Reestruturação do protótipo

Parece que demoramos mais para escrever nessa semana do que nas demais, mas o que ocorre é que na semana passada escrevemos com mais antecedência que o normal. Mas sem problemas, já voltamos ao cronograma normal!
Estamos hoje aqui parcialmente frustrados por não termos muito o que comentar. Mas podemos adiantar o que está sendo feito e o que foi conquistado nesta semana.
Com a ajuda do nosso amigo Anselmo Klik, que irá nos apresentar amanhã a versão diferente da estrutura do protótipo, estamos avançando nas etapas de construção do gerador. Achamos mais prudente refazer a estrutura de madeira que deverá ser mais otimizada para acoplar os eixos, além de aceitarmos a sugestão do Klik e da Mônica Almeida de melhorar o local onde serão guardadas as pilhas. Para isso foi comprado em uma loja elétrica um suporte, desses de brinquedos, para duas pilhas em série, e esse suporte deverá ser encaixado amanhã na nova estrutura de madeira. O antigo suporte de madeira, aquele fotografado na semana retrasada, será descartado.
Não pudemos postar agora a fotos nem uma descrição melhor para nossos leitores, mas amanhã teremos acesso ao protótipo para podermos postar as fotos de como ficou. Ah! Não podemos deixar de agradecer a imensa ajuda que estamos tendo do professor, monitor, e dos técnicos administrativos, que sem eles não estaríamos no atual progresso do projeto! Obrigado!

Início da montagem da estrutura

Oh, Yeah baby! We’re on time!

Parece que tudo está seguindo um caminho certo. O protótipo está mais um passo próximo de sua conclusão, ainda bem no início, mas progredindo.

Essa semana ficou pronta a nossa estrutura de madeira na qual ficarão alojados os constituintes – motor, pilhas, fusíveis, captadores de carga – e dessa forma podemos postar aqui no blog uma foto para nossos leitores terem uma ideia:

Encontrei um vídeo no YouTube que ilustra bem como deverá ser o protótipo final, em funcionamento:

No vídeo do ThinkGeek, o usuário utiliza um gerador de Van der Graaff portátil para fornecer cargas para uma estrutura de plástico. Essa estrutura é feita utilizando Mylar – aquele plástico metalizado de embrulhar ovos de páscoa – afim de torná-lo leve o suficiente para voar. Quando o gerador fornece essas cargas, as películas de Mylar de afastam umas das outras expandindo a estrutura e aumentando a resistência com o ar. Enquanto o usuário segura o bastão gerador de cargas abaixo, a estrutura de Mylar a cima parece estar “levitando” sem motivo aparente, mas sabemos que ambos, o Mylar e o gerador, estão carregados com as mesmas cargas, e portanto se repelem, mantendo o plástico no ar. Nas cenas em que aparece o Mylar saltando entre as mãos do usuário e o gerador, o que acontece é que o gerador transfere cargas para o plástico, e este transfere para as mãos do usuário. Entre cada transferência um dos terminais – mãos e gerador – acabam com um módulo da diferença de cargas entre o plástico maior que o outro.

O teste do protótipo que deverá ocorrer nas próximas semanas, se tudo der certo, será utilizando a mesma prática do demonstrado no vídeo, para a alegria de todos!

Thumbs up!

Formulário do projeto

Nesta ultima semana o grupo ficou por conta de realizar a montagem do protótipo. Com o esboço da estrutura ficou mais fácil elaborar os locais que cada peça deve estar, além de fornecer aos integrantes uma ideia de que ainda falta alguns materiais para serem adquiridos. Alguns exemplos são os pregos utilizados na fixação da estrutura de madeira. Também necessitaremos de cola quente, que é barato e de fácil providência.

Por fim acabamos de preencher o formulário do protótipo, que auxilia o grupo no progresso e na estrutura do projeto todo. Clique no link a seguir para fazer o download do formulário completo: http://db.tt/pmo0aOj

Na semana que vem já teremos a estrutura montada e postaremos imagens para uma prévia.

Orçamento e primeiro esquema

Apesar do nosso grupo trabalhar com dois projetos distintos, um deles está tomando rumo, está à frente do outro, e parece mais promissor. Acontece que o gerador de Van der Graaff portátil está recebendo maiores atenções. O projeto deste é mais simplificado que o do estabilizador do giroscópio mecânico, além dos materiais e equipamentos necessários já estarem à mão.

