2010-05-18 - Projeto Integrador - Uninove - Catapulta - Grupo Apolo VII

ANDRÉ LUIZ INHASZ CLÁUDIO DE ALMEIDA LIMA GEORGE LUIS COSTA NUNES LEONARDO HENRIQUE P. SOUZA MICHEL LIMA MICHEL SILVA SANTOS

910114788 910114789 910121057 910114778 910115140 910114772

Eng.Mec. Eng.Mec. Eng.Mec. Eng.Mec. Eng.Mec. Eng.Mec.

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PROJETO INTEGRADOR – LANÇADOR OBLÍQUO - CATAPULTA Grupo: Apolo VII

Projeto integrador do lançador oblíquo – catapulta, apresentado como requisito da disciplina Introdução à Engenharia. Professor: Wagner M. Pommer

Introdução à Engenharia UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO

São Paulo, 2010 – 1º Semestre

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ANDRÉ LUIZ INHASZ CLÁUDIO DE ALMEIDA LIMA GEORGE LUIS COSTA NUNES LEONARDO HENRIQUE P. SOUZA MICHEL LIMA MICHEL SILVA SANTOS

910114788 910114789 910121057 910114778 910115140 910114772

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PROJETO INTEGRADOR – LANÇADOR OBLÍQUO - CATAPULTA











S U M Á R I O Página 1.

REFERENCIAL TEÓRICO

4

2.

CONCEPÇÃO DO PROJETO INTEGRADOR

6

2.1.

Objetivo

6

2.2.

Características do Projeto

6

2.3.

Descrição do Funcionamento

6

2.4.

Coleta de Dados do Protótipo

7

2.4.1.

Protótipo 01

7

2.4.2.

Protótipo 02

8

2.5.

Cálculos

9

2.6.

Desenhos

12

2.7.

Memorial Descritivo

18

2.7.1.

Protótipo 01

18

2.7.2.

Protótipo 02

20

3.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

22

4.

CONCLUSÃO

22

5.

ANEXOS

23

5.1.

Publicação do projeto (testes) na internet (youtube)

23











1. REFERENCIAL TEÓRICO História / Classificação Lançadores oblíquos (catapultas), também chamados de trebuchet, podem ser classificados de acordo com o conceito físico usado para guardar e liberar a energia requerida para arremessar. As primeiras catapultas eram de tensão, desenvolvidas no início do século IV a.C na Grécia. Um membro sob tensão propele o braço lançador, muito parecido com uma besta gigante. Subseqüentemente, catapultas de torsão foram desenvolvidas, como a manganela, o onagro e a balista, a mais sofisticada catapulta. As duas primeiras têm um braço com uma estruturasuporte para o projétil. A parte de baixo do braço lançador é inserida em cordas ou fibras que são torcidas, fornecendo a força para propelir o braço. Essas catapultas se diferenciam pelo fato de o onagro ter uma prolongação de sua haste. A balista, que embora sendo mais complexa, foi inventada primeiro, possuí dois braços que torcem duas molas paralelas e impulsionam um uníco projétil que fica sobre uma barra direcional entre as molas, toda a maquina se apoia sobre um eixo universal para flexibilizar a mira. Finalmente, o último tipo de catapulta é o trabuco, que usa gravidade ao invés de tensão ou torsão para propelir o braço lançador. Um contra-peso caindo puxa para baixo a parte inferior do braço e o projétil é arremessado de um balde preso a uma corda pendurada no topo do braço, essencialmente como um estilingue preso a uma gangorra gigante. O contra-peso é muito mais pesado do que o projétil. Teoria Física Um corpo é lançado obliquamente quando sua velocidade inicial (Vo) forma um ângulo com a horizontal maior que zero e menor que 90°. O lançamento oblíquo também pode ser analisado como dois movimentos independentes. O estudo deste tipo de movimento foi de fundamental importância para o desenvolvimento da balística, uma vez que o alcance definia o acerto ou o erro de um alvo. Podemos interpretar o lançamento oblíquo como sendo um lançamento vertical para cima, sob a ação da gravidade, e como um movimento uniforme na direção horizontal. Enquanto o projétil sobe, seu movimento é retardado, tornando-se tornando-se acelerado durante a descida. Desprezando a resistência do ar, a velocidade de chegada no solo é exatamente igual, em módulo, à de arremesso.











