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Engenharia Ambiental Laboratório de Física
Engenhocas Carro – Robô
Docente: Prof. Carlos A. E. Júnior Discentes: Ana Clara Quesada
Carolina Luz Caroline Garcia Gabriel Viana Jeniffer Araújo
Sorocaba Novembro /2018
1. Objetivo
O objetivo deste trabalho foi utilizar materiais reutilizados para a construção de
um projeto, tomando como base conceitos da Física. O presente projeto tem como
finalidade o estudo do movimento do carrinho em uma determinada área, a fim de obter
dados como aceleração e velocidade.
2. Introdução 2.1 Velocidade
A velocidade de um corpo é dada pela relação entre o deslocamento de um corpo em determinado tempo. Pode ser considerada a grandeza que mede o quão rápido um corpo se desloca.
A análise da velocidade se divide em dois principais tópicos: velocidade média e Velocidade Instantânea. É considerada uma grandeza vetorial, ou seja, tem um módulo (valor numérico), uma direção e um sentido. Porém, para problemas elementares, onde há deslocamento apenas em uma direção, o chamado movimento unidimensional, convém tratá-la como um grandeza escalar (com apenas valor numérico).[1]
A velocidade média de um móvel é dada pela divisão entre o espaço total percorrido (Δs) e o tempo gasto no percurso (Δt), de modo que:
Vmédia = (Fórmula 1)ΔtΔS
2.2 Aceleração
A aceleração é a grandeza que determina a taxa de variação da velocidade em função do
tempo. Em outras palavras, ela indica o aumento ou a diminuição da velocidade com o
passar do tempo. A aceleração é uma grandeza vetorial, portanto, possui módulo,
direção e sentido. [2]
A equação abaixo determina o módulo da aceleração:
(Fórmula 2)a = VΔt
2.3 Resistência elétrica
A resistência elétrica é a oposição a passagem dos elétrons. Nos condutores o movimento dos elétrons acontece de forma desordenada, o que caracteriza em uma dificuldade de locomoção interna, o que acarreta em colisões com outros elétrons e átomos deste condutor, e quando há essas colisões há também uma dificuldade na passagem dos elétrons, estabelecendo então que a corrente elétrica que ali flui tenha uma resistência.
A resistência é muito utilizada quando o assunto é aquecimento, pois quando submetida a uma tensão elétrica, além de oferecer uma resistência, também dissipa calor, onde essa energia térmica é utilizada em chuveiros, fornos, estufas, e outras aplicações. Outra aplicação de uma resistência é feita através de resistores, assunto que falaremos em uma próxima postagem.
A figura 1 mostra como o movimentos nos condutores dos elétrons acontece de forma desordenada, o que caracteriza em uma dificuldade de locomoção interna, o que acarreta em colisões com outros elétrons e átomos deste condutor, e quando há essas colisões há também uma dificuldade na passagem dos elétrons, estabelecendo então que a corrente elétrica que ali flui tenha uma resistência.
Figura 1: Oposição à passagem dos elétrons
A resistência é muito utilizada quando o assunto é aquecimento, pois quando submetida
a uma tensão elétrica, além de oferecer uma resistência, também dissipa calor, onde essa
energia térmica é utilizada em chuveiros, fornos, estufas, e outras aplicações.[3]
2.4 Potenciômetros
O potenciômetro é um componente eletrônico que cria uma limitação para o fluxo de corrente elétrica que passa por ele, e essa limitação pode ser ajustada manualmente, podendo ser aumentada ou diminuída. A figura 2 esquematiza um potenciômetro e seu funcionamento interno. diferença entre o potenciômetro e o resistor comum é que no potenciômetro é possível ajustar o quanto a corrente será limitada. É como se ele fosse uma espécie de resistor, porém que conta com três terminais. Quando os três são usados, adquire a função de divisor de tensões. Esses três terminais têm sua resistência controlada através de um eixo giratório, que serve para ajustar a sua resistência.[4]
Figura 2: Potenciômetro
2.5 Tensão elétrica
A tensão elétrica é uma diferença entre o potencial elétrico de dois pontos, ou
traduzindo de uma forma bem simples e de forma comparativa seria a força necessária
para movimentos os elétrons e criar assim uma corrente elétrica. Esta diferença de
potencial pode representar uma fonte de energia (uma força eletromotriz) ou mesmo
uma perda de energia ou armazenamento ( queda de tensão). A tensão pode ser
contínua, quer dizer que esta não muda de polaridade com o passar do tempo, ou pode
ser alternada, que muda de polaridade com o passar do tempo.[5]
2.6 Transistor
Os transistores são considerados como uma espécie de interruptor. Em sua configuração
mais básica o transistor opera como chave, mas que pode trabalhar de diversas
maneiras, o que vai depender de sua configuração. Estes dispositivos são de extrema
importância para eletrônica, podemos destacar os dois tipos principais e mais
conhecidos os transistores de sinal NPN e PNP. Transistores PNP são os que operam
com valores positivo – negativo – positivo, são transistores que na saída eles conduzem
um sinal positivo, ou seja, o transistor é alimentado com sinal de tensão positivo e
negativo para funcionamento do circuito interno, e na saída emite um sinal positivo.
