Mega Física: junho 2013

Relatório Avião de Papel: (parte1)

Nesse 2º trimestre realizaremos a Competição do Avião de Papel. Para iniciarmos essa competição aí vai algumas informações sobre o Projeto:

Introdução:

1. A origem

O aerogami (ou avião de papel) é uma parte do estilo artístico japonês origami, que consiste em dobrar o papel, criando representações de determinados seres ou objetos com as dobras geométricas de uma peça de papel, com a peculiaridade de nunca cortar ou colar o papel. No aerogami, essas dobraduras são usadas para

A criação de modelos aerodinâmicos, como os conhecidos aviões de papel.

Supõe-se que a origem de planadores feitos de dobraduras de papel reside na China Antiga, no entanto, o processo de refinamento e desenvolvimento dessa técnica teve espaço no Japão. Com a fabricação de papel em larga escala na China, em 500 a.C., a arte da dobradura de papel logo se tornou popular no período. É impossível determinar onde e em qual forma o primeiro avião de papel foi feito, ou mesmo o tipo de papel usado. Mais de mil anos depois, aviões de papel mais pesados que o ar já eram populares, influenciando até inventores da época, já que muitos deles usavam miniaturas de papel para tentar recriar um protótipo em tamanho maior.

Da Vinci relatou em seus escritos que o uso de modelos de aviões de papel o ajudou com os testes com seu ornitóptero, uma nave que poderia voar batendo asas, além de também ter usado a técnica para a criação de modelos de pára-quedas. Já depois de Da Vinci, Sir George Cayley trabalhou na observação da performance de planadores feitos de papel, no final do século XIX. Muitos outros inventores usaram modelos de papel para simulação de resultados em escala, antes de colocarem suas teorias em prática, como como Clement Ader, Charles Prof Langley e, inclusive, Santos Dumont frequentemente testados idéias com papel, bem como modelos de balsa para confirmar (em escala) antes de colocar suas teorias em prática.

Em tempos modernos, os aviões de papel se tornaram bastante sofisticados, com notável alta no desempenho de vôo, muito distante de suas origens do origami. Os desenvolvimentos dos modelos permitiu resultados muito melhores na velocidade e altura que os aviões podem alcançar.

2. Campeonato de Aviões de Papel

Brasileiro descendente de chinês que ganhou o Campeonato Red Bull em 2009 de avião de papel por tempo de voô por 11,66 segundos. O nome dele é Leonard Ang a qual o objetivo do campeonato era deixar o avião por um maior tempo no ar.

Fonte:

http://japaofilia.blogspot.com.br/2010/04/aviao-de-papel-tentativa-de-quebra-de.html

http://www.infoescola.com/artes/aerogami/

A história da Aviação

Otto Lilienthal:

Karl Wilhelm Otto Lilienthal foi um engenheiro civil alemão criador do planador (vôo planado).

Por volta de 1867 começa a estudar e fazer seus primeiros experimentos sobre a física básica do vôo. Avança rapidamente seus estudos sendo que, em 1873, já ministra palestras públicas sobre o vôo dos pássaros. No ano seguinte começa a trabalhar com experimentos sobre a força do ar sobre as asas artificiais em modelos de pipas. Em 1889 publica seu primeiro livro “O vôo do pássaro como base da aviação”.

Entre os anos de 1891 e 1896 Lilienthal desenvolve dezoito modelos diferentes de planador até que em 1891 realiza o primeiro vôo com um planador atingindo a altura máxima de 25 metros. Em 1893 obtém a patente de um planador conversível em forma de morcego, considerado a base para futuros planadores. Com a intenção de ter um local específico para treinos, Otto constrói o Monte Fliegebert (Monte de Vôo) existente ainda hoje.

Em 1984 inicia a produção em série de planadores. O modelo Lilienthal é um monoplano cujas asas têm uma área de 13 metros quadrados e podem ser dobradas, para fins de armazenamento. Pelo menos oito réplicas desse modelo são construídas e vendidas a clientes (uma delas, construída em 1894, está hoje no Museu Nacional Aeroespacial da Smithsonian Institution).

Otto Lilienthal morre em Berlim, em Agosto de 1896 depois de sofrer um acidente durante um vôo. Suas últimas palavras referiam-se a aviação: “Sacrifícios precisam ser feitos”.

Wilbur e Orville Wright:
(Irmãos Wright)

A aventura dos irmãos Wright começou em 1896, quando leram nos jornais da época a história da morte do piloto de planador, o alemão Otto Lilienthal.

Eles acreditavam que a morte tinha se dado devido a falta de controle sobre o aparelho, e começaram a pensar em um modelo de um sistema de controle para uma aeronave.

Começava assim um longo período de pesquisas e estudos.

Em 1899, Wilbur estava brincando com uma longa e fina caixa quando tem uma brilhante ideia para um sistema de controle de aeronave. Torcendo as asas, ele poderia controlar o giro, inclinação e direção (direita ou esquerda) da aeronave. Os irmãos testaram o conceito com uma pipa e comprovaram sua teoria.

