TRABALHO INTEGRADO – 1º SEMESTRE – ENGENHARIA BÁSICO · 3 I. TEMA O tema da Atividade...
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Orientações
APS
“Atividades Práticas Supervisionadas”
Projeto de Lançamento Oblíquo através do Mecanismo - Trabuco (Catapulta)
Trebuchet Mechanics (Catapult)
Engenharia Ciclo Básico
DP do 2º semestre
2
Sumário
I. TEMA ............................................................................................................................................... 3
II. FORMAÇÃO DOS GRUPOS ...................................................................................................... 3
III. OBJETIVOS DA APS ............................................................................................................... 3
OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................................................................... 3
IV. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................................. 4
V. NORMAS DE CONSTRUÇÃO ................................................................................................ 9
VI. ESTRUTURA DA APS .............................................................................................................. 9
VII. CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO ............................................................................................... 11
VIII. DA APRESENTAÇÃO DO TRABALHO ............................................................................. 11
IX. POSTAGEM DO TRABALHO ............................................................................................... 13
X. SEGURANÇA NA CONSTRUÇÃO ...................................................................................... 13
XI. INFORMAÇÕES ADICIONAIS .............................................................................................. 13
XII. REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 13
XII. ANEXOS .................................................................................................................................... 14
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I. TEMA
O tema da Atividade Prática Supervisionada (APS) proposta aos alunos do primeiro
semestre do curso de engenharia básica é “Trabuco (Catapulta)”. Os conceitos envolvidos
desta APS estão fundamentados no programa da disciplina de Mecânica da partícula (MP), e
Desenho Técnico (DT) e estimular a aprendizagem dos estudantes, através da abordagem
proativa de aplicação das teorias adquiridas nas principais disciplinas da Engenharia Básica.
II. FORMAÇÃO DOS GRUPOS
Os grupos deverão ser formados por 10 (dez) alunos. As datas para a entrega do trabalho
escrito pelos líderes de cada um dos grupos serão informadas pela coordenação do curso por
meio do site engenhariabasica.jimdo.com. Estas datas devem ser respeitadas, mesmo que
as datas limites informadas pelo sistema sejam diferentes (data prevista: segunda quinzena
de outubro).
III. OBJETIVOS DA APS
O objetivo geral da APS é projetar e construir um mecanismo de trabuco (catapulta) ou
conceber a construção de um lançador oblíquo, catapulta gravitacional do tipo Trabuco,
conforme mostra a figura 1, que visa introduzir os alunos a atividades práticas e acadêmicas,
por intermédio da relação de disciplinas interdisciplinares: Matemática Física e Desenho
Técnico.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Montagem do mecanismo, com suas variáveis, conforme mostrado na figura 3, como
distância de lançamentos, tempo, aceleração, velocidade, força e outros.
2. Memorial descritivo, ou cálculos descrevendo os ângulos de disparos do lançador oblíquo,
determinando a velocidade inicial de lançamento de um corpo realizando movimento
oblíquo, com uma bola de tênis de mesa, ou bola de ping-pong.
3. Desenho Técnico do mecanismo de construção.
4. Atingir 3 alvos com a distância de 5 metros, 10 metros e 15 metros.
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Figura 1 Perspectiva Isométrica do Mecanismo do Trabuco mais detalhado – Desenvolvido no Fusion 360.
É importante ressaltar que está APS não é tratado como uma publicação ou ideia inédita,
já que existem atividades similares, há muito tempo, e são realizadas em outras instituições
de ensino, vem certamente a contribuir com a melhora do ensino da Engenharia Básica.
IV. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Trebuchets (Trabucos) eram o mais recente e tecnologicamente mais avançado tipo de
mecanismo no campo da guerra medieval. Esses mecanismos rígidos também
desempenharam um papel importante no pensamento científico da humanidade,
principalmente para Jordanus de Nemore, Leonardo da Vinci, e Marini Merssene (SAIMRE,
2006).
