Projeto de Catapulta: Análise de Construção e Cálculo de Desempenho, Resumos de Engenharia Civil

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UNIVERSIDADE SÃO JUDAS TADEU

ENGENHARIA CIVIL E DE PRODUÇÃO

MANUELA FEITOSA NERI, JULIA DE ALMEIDA, GIOVANNA MOCCI CAPUANI E

VICTOR HENRIQUE SOUZA

PROJETO CATAPULTA

GUARULHOS

MANUELA FEITOSA NERI, JULIA DE ALMEIDA, GIOVANNA MOCCI CAPUANI E

VICTOR HENRIQUE SOUZA

PROJETO CATAPULTA

Trabalho apresentado para as UCs Medição em Ciências e Representação Gráfica e Análise de fenômenos físicos da Natureza orientado pelos professores das respectivas matérias. GUARULHOS

Descrição do processo de construção da catapulta

 Modelo escolhido: O modelo escolhido foi a catapulta de Leonardo da Vinci, ela foi projetada pelo renomado inventor italiano Leonardo da Vinci. Ele desenvolveu vários projetos de catapulta ao longo de sua carreira, buscando melhorar a eficiência e o alcance dessas máquinas de guerra. A catapulta era conhecida por sua estrutura robusta e pelo uso de um sistema de molas para lançar projéteis com maior velocidade e precisão. Embora nunca tenha sido construída em grande escala durante a vida de da Vinci, suas ideias e projetos influenciaram o desenvolvimento posterior das catapultas. Nos baseamos na base da catapulta de da Vinci, mas ao invés de molas foi utilizado dois elásticos para aplicar força no rolete, e assim a colher lançar a bola de tênis. Os elásticos que foram colocados na catapulta desempenham um papel crucial no funcionamento dela, pois são responsáveis por armazenar e liberar energia potencial. Quanto mais fortes e esticados deixarmos os elásticos, maior será a força e a velocidade do lançamento da catapulta. Um exemplo da importância do elástico foram os nossos testes, o primeiro elástico que foi utilizado, por ser muito rígido não conseguíamos deixar esticado o suficiente, assim não tinha força para lançar a bolinha na distância esperada. Já o segundo elástico é feito de tubo de látex, conseguimos esticar de uma maneira mais precisa, assim ele atingiu os resultados esperados nos testes. Ajustar a tensão dos elásticos permite controlar a distância e a precisão do lançamento. Foi importante encontrar um equilíbrio entre a força dos elásticos e a

estrutura da catapulta para obter melhores resultados. Tivemos que adaptar a estrutura da nossa catapulta durante o lançamento, adicionando mais madeira na base, pois como trocamos os dois elásticos, a força dela ficou mais forte e acabou rachando a madeira no rolete, e quebrou a base da colher que estava sendo utilizada. Também tivemos que adaptar a colher que servia como base para a bola de tênis, cortamos uma garrada pet e colocamos no meio da base da colher para encaixar a bola e realizar os lançamentos.

 Materiais/Ferramentas utilizados:

Arruelas; Cola de madeira; Cola de contato; Esquadro de ferro; Fresa; Lápis de carpinteiro; Madeira; Furadeira; Parafusadeira; Parafusos; Serra de bancada; Tampa de garrafa pet.

 Modificação na base da "colher" e colocação dos elásticos extensores

 Troca dos elásticos pelo látex, um suporte de lançamento maior e modificações na base da catapulta  CATAPULTA FINALIZADA

Desenhos da catapulta em 2D: Vista lateral Vista superior

Fotos das peças separadas: 1°peça: 2°peça:

6°peça: Memorial dos cálculos:

1° Tentativa: Componente Vox da velocidade de lançamento(V (^) o ) : V (^) ox= d t

= 4 , 69 m/s Componente Voy da velocidade de lançamento(V (^) o) : tsubida(s )= t 2

