouco. 
 
Teste 4 
 
Verificamos no teste anterior que as rodas oscilavam durante seu movimento. Isso se 
devia a duas situações – pequenas ranhuras no piso da garagem e falta de fixação firme 
dos eixos no pneu. Somente os balões não eram suficientes para a fixação. Além de 
colocar uma segunda camada de borracha na roda, colamos os balões nos eixos com cola 
super, e alinhamos, de modo que o eixo lateral e os eixos paralelos ficassem alinhados o 
máximo possível, conferindo um movimento mais retilíneo ao carro. 
 
Teste 5 
 
No quinto teste, finalmente, o carrinho percorreu a distancia de 8,20 m, mostrando que 
os esforços para solucionar os problemas apresentados durante os testes deram resultado. 
 
 
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Teste 6 
 
No sexto e último teste, o carrinho percorreu 11,53 metros, mostrando que havíamoschegado a uma solução definitiva, o que não dispensa os cuidados com manutenção ate o 
dia da corrida de ratoeira. 
 
 
 
 
5. Forças e energia sobre o sistema 
 
 
 
 
 
 
 
 
A primeira e principal força que está na base da possibilidade de deslocamento é a força 
gravitacional, resultante da interação entre corpos, mais especificamente do corpo 
terrestre com a Terra. Essa interação gera um campo gravitacional que permite a fixação 
e posicionamento de corpos entre si, e, daí, a possibilidade de deslocamento em múltiplos 
movimentos. No caso do carrinho, se não fosse a força gravitacional resultante dessa 
 
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interação, não haveria contato entre o carrinho e o solo, e, consequentemente, não haveria 
força de atrito, que permite à força elástica seja transmitida a um cordão, gerando tração 
sobre o cordão que é transmitida ao eixo, fazendo-o girar e resultando em transmissão de 
movimento à roda traseira quase simultaneamente à aplicação de forças de ação e reação 
entre as ranhuras da roda e do chão, gerando a resultante força de atrito, permitindo o 
movimento em uma direção e sentido determinados. 
 
Toda essa interligação entre forças e movimento atuam sobre uma massa de 555 g 
(quinhentos e cinquenta e cinco gramas), resultando numa força peso de: 
 
 
P=mxg 
 
 
Em que P é a força peso, 
m é a massa do sistema mecânico, 
e g é a aceleração da gravidade. 
 
Assim, sendo: 
 
m= 0,555 
g=9,8 m/s™ 
Então: 
P=mxg, 
P=0,555x9,8 
P=5,43 N(newtons) 
 
A força peso (P) possui uma força de reação correspondente, a força normal N, que tem 
a mesma direção da força peso, mas sentido contrário. Elas têm intensidades 
correspondentes, por isso se anulam, tendo o mesmo valor. Assim: 
 
P=N 
 
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Logo, N=5,43 N(newtons) 
 
 A força normal influencia a força de atrito, dependente de uma constante adotada como 
parâmetro (a constante de atrito, representada pela letra grega mi), que por sua vez 
depende da rugosidade da superfície de contato do material e da rugosidade da superfície 
de deslocamento, e a força normal, que tem a mesma direção e o sentido oposto ao da 
força peso. Ambas são diretamente proporcionais, pois quanto mais rugosa a superfície, 
maior o coeficiente de atrito e, portanto, maior a reação ao peso, que é a força normal. O 
coeficiente de atrito é uma constante que expressa o nível de rugosidade da superfície de 
contato. Assim, em termos matemáticos essa relação física é expressa pela equação 
 
Fat=mi x N 
Em que 
Fat=é a força de atrito, 
mi é a constante de atrito, 
N é a força de reação normal. 
 
Sendo mi = 0,75 e força normal equivalente ao peso, então temos que: 
Fat=0,75x5,43 
Fat= 4 N(newtons) 
 
A mola gera um potencial para exercer força quando é movida para direção oposta ao 
repouso. Isso se deve a uma propriedade das molas chamada de elasticidade, capacidade 
de se contrair ao máximo possível, de modo a resistir ao estado de restauração. Quando 
essa contração é liberada da resistência à restauração, ela se transforma em uma força 
distensora que, que transmitida a um cordão ou filamento, se transforma em força de 
tração capaz de mover objetos, com o apoio da força de atrito cinético, e gerar energia 
cinética, resultando em movimento. Essa relação física é expressa matematicamente por: 
 
F=KxX 
 
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Em que 
Fel é a força elástica, 
K é a constante de elasticidade, e 
X é a distensão da mola, medida em metros, cm, etc. 
 
Sendo K=5gf/cm. Só consegui até aqui. Não foi possível saber a distensão da mola da 
ratoeira. Mas considerando que o deslocamento é de pi radianos, então temos que: 
 
F=5 x pi 
 
Sendo pi igual a aproximadamente 3,14, então: 
 
Fel=5 x 3,14 
Fel=15,7 N (newton) 
 
Mas sabendo que essa força elástica é diretamente convertida em energia cinética pela 
força de tração, matematicamente temos: 
 
Fel =Ec 
 
Igualando as duas equações, temos: 
 
K x X=mv™/2. 
Expressamos assim a relação física direta entre força elástica e energia cinética. 
 
