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).

Figura 9: Resultado final.

Fonte: Autoria própria.

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

Total (R$) 94,70

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