Séculos antes do desenvolvimento de canhões, enormes peças de artilharia demoliam
paredes de castelos medievais com projéteis com contrapesos, denominado de Catapulta, ou
trabuco, inventado na China entre o quinto e o terceiro século a.C, chegou ao Mediterrâneo
no sexto século, que devastou, de outras formas, a artilharia militar e se manteve até bem
depois da chegada da pólvora; O trabuco foi fundamental na rápida expansão dos impérios
Islâmico e Mongol. (CHEVEDDEN et al, 2002)
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O movimento do trabuco é bastante simples, em seus fundamentos teóricos, para inspirar
os estudos do movimento ou lançamento oblíquo, mas seus detalhes são sutis e requerem
simulações para interpretar com precisão.
Figura 2 - A Física do Trebuchet
Na figura 2, mostra os primeiros trabucos que eram supridos por equipes e que puxavam
as cordas e não por contrapesos. Grupos de até 250 homens puxaram as cordas, como regra
da alavanca, para enviar projéteis de 100 metros ou mais. (CHEVEDDEN et al, 2002).
Recentemente pode-se entender como a rotação do contrapeso desempenha um papel
crucial na transferência de energia para a articulação da barra e consequentemente para o
lançamento oblíquo do projétil.
Chevedden et al (2002), afirma que os trabucos receberam muita atenção dos
“engenheiros”, que na verdade, a própria palavra “engenharia” está intimamente relacionada
a eles. No latim e nos vernáculos europeus, um termo comum para trebuchet era "engine" (de
ingenium, "um engenhoso artifício"), e aqueles que os projetaram, fizeram e usaram, foram
chamados ingeniators.
FÓRMULAS DO LANÇAMENTO OBLÍQUO
O alcance horizontal é a distância entre os pontos de partida e chegada do objeto lançado
obliquamente. A sua determinação será feita a partir da função horária da posição para o
movimento retilíneo uniforme (MRU), sendo assim podemos escrever:
(1)
6
A diferença entre as posições final (s) e inicial (S0) foi substituída por A, simbolizando
o alcance do objeto. Perceba ainda que a velocidade utilizada foi uma componente no eixo x
(VX) da velocidade do objeto. A velocidade do objeto forma um ângulo θ com a horizontal,
sendo assim, as análises feitas tanto na horizontal quanto na vertical devem utilizar os devidos
componentes do vetor velocidade em cada eixo.
Figura 3 – Variáveis do modelo mecânico do teste da Catapulta. (Adaptado de JÚNIOR, 2019)
O tempo considerado na equação do alcance (A) é o tempo total para que o objeto saia
do chão, atinja a altura máxima e retorne ao solo. No estudo do lançamento vertical, vemos
que o tempo gasto para que um objeto atinja a altura máxima vertical é dado por:
(2)
7
Nessa equação, V é a velocidade do objeto e g é a aceleração da gravidade. Para o
caso do lançamento oblíquo, a velocidade considerada na vertical será a componente Vy,
sendo assim, podemos escrever:
(3)
O tempo destacado acima refere-se à subida do objeto, logo, o tempo total do
movimento será o dobro.
(4)
Assim, a equação do alcance poderá ser reescrita:
(5)
O termo 2.cosθ.senθ pode ser substituído pela identidade trigonométrica sen2θ, sendo
assim, a equação final para a determinação do alcance horizontal em um lançamento oblíquo
será:
(6)
O alcance será o máximo possível quando o ângulo de lançamento for igual a 45°.
Como o ângulo é multiplicado por dois na equação do alcance, o seno calculado será o de
90°, que corresponde ao máximo valor de seno possível, assim o alcance será o máximo
possível. A Figura 4 indica as possíveis trajetórias para lançamentos oblíquos executados
sobre ângulos diversos (SIANO, 2013).
Figura 4. O movimento do trebuchet em intervalos de tempo constantes. (SIANO, 2013)
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A altura máxima será determinada a partir da equação de Torricelli, equação do
movimento uniformemente variado independente do tempo.
(7)
Para o lançamento oblíquo, teremos:
(8)
Na altura máxima, a velocidade do móvel será nula. O sinal negativo na equação acima
justifica-se pelo fato de o movimento ser ascendente, contrário ao sentido da gravidade.