Fizemos um levantamento do preço de um protótipo do gerador. Como um dos objetivos é reduzir os gastos, cotamos os preços das peças e materiais no Ebay – um site internacional de compra e venda. Nem todos estão listados, mas os principais e de preço mais significativos estão:

Item	Quantidade	Peça	Preço	Local
1	1	Mix de Cappuccino	R$ 6,40	Ebay
2	2	Pilhas AA de 1,5V	R$ 9,15	Ebay
3	2	Fusíveis de vidro 0,5A	R$ 0,41	Ebay
4	1	Correia de plástico	R$ 1,00	Ebay
5	1	Fio de cobre metro	R$ 1,58	Ebay

Todos esses elementos custam menos de R$ 20,00, valor totalmente ao alcance de quem necessitaria de uma ferramenta como esta.

O grupo também elaborou, essa semana, um esboço do que seria esse gerador portátil. Na figura a seguir estão representados os fusíveis, o motor do Mix, as pilhas e a estrutura de madeira. Todas as medidas em milímetros:

Como podem ver, é uma estrutura bem simples. Alguns itens não foram desenhados como o interruptor, os fios de cobre, os captadores de cargas (que são fios de cobre também) e a correia que ficaria entre os dois fusíveis.

Na semana que vem daremos continuidade à montagem da estrutura isolante que irá acomodar as peças do gerador. Se tudo der certo daremos prosseguimento com a estrutura feita de madeira mesmo, se constatarmos alguma dificuldade tentaremos utilizar PVC como estrutura.

Materiais e métodos

Na Na aula passada discutimos sobre os métodos e materiais que necessitaríamos para que fosse possível concretizar os protótipos. Como estamos trabalhando com dois projetos distintos, enumeramos e escrevemos some esses tópicos:

· Materiais e métodos para o giroscópio: a ideia aqui é montar o giroscópio sobre uma estrutura feita de trilhos metálicos. Esses trilhos descrevem uma semiesfera de forma que o giroscópio possa se movimentar no interior desta semiesfera livremente. Este é o caso do suporte para líquidos. No caso do dispositivo anticapotagem, a estrutura metálica seria ligada diretamente ao chassi do veículo e o giroscópio não teria liberdade de se movimentar, seria fixo. Alguns materiais necessário são:

o Motor elétrico

o Cilindro de madeira de pequena altura e grande diâmetro

o Trilhos de alumínio curvos

o Rodas e eixos para deslizar nos trilhos

o Solda e ferro de solda

o Base de madeira para toda a estrutura

· Materiais e métodos para o gerador de Van de Graaff: O motor é proveniente de um ventilador portátil à pilhas e será desmontado parcialmente para se utilizar o movimento de rotação que será transmitido à correia transportadora de cargas. Idealizou-se montar todo o aparato no interior de uma madeira ou tudo de PVC, de forma que mantenha o menor tamanho possível. Alguns materiais necessários são:

o Motor pequeno à pilha

o Pilhas

o Teflon

o Fusíveis

o Correia

o Fios de cobre

o Escova metálica

o Tubo de PVC

o Papel alumínio

o Filme plástico metalizado

o Interruptor

Diretrizes gerais e organização da criação do projeto

Ficou claro que necessitaríamos de organizar a criação do projeto, e nessa semana foi especificado as diretrizes gerais e tópicos a serem seguidos. O grupo deve elaborar, inicialmente, uma situação problema. Daí deve-se pensar nos objetivos, na justificativa e materiais e métodos.

Como no nosso caso temos em mente dois projetos, devemos elaborar os tópicos para cada um deles. No caso do “Estabilizador com giroscópio mecânico” temos os seguinte:

· Situação problema: não é incomum perceber nas beiras de estrada veículos capotados, muitos vítimas do excesso de velocidade em curvas acentuadas. Análogo ao mesmo princípio, o transporte de líquidos em recipientes abertos pode ser problemático se o veículo descreve curvas acentuadas ou repentinas.

· Objetivos gerais: evitar o capotamento de veículos quando estes se submetem à curvas acentuadas, ou evitar o derrame de líquido de recipientes quando estes descrevem trajetórias irregulares e pouco estáveis.

· Objetivos específicos: submeter o veículo ou o recipiente com o líquido à uma força oposta àquela causadora do capote ou derrame. A instalação de um giroscópio acoplado ao chassi do veículo faria sua parte. O recipiente líquido seria colocado sobre a estrutura do giroscópio.

