Olá galera! Aqui vocês poderão acompanhar o desenvolvimento da primeira Catapulta Trebuchet feita apenas de palitos de picolé e cola branca. Este projeto está sendo realizado pelos alunos da disciplina Estática do curso Engenharia Mecânica da Faculdade de Tecnologia SENAI Cimatec. O grupo que vos escreve é composto por André Almeida, Anna Carolina Oliveira, Arthur Gomes, João Lucas Rocha e Matheus Carvalho. Este projeto tem como orientador Me. Targino Amorim. Sejam bem vindos ao nosso blog.
As atividades elaboradas pelo grupo durante a realização do projeto foram resumidos neste vídeo. Desde a primeira reunião da equipe os integrantes se preocuparam em detalhar, a partir de fotos, as etapas realizadas para a concretização da catapulta trebuchet. Todos os componentes sentiram-se realizados quando fizeram alguns testes após a finalização do protótipo e do modelo físico final.
The team did a project summary for people from the rest of the wolrd that communicate with English:
A trebuchet is a siege engine that was employed in the Middle Ages. The trebuchet appeared in both Christian and Muslim landas around the Mediterranean in the twelfth century. It could fling projectiles of up to 160 kg at high speeds into enemy fortifications.
A trebuchet is a type of catapult that works by using the energy of a raised counterweight to throw a projectile. A long beam is attached to an axle. At the short end of the beam is attached the counter weight. The long end of the beam is pulled down, raising the counterweight. A sling, which has a pouch containing the projectile, is attached to the long end of the beam. Upon releasing the trigger, the sling and the beam swing upward, pivoting on the axle toward the vertical position, whereupon one end of the sling releases, opening the pouch and allowing the projectile to fly towards the target. The stored energy of the counterweight is transferred efficiently to the projectile.
The largest currently-functioning trebuchet in the world is the 22-tonne machine at Warwick Castle, England. Based on historical designs, it stands 18 meters tall and throws missiles typically 36 kg up to 300 metres.
The most unusual project is that its composition is based only on toothpick and white glue, in the other words, it's more challenging to the designers. The project must contain at most a mass 5kg and a height of 600mm.
Research has been conducted on the behavior of the catapult and it was observed that the lattice plane aid in the stability of the structure and therefore they were used for construction. Mechanical tests were also conducted in order to find the voltage supported by sticks and so choose the best way to glue them.
Mais um pouco de informações para vocês, leitores!
É de suma importância realizar ensaios mecânicos nos materiais que serão utilizados em um projeto, seja ele qual for. Esses testes irão revelar a resistência destes materiais e verificar se são viáveis para atender as exigências que eles estarão sujeitos quando o projeto estiver pronto.
Para isso são feitos corpos de prova, que nada mais são do que uma parcela em escala reduzida da estrutura adotada no trabalho, os quais sofreram esforços em direções e de maneiras diferenciadas. Fizemos nossos corpos de prova, que foram mostrados em postagens anteriores, e depois fomos ao laboratório da instituição para realizar nossos ensaios.
Tração e compressão. Estes foram os testes realizados por nós no laboratório, pois serão os quesitos que mais influenciaram na resistência da catapulta. Como já foi explicado anteriormente, uma força de tração consiste em um esforço orientado para o exterior de uma barra - neste caso o palito. Já um força compressiva é orientada para o interior.
A partir dos resultados, chegamos a conclusão que os palitos resistem mais a um esforço de tração do que compressão. Isso pode ser explicado simplesmente pelo fato do palito ser formado por fibras naturais de madeira e as fibras resistem mais a forças aplicadas na direção em que elas estão dispostas.
Assim, caso uma força haja perpendicularmente a estas fibras, como na compressão, o esforço sentido pelo material será bem maior e menor será sua resistência. Contudo, aumentando a espessura dos palitos, sobrepondo um ao outro, verificou-se que o processo de deformação destes era mais demorado e, portanto, mais resistente é a estrutura.
Já a análise que se teve para a tração foi a seguinte: quanto maior a área de contato entre a cola e o palito, maior seria o esforço suportado pela estrutura, resultando numa maior resistência.
Em outras palavras, a análise do material a partir de ensaios mecânicos é importante para se ter uma noção da resistência do material e assim saber se ele poderá ser aplicado no projeto final ou se será trocado ou melhorado.
Abaixo pode-se ver um vídeo mostrando como foi feito o ensaio de tração realizado no laboratório.