(9)
A equação (9) acima determina a altura máxima atingida por um objeto que executa
movimento oblíquo.
CÁLCULO DO RENDIMENTO DO TRABUCO
O rendimento pode ser determinado comparando-se o alcance médio obtido com o
alcance de um trabuco ideal equivalente. A energia potencial do contrapeso é transformada
em energia cinética, que é transmitida para o projétil à ser lançada.
A energia potencial do contrapeso deve ser calculada fazendo-se a diferença entre a
altura do contrapeso na posição de disparo e a posição de menor altura do contrapeso
conforme ilustrado na figura 3.
A energia potencial do peso propulsor é então calculada pela Equação
(10)
A energia cinética é calculada pela Equação (11), na qual V0 é a velocidade inicial do
projétil.
(11)
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V. NORMAS DE CONSTRUÇÃO
A construção do sistema de mecanismo do Trabuco deverá contemplar os seguintes
parâmetros:
I. altura da articulação da barra de lançamento (h),
II. ângulo da barra na posição de disparo em relação a horizontal (b),
III. relação entre os comprimentos do braço longo (lDC) , que não deverá ultrapassar de
50 centímetros.
IV. braço curto (lBC)
V. comprimento dos cabos de lançamento.
VI. Massa do contrapeso (A)
VII. Massa da carga à lançar (E)
Figura 5 – Desenho esquemático dos parâmetros de construção. (MORSCH e ROCHA, 2011)
VI. ESTRUTURA DA APS
A APS é constituída de duas etapas. A primeira etapa é apresentação do trabalho onde o
grupo apresentará a montagem do(s) dispositivo(s) e deverá cumprir as etapas pré-
estabelecidas pelos professores avaliadores, é neste momento que o grupo anotará os
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resultados para análise. A segunda é a entrega do trabalho teórico, conforme a norma
brasileira ABNT NBR 10719 onde deverá onde neste deverá conter os seguintes itens:
I. Folha de rosto (obrigatório), com os nomes dos integrantes do grupo, RA e turma em
ordem alfabética.
II. Resumo na língua vernácula (obrigatório)
III. Sumário (obrigatório)
IV. Introdução (obrigatório)
V. Desenvolvimento (obrigatório)
VI. Considerações finais (obrigatório)
VII. Referências (obrigatório)
VIII. Anexo (opcional)
No capítulo de revisão bibliográfica deverá existir um desenvolvimento teórico com
revisão bibliográfica dos temas: “catapulta, trabuco, lançamento oblíquo,”. Para elaborar a
revisão bibliográfica o grupo poderá utilizar apenas artigos científicos, dissertações de
mestrado, teses de doutorado e livros relativos ao tema. Observação: não serão aceitas
referências fora dos padrões citados anteriormente. O grupo deverá utilizar como referência
ao menos dois livros.
No capítulo de metodologia o grupo deverá descrever as etapas envolvidas para
elaboração do projeto, os cálculos necessários para a construção do protótipo deverão ser
apresentados
O capítulo de conclusões deverá conter uma visão geral do trabalho e dos resultados.
A análise dos resultados que deverá conter a verificação das equações 1 e 2 com os dados
obtidos durante a apresentação do trabalho em diferentes configurações. Essa verificação
pode ser gráfica, usando planilha eletrônica e derivando a equação a partir dos dados obtidos
na apresentação da parte prática. Caso os resultados obtidos sejam dispares (os resultados
a verificações das equações), o grupo deverá realizar o diagnóstico desta disparidade. O
capítulo de anexos do relatório técnico da APS deverá conter os seguintes itens:
a) Cronograma de elaboração do projeto.
b) Desenho do protótipo ou croquis;
c) Planilha contendo todos os materiais utilizados e os custos do projeto
d) Termo de compromisso sobre o plágio.
O trabalho teórico da APS deverá ter no mínimo 6 e no máximo 14 páginas.
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Importante: Os grupos deverão seguir os padrões de formatação estabelecidos pelas normas
ABNT para trabalhos acadêmicos. Todavia, a que define como devem ser elaboradas as
referências bibliográficas e as citações.