= 0 , 46 m/s V =V (^) o +a∗t → 0 =V (^) oy−g∗ts →V (^) oy=g∗ts → V (^) oy=9,8∗0,46=4,51 m/s Ângulo de lançamento(tg θ): tg θ= V (^) oy V (^) ox

Determinação da velocidade de lançamento :

V o =√V ox

2 +V (^) oy 2

2

• 4, 2 = 6 , 51 m/ s Alcance vertical máximo( Hmáx ): V (^) y 2 =V (^) oy 2 − 2 ∗g∗H (^) m á x → 0 2 =V (^) oy 2 − 2 ∗g∗Hm á x → Hm á x = V (^) oy 2 2 ∗g → Hm á x=

2 2 ∗9, = 1 , 04 m Alcancehorizontal máximo : Dist â nciaM é dia= 4 , 34 m

Componente Vox da velocidade de lançamento(V (^) o ) : V (^) ox= d t

= 5 , 43 m/ s Componente Voy da velocidade de lançamento(V (^) o) : tsubida(s )= t 2

= 0 , 68 m/ s V =V (^) o +a∗t → 0 =V (^) oy−g∗ts →V (^) oy=g∗ts → V (^) oy=9,8∗0,68=6,66 m/s Ângulo de lançamento(tg θ): tg θ= V (^) oy V (^) ox

Determinação da velocidade de lançamento :

V o =√V ox

2 +V (^) oy 2

2 +4, 2 = 7 , 13 m/s Alcance vertical máximo( Hmáx ): V (^) y 2 =V (^) oy 2 − 2 ∗g∗H (^) m á x → 0 2 =V (^) oy 2 − 2 ∗g∗Hm á x → Hm á x = V (^) oy 2 2 ∗g → Hm á x=

2 2 ∗9, = 2 , 26 m Alcancehorizontal máximo : Dist â nciaM é dia= 7 , 35 m

Média, Desvio padrão e Desvio padrão da média:

1° Tentativa:

2° Tentativa:

Conclusão:

Ao longo do projeto, muitas variantes foram encontradas, até mesmo para a definição de como iria ser o designer da catapulta. Foram percalços necessários para se obter excelentes resultados no final. Bom, nos baseamos na catapulta de Leonardo da Vinci, onde nos subsequentes momentos fomos adaptando para uma melhor performance. Utilizamos madeira MDF para a estrutura, o cilindro e a “colher” (para lançar o objeto), e um par de elásticos extensores azuis. Porém, após finalizada não comportava o formato da bola de tênis, por isso foi necessários ajustes no suporte para uma melhor adequação. Logo em seguida, foi percebido que os elásticos extensores estavam perdendo sua força ao longo dos lançamentos, pois as primeiras medições alcançavam um bom percurso, mas as decorrentes ficavam menores. Sendo trocados por tubos de látex de N° 203. Também houve uma percepção em relação ao tamanho do suporte de lançamento e o aumento e reforço na base da catapulta, havendo ajustes para que ficasse maior e pudesse melhorar as margens de testes obtidos anteriormente. Trocados os elásticos, a “colher” e a base dela, foi verificada uma melhora significativa no desempenho da catapulta, porém uma parte que ficou mais desafiadora seria a relação dos ângulos com a sua execução. Foi observado, que quanto maior o ângulo em relação ao de 45° maior seria sua metragem, porém não ocorreria uma boa altura. Da mesma forma, que se fosse menor fosse o ângulo em relação ao de 45° maior seria sua altura, porém não teria um bom percurso. Sendo preciso, calcular o ângulo mais próximo ao de 45° para que ocorresse bons resultados em ambos. Para o sucesso do projeto, as aulas ao longo do semestre foram muito relevantes para a obtenção dos resultados e dos conhecimentos, para a devida formação da catapulta. As aulas de vetores foram necessárias para a identificação do VetorY (altura) e o VetorX (espaço). A das leis dos cossenos e senos, foi importante para calcular o ângulo da trajetória. Para se chegar nas aulas do lançamento obliquo (movimento balístico), ou seja, o próprio lançamento da catapulta.