Finalizamos a construção do nosso protótipo utilizando como ferramenta um software bastante utilizado em projetos de engenharia: Solidworks. Com ele podemos fazer vários ensaios mecânicos e prever o comportamento da catapulta depois de colocar o contra-peso ou após algum outro condicionante, fazer ajustes nas dimensões, detalhar o desenho técnico mecânico do projeto, antever algumas das dificuldades durante a montagem do modelo físico, dentre outras observações possíveis.
Desenho Técnico Mecânico em 2D:
Vistas frontal e lateral esquerda, perpectiva isométrica e vista superior, respectivamente
Desenho Técnico Mecânico em 3D:
Desenho feito com o auxílio do Solidworks
Consideração final: Como foi dito mais acima, este é apenas um desenho mais detalhado do protótipo. Por isso, vale ressaltar que durante a construção do modelo físico da catapulta podem haver algumas mudanças após discussões que possam surgir entre nós, integrantes.
Vídeo Demonstrativo
Para aqueles que não sabem o que é uma catapulta trebuchet, nem fazem ideia do seu funcionamento durante o lançamento de projéteis, resolvemos colocar um pequeno vídeo que tem como intuito acabar como as suas dúvidas. Depois que nossa catapulta estiver pronta, também iremos postar neste blog um vídeo do lançamento de um objeto. Aguardem!
Como já foi dito aqui antes, o mecanismo de funcionamento de uma catapulta é conhecido a muitos anos e, com o passar do tempo, foi sofrendo melhorias em sua estrutura para que sua performance fosse melhorada. Em outras palavras, conceitos físicos e matemáticos são amplamente explorados na construção desta arma de guerra. Por isso, resolvemos mostrar para vocês que ainda hoje tais conceitos continuam sendo utilizados e incrementados em algumas situações, como no caso de lançamento de aviões de guerra dos navios porta-aviões.
"A marinha norte-americana desenvolveu um novo sistema de catapultas para auxiliar na decolagem das aeronaves a partir dos porta-aviões. O sistema auxiliar de impulso, que se mantinha inalterado e em tremendo descompasso tecnológico desde os anos 1950, é necessário dado as exíguas dimensões das pistas disponíveis nos navios e dos aviões que crescem em peso, o que reflete diretamente na sua necessidade de pistas maiores.
EMALS lançou o avião de 26 toneladas e estava pronto para novo lançamento em 45 segundos (Foto: Reprodução/US Navy)
O novo sistema opera com eletromagnetismo, chamado de EMALS, sigla para Electromagnetic Aircraft Launch System (Sistema de Lançamento de Aviões Eletromagnético). Ele é capaz de lançar aviões a velocidades aproximadas de 160 Km/h e pode empurrar uma aeronave de 26 toneladas e recarregar em 45 segundos, ficando assim disponível para o próximo arremesso. Além disso, o EMALS tem a vantagem de ser mais fácil de operar, ocupar metade do espaço e peso das catapultas à pressão. Catapultas para arremessar máquinas voadoras não são novidade. Além do sistema de catapultagem, criado por engenheiros britânicos, existir nos porta-aviões desde os anos 1950, os irmãos Wright, que disputam historicamente a invenção do avião com Santos Dummont, usavam dispositivos que catapultavam seus aeroplanos do chão ao ar."
Antes da construção, foram feitas pesquisas sobre os modelos existentes para as catapultas trebuchet. Após a escolha de um deles, foram feitos primeiros cálculos para se ter uma ideia do dimensionamento do protótipo e tornar viável a modelagem física deste. Para isso foi feita uma seleção de palitos para que eles se adequassem as exigências que estarão submetidos, seja ela compressão ou tração. Estas condições em que os palitos estarão sujeitos e suas consequências serão discutidas posteriormente. Um esquema de como as forças, descritas acima, podem atuar em um corpo de prova é mostrado abaixo:
A colagem de palitos em algumas situações é algo complicado devido a algumas inclinações em que estarão sujeitos e a sua área de contato solicitante. Por isso, em alguns momentos foram utilizadas ferramentas para corte e lixamento para que houvesse uma área de contato homogênea para que a montagem de um estrutura inclinada fosse possível.
Sabendo que existem diferentes formas de uma força atuar em um palito e que a forma de como eles são colados influencia na distribuição destas forças possibilitando uma resistência maior na estrutura, foram feitos corpos de prova que serão levados ao laboratório para a realização dos testes de tração e compressão e os dados também serão postados aqui. Abaixo pode-se conferir os corpos de prova e a modelagem final do protótipo:
Palitos para teste de compressão
Palitos para testes de tração
Protótipo
Vista frontal, Vista lateral direita, Vista superior, respectivamente.
Consideração final: O protótipo pode sofrer alterações durante a construção final da catapulta.