Transistores NPN – Negativo – Positivo -Negativo – tem o funcionamento similar ao
PNP, porém tem sinal negativo na sua saída, existem centenas de tensões de trabalho e
aplicações para os transistores, mas em sua maioria eles trabalham de modo NPN.[6]
3. Materiais e métodos
3.1 Materiais
2 Motores com redutor
2 Potenciômetros (10k Ω)
2 Rodas
2 LDRs (5mm)
2 LEDs alto brilho (5mm)
2 Transistors TIP122
2 Resistores 100 Ω
1 Suporte de pilha
1 Placa padrão furada
Fios
Estanho
Prancheta
Termo retrátil
1 botão de DVD
1 canudo
1 desodorante
2 caixas de leite
Cola
Papel
Estilete
Papelão
3.2 Métodos
O primeiro passo é montar a placa com circuito, que permitirá o movimento
do carrinho. Para realizar esse processo é preciso alinhar e soldar os componentes
(Potenciômetros, LDR, LEDS, Transistor, Resistores) na placa padrão de modo que
forme um sistema simétrico. Como mostra o esquema da figura 3.
Figura 3: Esquema elétrico.
Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=5KwH-bQYOEc.
Assim como esquema da figura 1, também é preciso ligar o suporte de pilha, o
botão de DVD e os dois motores com as duas rodas no sistema. Vale ressaltar que todos
componentes positivos devem estar ligados entre si, esse mesmo conceito é usado para
os polos negativos. Os motores não possuem polaridade, mas as rodas se movimentam
de acordo com o lado que o fio é soldado. Vale destacar ainda, que todos os
componentes foram ligados entre si por meio de fios, esses fios foram soldados com
estanho na parte inferior e isolados com termo retrátil para que não houvesse
curto-circuito.
Seguidamente deve-se cortar a parte dianteira da prancheta, tomando como
base o formato de um carrinho. Essa mesma prancheta deve conter quatro furos para
que posteriormente os LDRs e LEDs possam ser encaixados (figura 4).
Figura 4: Prancheta com quatro furos.
Fonte: Autoria própria.
Posteriormente, realizou-se mais dois furos na prancheta, para que os fios dos
motores pudessem alcançar o sistema na parte superior. Após esse processo os motores
foram colados com fita dupla face na parte inferior do carrinho, de modo que as rodas
não encostassem na lateral da prancheta, permitindo o movimento das rodas sem
interferências (figura 5).
Figura 5: Motor colado na parte inferior do carrinho.
Fonte: Autoria própria.
Em seguida, colocou-se o sistema elétrico na parte superior da prancheta, os
dois LDRs foram introduzidos dentro de dois pedaços de canudo isolados com fita
isolante, para que a luz do ambiente não pudesse interferir no processo de
reconhecimento da luz dos LEDs, os dois canudos foram colados com Super Cola nos
dois furos internos da prancheta e os dois LEDS foram encaixados nos furos externos
(figura 6).
Figura 6: Montagem do carrinho
Fonte: Autoria própria.
Com o auxílio de um estilete cortou-se a parte superior de um desodorante roll
on, colando-o na parte inferior da superfície, esse objeto servirá como a terceira roda.
Destaca-se que esse é o componente ideal, pois essa terceira roda permite a
movimentação do carrinho para todos os lados (figura 7).
Figura 7: Roda roll on no carrinho.
Fonte: Autoria própria.
Seguidamente, iniciou-se o processo de “design”. Utilizando-se duas caixas de
leite, montou-se a parte superior do carrinho. Não foram utilizadas medidas exatas, o
design foi feito seguindo o formato da superfície que contém o sistema elétrico (figura
8).
Figura 8: Design do carrinho.
Fonte: Autoria própria.
Posteriormente, utilizou-se papel e cola para encapar o carrinho, para que não
houvesse marcações na pintura. A estrutura foi colorida com tinta preta e utilizando
papelão construiu-se um aerofólio, dando o design final para o Carro- Robô (figura 9).