6. Testes para medir grandezas 
 
Foram realizados cinco testes para medir as grandezas distância, tempo, velocidade, 
energia cinética e potência. Os resultados dos cinco testes estão expressos na tabela 
abaixo: 
 
Grandeza Teste 1 Teste 2 Teste 3 Teste 4 Teste 5 
Distância 8,20m 11,53m 10,20m 9,4m 10,50m 
Tempo 13,10s 18,41s 15,9s 14,10s 14,6s 
Vm 0,62m/s 0,62m/s 0,64m/s 0,66m/s 0,71m/s 
Ec 0,10 J 0,10J 0,11 J 0,12J 0,14J 
 
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Pot. 0,0076 W 0,0054W 0,006 W 0,0085W 0,0095W 
 
 
 Teste 1 
 
 No teste 1, liberamos o carrinho para andar de um ponto no canto da parede, tomado 
como marco zero, e esperamos que ele parasse. Fomos medindo com uma trena de 5 em 
5 metros, até que chegássemos à medida final no ponto de parada, verificada em 8,20m. 
Dispondo da distância e do tempo de percurso,13,10s, medimos a velocidade média, 
calculada utilizando-se a equação: 
 
Vm=d/t 
 
Em que Vm é a velocidade média, 
d é a distância percorrida, 
t é o tempo do percurso, 
 
Assim, sendo: 
 
d= 8,20m 
t=13,10s 
 
Então Vm é: 
 
8,20m/13,10s 
 
Vm = 0,62m/s 
 
Para o cálculo da energia cinética, consideramos a massa do sistema mecânico carrinho 
de ratoeira pesado em uma balança, resultando em 555 g(gramas) ou 0,555kg, e a 
velocidade média, que será elevada ao quadrado, de 0,62 m/s. Assim, temos que: 
 
Ec=mxv™/2, 
 
Em que: 
 
Ec é a energia cinética, 
m é a massa do objeto, 
v é a velocidade média, 
 
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Então, 
 
Ec= 0,555x0,62™/2 
Ec=0,10J 
 
Por fim, calculamos a potência do sistema, utilizando a equação 
 
P=Ec/t 
 
Em que: 
 
P é a potência que procuramos, 
Ec é a energia cinética, 
t é o tempo, 
 
Então, 
 
P=0,10J/13,10s 
 
P=0,0076W 
 
Teste2 
 
 No teste 2, liberamos o carrinho para andar de um ponto no canto da parede, mas 
trocamos de posição na garagem. Tomado como marco zero a posição sul, lançamos o 
carrinho e esperamos que ele parasse. Fomos medindo com uma trena de 5 em 5 metros 
novamente, até que chegássemos à medida final no ponto de parada, verificada em 
11,53m. Dispondo da distância e do tempo de percurso, 18,41s, medimos a velocidade 
média, calculada utilizando-se a equação: 
 
Vm=d/t 
 
Em que Vm é a velocidade média, 
d é a distância percorrida, 
t é o tempo do percurso, 
 
Assim, sendo: 
 
 
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d= 11,43m 
t=18,41s 
 
Então Vm é: 
 
11,43m/18,41s 
 
Vm = 0,62 m/s 
 
Para o cálculo da energia cinética, consideramos a massa do sistema mecânico carrinho 
de ratoeira pesado em uma balança, resultando em 555 g(gramas) ou 0,555kg, e a 
velocidade média, que será elevada ao quadrado, de 0,62 m/s. Assim, temos que: 
 
Ec=mxv™/2, 
 
Em que: 
 
Ec é a energia cinética, 
m é a massa do objeto, 
v é a velocidade média, 
 
Então, 
 
Ec= 0,555x0,62™/2 
Ec=0,10J 
 
Por fim, calculamos a potência do sistema, utilizando a equação 
 
P=Ec/t 
 
Em que: 
 
P é a potência que procuramos, 
Ec é a energia cinética, 
t é o tempo, 
 
Então, 
 
P=0,10J/18,41s 
 
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P=0,0054W 
 
Teste 3 
 
 No teste 3, liberamos o carrinho para andar de um ponto no canto da parede, na 
mesma garagem que fizemos o teste 2. Fomos medindo com uma trena de 5 em 5 metros 
novamente, até que chegássemos à medida final no ponto de parada, verificada em 10,20. 
Dispondo da distância e do tempo de percurso, 15,9s, medimos a velocidade média, 
calculada utilizando-se a equação: 
 
Vm=d/t 
 
Em que Vm é a velocidade média, 
d é a distância percorrida, 
t é o tempo do percurso, 
 