· Justificativa: o giroscópio é um dispositivo que consiste de um rotor suspenso por um suporte formado por dois círculos articulados, com juntas tipo cardan. Seu funcionamento baseia-se no princípio da inércia. O eixo em rotação, tem um efeito de memória que guarda direção fixa em relação ao círculo máximo. O giroscópio consiste essencialmente em uma roda livre, ou varias rodas, para girar em qualquer direção e com uma propriedade: opõe-se a qualquer tentativa de mudar sua direção original. Exemplo facilmente observável é que, ao girar a roda de uma bicicleta no ar e tentar mudar a direção de seu eixo bruscamente, percebe-se uma enorme reação. Dessa maneira, o giroscópio serve como referência de direção, mas não de posição. Ou seja, é possível movimentar um giroscópio normalmente no espaço sem qualquer trabalho além do necessário para transportar sua massa. A resistência surge contrária a forças que atuem de maneira a rotacionar seu eixo de rotação a qualquer configuração não paralela à sua posição original. Assim, um veículo munido de um giroscópio e sensores apropriados pode medir com precisão qualquer mudança em sua orientação ou direção. Neste mesmo veículo, ao passar por uma curva acentuada, manteria sempre sua orientação horizontal, exceto no caso do início de um capotamento quando suas rodas laterais começam a se desprender do solo. Neste momento o giroscópio exerce uma força contrária à variação da rotação horizontal do carro impedindo seu capotamento.

No caso do “Gerador de Van der Graaff portátil” temos um projeto que visa a criação de um protótipo com objetivos didáticos.

· Situação problema: comumente os professores que lecionam física para alunos do ensino médio ou superior se utilizam de equipamentos que possam demonstrar propriedades aprendidas em aula. Magnetismo, estática, corrente, tensão, efeito fotoelétrico, e outros. Mas muitos deles não são apreciados pela graça de uma demonstração, como é o caso da indução eletrostática, ou da gravitação universal. Muitos professores não o fazem por falta de materiais didáticos e simples, que possam levar para a sala de aula.

· Objetivos gerais: levar para a sala de aula um pente de plástico e um pedaço de lã pode provocar a separação de cargas no pente ao serem atritados, mas pouco apreciável para usos físicos experimentais devido à pouca separação de cargas. Nem mesmo seria possível a instalação de um gerador de Van de Graaff em sala para demonstração da Gaiola de Faraday. O objetivo deste projeto é construir um protótipo pequeno de um gerador de Van de Graaf, que possibilitaria ao professor levar para a sala de aula a prática de eletrostática.

· Objetivos específicos: para evitar o labor da fricção manual, este gerador portátil seria equipado com um pequeno motor. Este funciona utilizando apenas duas pilhas, e cria atrito suficiente para uma generosa separação de cargas.

· Justificativa: o gerador básico com excitação por atrito é composto por uma correia de material isolante, dois roletes, uma cúpula de descarga, um motor, duas escovas ou pentes metálicos e uma coluna de apoio. Os materiais mais usados para coluna são o acrílico ou o PVC. Os roletes são de materiais diferentes, ao menos um deles isolante (como Teflon e alumínio), para que se eletrizem de forma diferente devido ao atrito de rolamento com a correia. O motor gira os roletes, que ficam eletrizados e atraem cargas opostas para a superfície externa da correia através das escovas. A correia transporta essas cargas entre a terra e a cúpula. A cúpula faz com que a carga elétrica, que se localiza no exterior dela, não gere campo elétrico sobre o rolete superior, assim cargas continuem a ser extraídas da correia como se estivessem indo para terra, e tensões muito altas são facilmente alcançadas. O terminal pode atingir um potencial de vários milhões de Volts, no caso dos grandes geradores utilizados para experiências de física atômica, ou até centenas de milhares de Volts nos pequenos geradores utilizados para demonstrações nos laboratórios de ensino.

Primeira semana: brainstorm

A primeira semana foi dedicada à definição do grupo, seus membros, debate sobre possíveis projetos e delegação de atividades:

Membros:

· Daniel Araújo (organifon@ig.com.br)

· Gustavo Brasil (gustavo_brasil8@hotmail.com)

· Luciana Oliveira (luciana_maia23@yahoo.com.br)

· William Sallum (wsts87@gmail.com)

Títulos dos projetos:

1. “Estabilizador com giroscópio mecânico”

2. “Gerador de Van der Graaff portátil”

Progresso:

A primeira semana foi dedicada à formação do grupo, este que estará reunido por todo o semestre na pesquisa, elaboração, montagem e apresentação de um protótipo. Este, desejavelmente funcional ao final, tem como finalidade despertar e aperfeiçoar nos membros do grupo as capacidades cognitivas, intelectuais, psicomotoras e sociais, tão necessárias no desempenho das atribuições de um engenheiro mecânico.