4. Levantamento de Preços O projeto foi feito da forma mais sustentável possível, reutilizando restos de
objetos usados, como aparelho de som antigo, prancheta, roll on de desodorante, etc.
Para a execução deste projeto foi necessário o gasto de R$ 33,00, utilizado na compra
do motor com resistor.
Entretanto, visando a possibilidade da construção do carro/robô por outros que
não possuem os mesmos materiais disponíveis, abaixo segue a tabela contendo preços e
sugestão de sites onde comprar, os quais apresentam, diante da pesquisa de preço, o
menor preço. Também consta o valor total caso haja compra de todos os materiais.
Tabela 1: Relação de itens, valor e sugestão de sites para compra.
Item Quantidade Valor unitário (R$) Valor real (R$) Onde comprar
Motores com redutor 2 16,50 33,00 Americanas
Potenciômetro 2 1,75 3,50 Robocore
LDR 2 0,75 1,50 Robocore
LED alto brilho (5mm) 2 0,90 1,80 Robocore
Transistores TIPP 122 2 1,75 3,50 Robocore
Resistor 100 Ω 2 0,07 0,14 Baú da Eletrônica
Suporte de pilha 1 3,90 3,90 Robocore
Placa padrão furada 1 2,89 2,89 Baú da Eletrônica
Fios 2 metros 1,60 1,60 Loja de Elétrica
Estanho 25 g 6,60 6,60 Baú da Eletrônica
Prancheta 1 3,71 3,71 Extra
Termo retrátil Pct 15 un 3,79 3,79 Termo Tubos
Botão de DVD 1 9,90 9,90 Mercado Livre
Canudo Pct 12 un 5,00 5,00 Aluá Festas
Desodorante 1 4,19 4,19 Avon Store
Caixa de Leite 2 2,29 2,29 Extra
Cola Universal 1 2,60 2,60 Rei do Armarinho
Papel Pct 100 folhas 4,79 4,79 Extra
5. Resultados Para calcular a velocidade média do carrinho, na pista determinada, afinal a
velocidade do carrinho é variável, foram feitas 10 medições do tempo que ele leva para
concluir um espaço (S) de (107,7 +/- 0,1) cm.
Tabela 2: Tempo (t) das 10 medições efetuadas.
Medições t (s)
1 8,47
2 8,16
3 7,74
4 7,86
5 8,36
6 8,24
7 8,03
8 8,13
9 7,86
10 7,35
Média (8,02 +/- 0,33)
Sabendo que vmédia = ΔtΔS
v = = 13,43 cm/s8,02107,7
+( vσv = √( ) ΔS
σΔS 2 ) ΔtσΔt 2
v 0, 5σ = −+ 5
v = (13,43 cm/s 0, 5) −+ 5
Tabela 3: Relação do tempo, velocidade e aceleração.
Os valores para a Velocidade e a Aceleração na Tabela 3, foram obtidos através
das seguintes fórmulas:
para a velocidade, dividindo a variação de espaço percorrido por cada tempoV = ΔtΔS
cronometrado, uma vez que a distância era constante mas os tempos variaram em cada
medição.
para a aceleração, dividindo a velocidade obtida através da equação anteriora = VΔt
por cada tempo cronometrado. Obtendo os seguintes gráficos:
6. Discussão O carrinho é composto por dois potenciômetros, a velocidade do carrinho pode
ser alterada através do potenciômetro, cada um muda a velocidade de uma roda. Para o
carrinho conseguir andar, é necessário ajustar os dois potenciômetros para as duas rodas
terem velocidades iguais ou bem próximas. Com o ajuste, conseguindo um movimento
contínuo e ideal, obteve-se esse resultado para a velocidade média e seu desvio padrão.
Velocidade esperada para um carrinho desse porte e com ajustes manuais.
7. Referências [1] https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/.../Aula_1_MovUnidimensional_Poli.pdf?
Acesso em: 20/11/2018
[2] https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/.../Aula_1_MovUnidimensional_Poli.pdf?
Acesso em: 20/11/2018
[3] https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-resistencia-eletrica/
Acesso em: 20/11/2018
[4] https://www.resumoescolar.com.br/fisica/potenciometro/
Acesso em: 20/11/2018
[5] https://www.mundodaeletrica.com.br/tensao-eletrica-x-voltagem/
Acesso em: 20/11/2018\
[6]https://www.mundodaeletrica.com.br/como-funciona-um-transistor-e-qual-a-sua-apli
cacao/
Acesso em: 20/11/2018