INTRODUÇÃO À ENGENHARIA 2013INTRODUÇÃO À ENGENHARIA 2013INTRODUÇÃO À ENGENHARIA 2013INTRODUÇÃO À ENGENHARIA 2013AULA PRÁTICA NO 17 – ENGENHOCA (1ª PARTE) PROFS. BATTISTINI, BRUNO, IVO, MAIRLOS, SELMO

AULA PRÁTICA NO 17 – ENGENHOCA (1ª PARTE) PROFS. BATTISTINI, BRUNO, IVO, MAIRLOS, SELMO

AULA PRÁTICA NO 17 – ENGENHOCA (1ª PARTE) PROFS. BATTISTINI, BRUNO, IVO, MAIRLOS, SELMO

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NOMENOME RA TURMA

Objetivos: Iniciar a montagem de uma máquina de Rube-Goldberg simples e verificar as relações de energia existentes. Conhecimentos: Conceitos básicos de física como energia potencial, energia cinética, energia potencial elástica, plano inclinado.Habilidades: Montagens diversas.Atitudes esperadas: Criatividade, iniciativa, espírito de equipe.

Introdução Teórica: Rube Goldberg (1884-1970) foi um engenheiro americano, nascido em São Francisco, que alcançou grande sucesso como cartunista, suas publicações figuraram por mais de 50 anos nos jornais americanos e pelo seu trabalho ele foi condecorado com uma série de prêmios, inclusive o Pulitzer (importante premiação na área de jornalismo). Sua criação mais importante foi o Prof. Lucifer Butts com suas máquinas absurdas. Estas máquinas posteriormente ficariam conhecidas como as máquinas de Rube Goldberg.Atualmente existem competições para construção das mais fantásticas, criativas e interessantes máquinas deste tipo. A mais importante competição é mantida pelo Instituto Rube Goldberg, que executa concursos anuais. O primeiro concurso deste tipo ocorreu em 1949, na Purdue University, EUA.Estas competições são bastante populares entre os colégios e cursos de engenharias americanos, que se esforçam e divertem produzindo esta máquinas para os concursos locais e nacionais.

Máquina (Engenhoca) de Rube GoldbergUma máquina de Rube Goldberg é basicamente um agrupamento de soluções absurdamente complexas para resolver tarefas simples, preferencialmente utilizando itens de uso no dia-a-dia que são dispostos de maneira a criar passos de uma reação em cadeia para solução da tarefa proposta. Os principais elementos destas máquinas são a criatividade e a diversão.

ENERGIAEmbora difícil de definir, o conceito de energia é essencial dentro da física. Talvez a definição mais difundida (e correta) seja a de que energia é a capacidade de realizar trabalho. A própria origem da palavra, ergos (do grego) significa trabalho.Um sistema físico qualquer esta sempre trocando energia em suas diversas formas. Nesta aula lidamos com algumas formas de energia, que fazem com que a bola se movimente por transferência de várias formas de energia:Energia potencial: está ligada à altura e à massa de um objeto.

(m é a massa, g a aceleração da gravidade e h é a altura do objeto em relação ao solo)

Energia cinética: forma de energia ligada à velocidade do objeto.

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(v é a velocidade do objeto)Energia potencial elástica: energia “armazenada” em um elástico tensionado ou em uma mola (tensionada ou comprimida)

(k é a constante elástica, x é a deformação)

Em um sistema físico, a energia total é sempre a mesma, apenas mudando a sua forma.

PARTE PRÁTICA1. Montagem

a) As figuras 1 e 2 abaixo mostram o esquema da montagem final. b) A posição inicial da bola de gude é no topo da rampa;c) a bola deve ser impulsionada por uma fileira de no mínimo 10 peças de dominó (o

impulso inicial deve ser na primeira peça de dominó);d) os dominós provocam a queda da bolinha pela rampa;e) a partir do ponto final da rampa, medir uma distância de 20 cm, onde deve ser

colocado o elástico (ou mola);f) ao bater no elástico, a energia é “devolvida” à bolinha, desviando-a na direção da

segunda fileira de dominós; g) a partir do elástico, a uma distância de 20 cm deve ser colocada uma segunda

fileira de no mínimo 10 peças de dominó.