Brainstorm:

Discutiram-se a viabilidade de diversas ideias, muitas utópicas por necessitarem de tempo excessivo, ou investimento financeiro além do orçamento, ou por falta de recursos tecnológicos essenciais.

Foi pensado em montar uma mesa refrigeradora de alimentos, dessas similares vistas em restaurantes, usadas para manter os alimentos frescos e conservados sem precisar de uma cobertura de vidro ou metal. Esse protótipo necessitaria de um aparelho de ar condicionado que seria desmontado e acoplado em uma mesa metálica. Esta retiraria o calor dos alimentos colocados em sua superfície por condução, e portanto não necessitaria de cobertura, como visto nos restaurantes. O grupo procurou o professor responsável pelas aulas de ar-condicionado em busca de um aparelho descartável e foi informado que para buscar um aparelho deve-se saber antes as capacidades térmicas e potência de um ar-condicionado desejado. A falta de bases teóricas e de um aparelho descartado eliminou a possibilidade da elaboração de tal protótipo.

Foi comentado também a possibilidade de montar um protótipo de destilador de água, utilizando a radiação solar como fonte quente. O sistema ficaria internalizado dentro de uma lona plástica transparente que permitiria a passagem de luz solar. Esta aqueceria a água – que na prática seria salina ou imprópria para consumo, e seus vapores seriam condensados na própria lona, direcionando as gotículas d’água para o recipiente coletor. É um sistema simples que trabalha com as propriedade coligativas e pressão de vapor da água. O que fez com que esta ideia fosse descartada foi a possibilidade de um rendimento abaixo do necessário para que o protótipo fosse utilizável, além da necessidade constante de uma fonte de radiação sobre o sistema, o que nem sempre ocorre.

Outra alternativa pensada foi um giroscópio mecânico acoplado a algum objeto transportador. O objetivo da presença do giroscópio é compensar a força centrípeta feita pelo transportador no transportado, inclinando o objeto a fim de evitar que o mesmo caia ou derrame da superfície do veículo. Um protótipo bem sucedido traria ideias de outros estabilizadores para carros e caminhões evitarem capotamentos em curvas, ou uma forma de transportar pessoas com maior conforto. Se mostrou uma ótima ideia pois os materiais necessários podem ser encontrados nos depósitos, e a confecção das peças ao alcance dos alunos.

A ultima ideia foi a miniaturização de um separador de cargas elétricas, dispositivo chamado de Gerador de Van de Graaff. Não é novidade alguma a existência deste gerador nos tamanhos mais variados, e seu uso fica, na maioria dos casos, restrito a demonstrações físicas da polarização e separação de cargas, e em aceleradores de partículas. Essa ideia produziria um projeto didático, com o intuito de explicar e demostrar os processos e efeitos da separação de cargas. Também é uma ideia tangível, com recursos acessíveis, até um ponto com uma essência ainda mágica para os que desconhecem e que certamente somaria aprendizado ao grupo e ao restante dos colegas.

Tendo em vista o número de possibilidades, o grupo já se colocou pronto a buscar recursos materiais para confecção dos possíveis protótipos. No depósito de materiais do LACTEA encontrou-se motores, aparentemente vindos de ventiladores e circuladores de ar. Esses motores podem ser úteis na montagem do giroscópio, e, apesar de terem alimentação elétrica via tomadas, servirão para movimentar o grande peso do disco. Foram encontrados outros motores menores, alguns aparentemente movidos a pilhas ou baterias, 9 ou 12 voltz. Poderão ser muito úteis na montagem do gerador de Van de Graaff, afinal a proposta do gerador é a de ser portátil. Alguns membros do grupo procurou o setor de eletrotécnica do CEFET-MG, munidos de 3 motores para testar o funcionamento. Boa notícia: dois deles são totalmente funcionais, podem ser ligados à tensão de 110V, consomem uma corrente de 6 ampères e rotacionam a 1.700 rpm. Na semana que vem o grupo se reunirá para discutir novas idéias, aperfeiçoar os projetos e colocar no papel outros materiais necessários. Vamos a busca!