O alcance, distância que o projétil atinge na horizontal e a altura máxima dependem dos componentes vx e vy da velocidade de lançamento. À medida que o valor de vx aumenta, o valor de vy diminui, o que faz com que diminua o tempo que o projétil permanece no espaço. O alcance depende de ambos os componentes e é máximo para um ângulo de lançamento igual a 45º. Como já vimos então: Deve-se decompor a velocidade inicial , em uma velocidade horizontal ( Vx ) e uma velocidade vertical ( Vy ).

Com isso, podemos dividir o movimento obliquo em dois movimentos : um horizontal ( uniforme ) e o outro vertical ( queda livre ). Equações :











onde t é apenas o tempo de subida ou descida.

• • • • •

Vy -velocidade final do corpo no movimento vertical [ m/s ] Voy -velocidade inicial do corpo no movimento vertical [ m/s ] Vx -velocidade no movimento horizontal ( Vx é constante ) [ m/s ] h -altura percorrida ( o quanto o corpo anda ) [ m ] x -alcance ( distância horizontal percorrida ) [ m ]

2. CONCEPÇÃO DO PROJETO INTEGRADOR 2.1.

Objetivo

Construir uma catapulta que arremesse uma bola de ping-pong a uma distância de 6 m, com a catapulta no mesmo plano do alvo; lançar a bola a um alvo com desnível, a uma distância de 3 m; e lançar a bola a maior distância possível. 2.2.

Características Características do Projeto

Utilizamos inicialmente (protótipo 01), o princípio do onagro, que utiliza um feixe de cordas torcidas (conhecido como o novelo) para criar torção e é, portanto, conhecido como um mecanismo de torção. As cordas são amarradas em um quadro de madeira, e no meio das cordas torcidas um braço de madeira inserido na posição vertical e um invólucro no final do braço de arremesso, e também implementamos outro componente elástico que atuará ao mesmo tempo ao mecanismo de cordas cordas torcidas, amarrado amarrado ao braço propulsor propulsor e à estrutura superior do quadro, formando o efeito de um estilingue, ou seja, da catapulta propriamente dita. O projeto evoluiu (protótipo 02), e o princípio das cordas em torção deu lugar a um eixo, para melhoria da mira, além de mecanismo de disparo que também foi implementado. A característica principal dessa catapulta então é a propulsão por meio de componente elástico amarrado à estrutura superior e ao braço propulsor, envonvendo-o; este estica o elástico (como um estilingue) até a base da estrutura ou outro ângulo que ele forma com o eixo em sua base, e assim é relizado o lançamento oblíquo. 2.3.

Descrição do Funcionamento













amortecedor. Isso permite que o projétil deixe a catapulta (estilingue) à velocidade máxima, antes de parar. O projétil (bola de ping pong) desprende-se do invólucro antes de o braço bater no amortecedor, em um ponto, depende do comprimento do componente elástico que segura a catapulta (estilingue). Ajustando o comprimento da corda, ou seja, o ângulo que o braço propulsor forma com a base (plano), (plano), a trajetória poderá ser alterada alterada com precisão.

2.4.

Coleta de Dados do Protótipo

2.4.1.

Protótipo 01

Para o primeiro protótipo, foram realizados testes (lançamentos) e coletados os seguintes dados, principalmente o alcance e o tempo total t otal do lançamento:

Tabela - Coleta de Dados - Protótipo 01 - Catapulta - Grupo: Apolo VII

Nº do Teste

Ângulo (°)

Distância (m)

Tempo (s)

1

*

5,94

***

2

*

6,00

0,80

3

*

6,00

0,87

4

**

**

**

5 6

* *

6,00 6,00

0,82 0,73

7

*

6,00

0,81

8

*

6,00

0,69

9

*

6,00

0,78

10

*

6,00

0,81

11 12

30 30

2,90 2,80

0,42 0,53

13

30

2,80

0,53

14

30

2,70

0,50

Altura de Subida (m)

0,80











Tabela - Médias de Alturas de Subida

Médias

Ângulo (°)

Distância (m)

Tempo (s)

Altura de Subida (m)

1 2 3 4

30

3,16

0.54

0,7975

20

3,03

0,40

0,7975

25

2,80

0,39

0,7975

**

6,00

0,73****

0,7975

Obs.: * Não medimos o ângulo. ** Foram feitas duas medições de altura para tirar à média, não medimos o tempo. *** Sem medição de tempo. **** Para tirar à média, primeiro tirei a média de cada tempo e somei as médias, depois dividi por dois.