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vista superior (planta)

posição inicial da bolaRampa

percurso da bola

elástico

dominós

dominós

20 cm

20 cm

figura 1: Esquema da montagem (planta da engenhoca)

Vista lateral (perfil)

dominós

posição inicial da bola

Rampa

elástico

dominós

Fig.2: Esquema da montagem (vista de perfil)

2. A engenhoca funcionando

Procure alinhar os dominós de maneira correta de modo que o último da fila atinja a bolinha de gude, que deve estar no topo da rampa. Ao ser atingida, a bolinha desce a rampa e adquire velocidade, atingindo o elástico, que irá rebater a bolinha desviando-a para que ela atinja o primeiro dominó da segunda fileira. A preocupação inicial deve ser a

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correto alinhamento de todos os elementos (dominós, bolinha, elástico) para que o impulso inicial desencadeie todo o processo.

3. Calculando as energiasPara calcular a energia potencial, basta determinar a altura de sua rampa e a massa da bola de gude.A energia cinética depende da velocidade. Devemos medir as velocidades em dois trechos diferentes: do final da rampa até o elástico (esse percurso deve ter 20 cm) e do elástico até o início da segunda fileira de dominós (também deve ter 20 cm). Uma vez que conhecemos as distâncias, se medirmos os tempos t1 e t2 nesses dois trechos, podemos calcular as duas velocidades (velocidade é o espaço percorrido -20 cm- dividido pelo tempo -medido). Com os valores das velocidades, podemos calcular as energias cinéticas nos dois trechos.

4. Perdas de energiaTeoricamente, toda a energia potencial da bolinha no topo da rampa vai se transformando em energia cinética à medida que ela desce a rampa, ao final da rampa, a energia potencial será nula e toda essa energia é transformada em cinética. O mesmo ocorre com o elástico, a energia cinética da bolinha deforma o elástico, que “devolve” a energia à bolinha, logo a energia cinética nos dois trechos (antes e depois do elástico) deveria ser a mesma.

aceleração da gravidade: g = 9,8 m/s2

massa da bolinha: m = ____________ [ ]

altura da rampa: h = _______________ [ ]

Energia potencial Ep = m.g.h =

distâncias percorridas nos trechos 1 e 2: d = 20 cm = 0,20 m

tempo de percurso do trecho (1): t1 = _____________ [ ]

velocidade média no trecho 1: v1 = _____________________ [ ]

Energia cinética no trecho 1: Ec1 = ________________[ ] tempo de percurso do trecho (2): t2 = _____________ [ ]

velocidade no média trecho 2: v2 = _____________________ [ ]

Energia cinética no trecho 2: Ec2 = ________________ [ ]

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Logo, nos seus cálculos deveriam resultar Ep = Ec1 = Ec2

Mas... porque isso não aconteceu?A resposta é relativamente simples. A energia se dissipou, ou seja, se perdeu pela ação principalmente das forças de atrito. O atrito transforma parte da energia em calor. Por essa razão a energia vai diminuindo ao longo do percurso. Um engenheiro deve sempre levar em conta a ação dessas forças para que o sistema funcione bem.

De forma simplificada, podemos calcular as perdas de energia da seguinte forma:

A bolinha iniciou sua trajetória com uma energia potencial (Ep). Pode-se dizer que energia dissipada ao longo da rampa e da trajetória até o elástico pode ser determinada pela diferença entre as energias inicial (Ep) e final no trecho (Ec1).

A energia dissipada no elástico e no segundo trecho (até a segunda fileira de dominós) também é dada pela diferença entre as energias inicial e final:

CALCULE as perdas de energia nos dois trechos.

Lembre que a energia cinética da bolinha no trecho final (Ec2) é responsável por derrubar os dominós. Se a bolinha não tiver energia suficiente para isso, será preciso aumentar a sua energia inicial ou fazer com que as perdas de energia diminuam.

Conclusões:

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Referências Bibliográficas:

Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl; Fundamentos de Física, vol. 1 - Mecânica - 9ª Ed. 2012http://www.rubegoldberg.comhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Rube_goldberg

videos:http://www.youtube.com/watch?v=LQg7oTyJX4U#at=38http://www.youtube.com/watch?v=mlW1ehNUmgI

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