A antiguidade foi marcada por diversas batalhas que tinham como intuito, dentre outros motivos, aumentar o comércio e a extensão dos territórios, os quais eram sinônimos de poder, fortuna, respeito e admiração de todos da época. Por estes e outros motivos, várias tecnologias foram criadas para munir as artilharias, instrumentos de força que originam efeitos morais e materiais que tem como objetivo desde a neutralização à destruição de manifestações ou manifestantes de todos os gêneros. E dentre as armas utilizadas na época, destacaram-se as catapultas.
A catapulta é um mecanismo de cerco que utiliza uma viga pivotante e um contrapeso para lançar projéteis a longas distâncias, evitando possíveis obstáculos, como muralhas e fossos. Tem seu funcionamento caracterizado pelo armazenamento de tensão propiciado pelo esticamento das cordas. Acredita-se que tenha sido criada pelos gregos durante o reinado de Dionísio e foram completamente desenvolvidas em tempos romanos e medievais. No início, era tracionada por força humana — chamada de pierrière. Entretanto, durante a Idade Média, os engenheiros medievais fizeram grandes melhorias no sistema de tração e atingem o maior estágio evolutivo que estas armas já tiveram: as trebuchets tracionadas por um contrapeso pênsil.
Sabe-se que uma pedra pode causar um estrago expressável ao ser derrubada de uma certa altura considerável. Isto porque os objetos erguidos no ar adquirem energia potencial gravitacional que é liberada quando caem, a qual tem uma intensidade muito maior do que o tracionamento de cordas trançadas. Usando um engenhoso sistema de pêndulo, os medievais substituiram, finalmente, o antigo sistema de cordas para o de pêndulo, capaz de converter esta imensa energia dos blocos em queda para atirar projéteis dezenas de vezes mais pesados.
Uma melhoria considerável feita neste mecanismo foi sua nova forma pênsil, que permitia que o contrapeso girasse livremente na horizontal em torno de um eixo o que aumentava sua eficiência consideravelmente. Além disso, a catapulta possui outras duas vantagens. Ela era precisa, por ser mais eficiente e não dar coices e a trajetória parabólica que o projétil fazia após o lançamento permitia atingir alvos mais altos.
Os alunos de Engenharia Mecânica da Faculdade de Tecnologia SENAI Cimatec foram desafiados por uma banca de professores a desenvolver uma catapulta trebuchet, a qual deve ser construida com apenas palitos de picolé e cola branca. Não deverá possuir um peso máximo superior a 5kg, com
uma tolerância de 5% (250 g). Sua altura será limitada a 600 mm (60 cm). O contrapeso, que impulsionará um projétil de 5 g, será uma anilha de 2 kg, esta será utilizada por todos os grupos. Cada grupo deve conter no máximo cinco integrantes. Confira os critérios que serão avaliados pela banca e sua respectiva pontuação:
Capacidade de lançamento
(alcance máximo) - 3 Pontos;
Blog (com resumo em inglês) e vídeo postado no YOUTUBE - 1 Ponto.
Confecção e entrega dos protótipos:
22 de abril: As equipes deverão apresentar-se às 14:00 h na sala de aula com o protótipo completamente concluído, que deve ser entregue ao professor.
26 de abril:As equipes deverão apresentar-se às 14:00 h na sala de aula para o lançamento do projétil pela catapulta, que acontecerá em local pré-estabelecido pelo professor.
Consideração final: Caso a equipe completa se apresente com atraso maior que 30 minutos, perderá 1,0 ponto na avaliação geral. O atraso superior a 1 hora, por qualquer motivo, não dará direito à entrega após o horário fixado. Avaliação:
O protótipo, para fins de avaliação, será demonstrado em sala de aula, sem a massa a ser lançada, utilizando apenas o contrapeso. Caso ocorra o tombamento ou qualquer situação de instabilidade, a comissão julgadora poderá interromper o ensaio. Além disso, o estudante poderá, ele mesmo, colocar a massa de contrapeso na catapulta, contanto que nunca toque no protótipo.
A antiguidade foi marcada por diversas batalhas que tinham como intuito, dentre outros motivos, aumentar o comércio e a extensão dos territórios, os quais eram sinônimos de poder, fortuna, respeito e admiração de todos da época. Por estes e outros motivos, várias tecnologias foram criadas para munir as artilharias, instrumentos de força que originam efeitos morais e materiais que tem como objetivo desde a neutralização à destruição de manifestações ou manifestantes de todos os gêneros. E dentre as armas utilizadas na época, destacaram-se as catapultas.