2.4.2.

Protótipo 02

Para o segundo protótipo, foram realizados novamente testes (lançamentos) e coletados os seguintes dados, principalmente o alcance e o tempo total do lançamento: Tabela - Coleta de Dados - Protótipo 02 - Alcance 6 m no mesmo plano - Catapulta - Grupo: Apolo VII

Nº do Teste

Ângulo (°)

Alcance (m)

Tempo Total Oper. 1 (s)


Tempo Total Média (s) **

1

*

6,20

0,69

0,69

0,69

2

*

6,20

0,69

0,70

0,70

3 4

* *

6,00 6,40

0,79 0,69

0,74 0,61

0,77 0,65

5

*

6,10

1,05

0,42

0,74

6

*

6,20

0,45

0,63

0,54

7

*

6,00

0,45

0,53

0,49











Tabela - Coleta de Dados - Protótipo 02 - Alcance 3 m em planos diferentes, desnível de 0,74 m entre planos - Catapulta - Grupo: Apolo VII

Nº do Teste

Ângulo (°)

Alcance (m)



Tempo Total Média (s) *

1

17

3,00

0,48

0,51

0,50

2

17

3,00

0,42

0,69

0,56

3

17

3,00

0,29

0,76

0,53

4 5

17 17

3,20 3,00

0,55 0,48

0,45 0,76

0,50 0,62

6

17

3,20

0,41

0,76

0,59

7

17

3,00

0,48

0,52

0,50

8

17

3,00

0,53

0,76

0,65

9

17

3,00

0,49

0,76

0,63

Média Geral

0,56

Fonte: Testes realizados pelos integrantes do grupo Apolo VII em 02/05/2010 Obs.: * Foram feitas duas medições de tempo por operadores diferentes, para tirar a média.

2.5.

Cálculos

Lançamento oblíquo de bola de ping pong, em um mesmo plano, alcance de 6 m, relizado com catapulta protótipo 02: Dados: A= 6 m (alcance - objetivo) tt= 0,64 s (tempo total t otal do lançamento – média dos testes) hmáx.=0,80 m (altura máxima – média dos testes)































































































2.7.

Memorial Descritivo

O processo de produção do protótipo do lançador oblíquo foi dividido em partes, como um membro do grupo já tinha facilidade no manejo da madeira, ele foi encarregado de construir a estrutura, componente que demandava maior tempo, os outros ficaram encarregados de levar os materiais complementares para a construção do protótipo 01 e testes.











Lixamos as quinas da haste do lançador, para o barbante não estourar. Depois com seis voltas de cada lado, com o mesmo tipo de barbante, aplicamos mais força, e a











Com testes no nível do solo, conseguimos aproximadamente seis metros (6 metros), mas com oscilações na barra lançadora. Decidimos adotar esse tipo de dispositivo de lançamento, ainda com o barbante na extremidade inferior da haste, ao mesmo tempo com o elástico (tripa-de-mico).











Implementamos também os pés que no protótipo 01 eram improvisados com a sobreposição de ripas de madeira à frente da estrutura, bem rudimentarmente. Esses pés agora são parafusos com porca e contra-porcas que permitem a regulagem da altura e assim um ajuste fino para o ângulo de lançamento. Na extremidade dos pés foram colocadas ventosas para melhor ajuste ao solo, essas ventosas poderão ser retiradas conforme o tipo de solo porque são coladas em porcas, que são rosqueadas aos parafusos dos pés.

Outra implementação foi a inserção do mecanismo de disparo, que além de fixar o ângulo de disparo já testado pelo grupo, permite maior repitibilidade ao processo de lançamento. Ele























5. ANEXOS 5.1.

Publicação do projeto (testes) na internet (youtube) •

Protótipo 01 – 6m: http://www.youtube.com/watch?v=HXoJP7sZQ10

•

Protótipo 02 – 6m: http://www.youtube.com/watch?v=uvGxFQk0Qso

•

Protótipo 02 – 6m: http://www.youtube.com/watch?v=CQBQRiAV50Y Protótipo 02 – 6m: http://www.youtube.com/watch?v=h-kdTjdAvRY

2010-05-18 - Projeto Integrador - Uninove - Catapulta - Grupo Apolo VII

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