VII. CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO
Sobre as menções de notas, serão divididos em
Item Nota
máxima
Trabalho escrito 5,0
Qualidade do Mecanismo do Trabuco (melhor conjunto) 2,0
Funcionamento dos disparos (Alcances) 2,0
Normas de construção e melhor rendimento energético 1,0
Observações:
1. Não será permitido o uso de kits de montar pré-fabricados na construção do protótipo.
2. O aluno que for reprovado no projeto da APS deverá refazê-lo futuramente no regime de
dependência.
VIII. DA APRESENTAÇÃO DO TRABALHO
A apresentação prática e teórica do trabalho será feita por, no mínimo, 5 integrantes do
grupo, nas dependências da UNIP, na data estabelecida, de acordo com escala de
apresentação a ser publicada nos murais de aviso pela coordenação. Data Prevista da
Apresentação: segunda quinzena de outubro.
IV - Estrutura da APS teórica
A parte teórica deverá conter os seguintes itens:
a. Capa com os nomes dos integrantes do grupo, RA e turma, juntamente com
a identificação da instituição e o título do trabalho.
b. Introdução.
c. Objetivos.
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d. Revisão bibliográfica
e. Metodologia
f. Análise dos resultados
g. Conclusões.
h. Anexos.
Na Introdução deve ser dada a motivação para o desenvolvimento do trabalho.
No capítulo de revisão bibliográfica deverá existir um desenvolvimento teórico com
revisão bibliográfica sobre os temas envolvidos na elaboração desta APS. Para
realizar a revisão bibliográfica o grupo poderá utilizar apenas artigos científicos,
dissertações de mestrado, teses de doutorado e livros relativos ao tema.
Observação: não serão aceitas referências fora dos padrões citados
anteriormente. O grupo deverá utilizar como referência ao menos dois livros.
No capítulo de metodologia o grupo deverá descrever as etapas envolvidas para a
elaboração do projeto. Uma relação de todos os materiais utilizados deve ser
incluída, e os cálculos necessários para a construção do protótipo deverão ser
apresentados.
No capítulo análise de resultados, serão descritos os resultados obtidos no dia da
apresentação do trabalho aos professores avaliadores.
O capítulo de conclusões deverá conter uma visão geral do trabalho e dos
resultados. No qual conste a análise dos resultados que deverá conter as
verificações da equação 1 e 2 com os dados obtidos durante a apresentação do
trabalho em diferentes configurações. Casos sejam díspares (os resultados obtidos
na prática e os resultados das equações), o grupo deverá realizar o diagnóstico
desta disparidade.
O capítulo de anexos da APS deverá conter os seguintes itens:
i. Cronograma de elaboração do projeto.
ii. Desenho do conjunto e de cada componente em três vistas;
iii. Planilha contendo todos os materiais utilizados e os custos do projeto
iv. Termo de compromisso sobre o plágio.
v. Ficha preenchida de próprio punho, por cada um dos membros do grupo (a
ser retirada com a auxiliar de coordenação)
O trabalho teórico da APS deverá ter no mínimo 6 e no máximo 14 páginas, com
exceção dos anexos, figuras e fotos.
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Importante: Os grupos deverão seguir os padrões de formatação estabelecidos
pelas normas ABNT para trabalhos acadêmicos. E também, a que define como
devem ser elaboradas as referências bibliográficas e as citações. No site da UNIP
há um resumo destas normas para consulta:
https://www.unip.br/presencial/servicos/biblioteca/download/manual_de_normal
izacao_abnt_2018.pdf
IX. ENTREGA DO TRABALHO
O trabalho escrito deverá ser entrega para a auxiliar de coordenação). A data prevista
para postagem é estimada segunda quinzena de outubro.
X. SEGURANÇA NA CONSTRUÇÃO
Todos os alunos envolvidos na construção e na apresentação do protótipo deverão utilizar
os equipamentos de segurança necessários.