Assim, sendo: 
 
d= 10,20m 
t=15,9s 
 
Então Vm é: 
 
10,20/15,9s 
 
Vm = 0,64 m/s 
 
Para o cálculo da energia cinética, consideramos a massa do sistema mecânico carrinho 
de ratoeira pesado em uma balança, resultandoem 555 g(gramas) ou 0,555kg, e a 
velocidade média, que será elevada ao quadrado, de 0,62 m/s. Assim, temos que: 
 
Ec=mxv™/2, 
 
Em que: 
 
Ec é a energia cinética, 
 
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m é a massa do objeto, 
v é a velocidade média, 
 
Então, 
 
Ec= 0,555x0,64™/2 
Ec=0,64J 
 
Por fim, calculamos a potência do sistema, utilizando a equação 
 
P=Ec/t 
 
Em que: 
 
P é a potência que procuramos, 
Ec é a energia cinética, 
t é o tempo, 
 
Então, 
 
P=0,64J/15,9s 
 
P=0,0054W 
 
 
Teste 4 
 
No teste 4, repetimos o mesmo procedimento do teste 3. Dispondo da distância, 9,4m, e 
do tempo de percurso, 11,10s, medimos a velocidade média, calculada utilizando-se a 
equação: 
 
Vm=d/t 
 
Em que Vm é a velocidade média, 
d é a distância percorrida, 
t é o tempo do percurso, 
 
Assim, sendo: 
 
 
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d= 9,4m 
t=11,10s 
 
Então Vm é: 
 
9,4/14,10s 
 
Vm = 0,66 m/s 
 
Para o cálculo da energia cinética, consideramos a massa do sistema mecânico carrinho 
de ratoeira pesado em uma balança, resultando em 555 g(gramas) ou 0,555kg, e a 
velocidade média, que será elevada ao quadrado, de 0,62 m/s. Assim, temos que: 
 
Ec=mxv™/2, 
 
Em que: 
 
Ec é a energia cinética, 
m é a massa do objeto, 
v é a velocidade média, 
 
Então, 
 
Ec= 0,555x0,66™/2 
Ec=0,12J 
 
Por fim, calculamos a potência do sistema, utilizando a equação 
 
P=Ec/t 
 
Em que: 
 
P é a potência que procuramos, 
Ec é a energia cinética, 
t é o tempo, 
 
Então, 
 
P=0,12J/14,10s 
 
 
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P=0,0085W 
 
Teste 5 
 
No quinto e último teste, repetimos o mesmo procedimento do teste 4. Dispondo da 
distância, 10,5m, e do tempo de percurso, 14,6s, medimos a velocidade média, calculada 
utilizando-se a equação: 
 
Vm=d/t 
 
Em que Vm é a velocidade média, 
d é a distância percorrida, 
t é o tempo do percurso, 
 
Assim, sendo: 
 
d= 10,5m 
t=14,6s 
 
Então Vm é: 
 
Vm=10,5/m14,6s 
 
Vm = 0,71 m/s 
 
Para o cálculo da energia cinética, consideramos a massa do sistema mecânico carrinho 
de ratoeira pesado em uma balança, resultando em 555 g(gramas) ou 0,555kg, e a 
velocidade média, que será elevada ao quadrado, de 0,62 m/s. Assim, temos que: 
 
Ec=mxv™/2, 
 
Em que: 
 
Ec é a energia cinética, 
m é a massa do objeto, 
v é a velocidade média, 
 
Então, 
 
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Ec= 0,555x0,71™/2 
Ec=014J 
 
Por fim, calculamos a potência do sistema, utilizando a equação 
 
P=Ec/t 
 
Em que: 
 
P é a potência que procuramos, 
Ec é a energia cinética, 
t é o tempo, 
 
Então, 
 
P=0,14J/14,6s 
 
P=0,0095W 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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7. Conclusão 
 
Como vimos, desde a ideia, desenho, projeto e execução do carrinho, além da fase de 
testes, envolvemos aqui trabalho, cálculo, grandezas físicas, investigação, descoberta e 
criatividade. Um projeto envolve uma ou mais mentes e, no caso do carrinho de ratoeira, 
as mentes projetora, executora e testadoras foram parte fundamental para que o projeto 
carrinho de ratoeira pudesse ser concluído em tempo mais breve possível, fazendo-nos 
recordar, usar, calcular e aplicar conhecimentos de física e produtos mecânicos os mais 
variados, de modo a acelerar nossa aprendizagem e desenvolver metodologia ativa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8. Referências 
 
 DUARTE, Camila; DE PAULA, Caroline; SANTOS, Juliana; NOGAROTO, Loren. 
Relatório do Carrinho de Ratoeira. Disponível em: 
<http://todaacaogeraumareacao.blogspot.com/2011/10/relatorio-do-carrinho-de-
ratoeira.html> Acesso em: 27 de maio de 2019.