XI. INFORMAÇÕES ADICIONAIS
Este manual de orientações poderá conter modificações e adições futuras. Tais
modificações e adições serão repassadas aos alunos em sala de aula ou em avisos nos
murais da Engenharia Básica. Em qualquer etapa da APS as situações não previstas neste
manual de orientações serão analisadas pelo corpo docente da Engenharia Básica. Toda e
qualquer dúvida deverá ser apresentada a qualquer integrante do corpo docente da
Engenharia Básica.
XII. REFERÊNCIAS
HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J. Fundamentos de física. volume 1: mecânica. 8.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.
JÚNIOR, Joab Silas da Silva. Lançamento oblíquo; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/lancamento-obliquo.htm.Acesso em 07 de julho de 2019.
MORSCH, I. B; ROCHA M. M.; Jogos didáticos aplicados ao ensino de engenharia – projeto e construção de catapultas do tipo trabuco. COBENGE Congresso Brasileiro de Educação em Engenharia - Blumenau – SC, 2011.
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SAIMRE, T. Trebuchet – a gravity-operated siege engine. – A Study in Experimental Archaeology. Estonian Journal of Archaeology, 2006, p 61-80. Disponível em: http://www.kirj.ee/public/va-arh/arch-2006-1-3.pdf
SIANO, D. B. Trebuchet Mechanics. Nov. 16, 2013 Disponível em: http://www.algobeautyreb.com/trebmath35.pdf.
CHEVEDDEN, P. E.; EIGENBROD, L.; FOLEY, V; SOEDEL, W. The Trebuchet - Recent reconstructions and computer simulations reveal the operating principles of the most powerful weapon of its time. Scientific American Special Online Issue, 2002. Disponível em: http://www.sklad.atomyk.net/trebuchet/trebuchet.pdf
XII. ANEXOS
Anexo A: Exemplo de desenho técnico, com suas respectivas projeções ortogonais.
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ROTEIRO DE CORREÇÃO DA PARTE TEÓRICA DA APS Itens a serem avaliados
Checklist Intervalo de pontuação
Pontuação atribuída
Título:
• Reflete o conteúdo?
• As palavras são apropriadas?
0 – 0,25
Introdução:
• Informa claramente sobre o problema a ser investigado e desenvolvido?
• Apresenta a justificativa do projeto?
0 – 0,25
Objetivos:
• Os objetivos propostos estão claramente explicitados?
• Estão enunciados de forma observável e/ou mensurável?
• Há coerência entre objetivo(s) e o conteúdo do trabalho?
0 – 0,50
Fundamentação teórica:
• Apresenta embasamento teórico?
• Possui raciocínio lógico-científico?
• O trabalho possui uma sequência e organização?
• O tema foi abordado com a profundidade adequada?
• Apresentação dos cálculos de dimensionamento do protótipo?
0 – 0,50
Material e Métodos:
• Os procedimentos utilizados estão claramente descritos?
• Descreve, com riqueza de detalhes, os procedimentos de maneira a permitir que o protótipo seja reproduzido?
0 – 0,50
Conclusão:
• Ocorre a apresentação e discussão de resultados?
• Respondem os objetivos propostos inicialmente?
0 – 0,50
Cronograma de atividades e planilha orçamentaria 0 – 0,50
Desenho /Croquis 0 – 0,50
Normas ABNT
Uso da Norma 14274 – para a capa
0 – 0,50
Uso da Norma 15287 – para a página de rosto
Uso da Norma 6023 – para referências bibliográficas
Uso da Norma 10520 – para as citações
Formatação
Foi utilizada fonte 12 em todo o trabalho?
0 – 0,5
O espaçamento entrelinhas está 1,5?
Alinhamento justificado?
As dimensões das margens estão corretas?
Redação
Adequação de linguagem (culta; formal; impessoal)?
0 – 0,5
Ausência de erros ortográficos e de concordância?
Ausência de erros de digitação?
TOTAL DE PONTOS 5,0
ATENÇÃO
Ocorrendo o plágio será atribuída somente a nota obtida na parte prática da APS!
Peso do trabalho escrito
Total x 0,5
NOTA PRÁTICA
NOTA FINAL