Wilbur Wright se preparando para seu primeiro vôo em 1903

Na primavera de 1900, os irmãos construíram um planador e iniciaram os testes de vôo em Kitty Hawk, na Carolina do Norte (EUA).A cidade foi escolhida devido aos sues fortes ventos, que ajudariam na decolagem do planador, e às areias macias, que auxiliariam na aterrissagem.O sistema de controle das asas funcionou bem, mas o planador não alcançou a altitude desejada. No ano seguinte, eles testaram um novo planador. Uma decepção: o controles não funcionaram tão bem e a aeronave mal pôde se erguer do solo.Apesar do desânimo da falha dos primeiros testes, os irmãos não desistiram. Eles testaram mais de 200 tipos diferentes de asas e construíram um túnel de vento para descobrir qual asa conseguiria uma maior ascensão.Os Wright construíram seu terceiro planador baseado nos resultados dessa pesquisa.A aeronave produziu o levantamento esperado, mas ainda era difícil de controlar em uma curva.Eles decidiram então fazer uma cauda móvel para o planador, e isso resolveu o problema. Os irmãos realizaram diversos vôos com a aeronave, alcançando 600 pés de altitude.

Após o sucesso dessa experiência, Walbur e Orville decidiram dar um passo além e começaram a planejar uma aeronave motorizada.

Os irmãos começaram então uma série de estudos, pesquisas e contatos com fábricas para a construção de uma aeronave. Por fim, decidiram construir eles próprios o motor para sua aeronave, que ficou pronta no outono de 1903.Devido a alguns problemas mecânicos, os testes só começaram a ser realizados no início de dezembro. Assim, no dia 17 de dezembro de 1903, os irmãos conseguiram realizar seu primeiro vôo controlado e motorizado, no avião batizado de Flyer I, que permaneceu no ar por 12 segundos.

Alberto Santos Dumont:

A mecânica é o futuro

O jovem Alberto estudou por um breve período em Campinas (SP), no Colégio Culto à Ciência. Em 1892, iniciou um período de formação em Paris, com aulas particulares. Seguia os conselhos de seu pai: “Em Paris, com o auxílio de nossos primos, você procurará um especialista em Física, Química, Mecânica, Eletricidade etc.; estude essas matérias e não se esqueça de que o futuro do mundo está na Mecânica. Você não precisa pensar em ganhar a vida; eu lhe deixarei o necessário para viver”.

Gênio inventivo

Alberto nunca teve uma formação regular. Era um esportista, como relatou um amigo desse período: “aluno pouco aplicado, ou melhor, nada estudioso para as ‘teorias’, mas de admirável talento prático e mecânico e, desde aí, revelando-se, em tudo, de gênio inventivo”.

Brasil e os dirigíveis

Em 1897, Santos Dumont retornou à Paris e começou a se dedicar ao problema da aerostação, a ciência que estuda os princípios básicos dos aeróstatos (balões e dirigíveis). Aprendeu a arte do vôo livre e construiu, em 1898, seu próprio exemplar, o Brasil. Foi um inovador, procurando soluções novas, utilizando materiais até então desprezados, para obter o menor peso. O Brasil era o menor balão de hidrogênio, com 113 m3 de gás num invólucro de seda de apenas 6 m de diâmetro.

Soluções inovadoras

Também em 1898, construiu um novo balão, o Amérique, capaz de transportar alguns passageiros, bem como seu primeiro dirigível, que, no entanto, não apresentava a rigidez necessária para voar. Esse aparelho, embora não tenha realizado um vôo bem-sucedido – caiu duas vezes –, apresentou inovações revolucionárias. A mais importante era o uso de um motor a combustão interna. Foi, de fato, o primeiro motor a gasolina da aeronáutica. No ano seguinte, apresentando-se com seu segundo dirigível – quase igual ao primeiro –, sofreu um novo acidente. Nesse mesmo ano, conseguiu voar com sucesso em seu terceiro dirigível, que apresentava novas soluções para o vôo.

Acidentes e prêmio

Em 1900, Santos Dumont estava disposto a tentar ganhar o prêmio Deutsch, oferecido ao aeronauta que conseguisse realizar um vôo em circuito fechado de 11 km. O trajeto incluía sair de Saint Cloud, nos arredores de Paris, contornar a Torre Eiffel e voltar ao ponto de partida. Tudo em menos de 30 minutos. Fez experiências com seu dirigível 4, mas abandonou o aparelho. Após introduzir nele novas soluções, partiu para a competição. Dessa vez, com seu número 5, dirigível um pouco maior. Em 8 de agosto de 1901, caiu sobre os telhados do Hotel Trocadero, num grave acidente. Em 22 dias, no entanto, construiu um novo dirigível, o número 6, e, depois de realizar testes e sofrer novos acidentes, conseguiu, em 19 de outubro de 1901, realizar o vôo em torno da Torre Eiffel, o que lhe garantiu o prêmio Deutsch, apesar de alguns membros se manifestarem contrários.

Fontes: http://www.museutam.com.br/

http://www.ibamendes.com

http://www.portalsaofrancisco.com.br

Parte 2:

Parte 3:

5 grandezas físicas utilizadas nesse projeto:

m = metro/ comprimento

s = segundo/ tempo

kg = massa/ quilograma

m/s = velocidade/ metro/segundo

g = gravidade/ força gravitacional

Parte 4:

Materiais utilizados no projeto:

- 1 folha sulfite

- 1 régua

Parte 5:

Passo a passo: (Distância)

Passo a passo: (Tempo)

(Referência:portaldoprofessor.mec.gov.br)

Parte 6:

As diferenças básicas entre a categoria de avião de papel tempo e distância:

O avião de tempo é mais detalhado comparado ao de distância. No lançamento, o avião de distância pode ser lançado em um ambiente fechado ou aberto, pois não interfere no lançamento. Já no de tempo, é recomendado que se lance em um ambiente fechado, pois em um ambiente aberto, como é instável, a direção e força do vento pode ou não ajudar na hora de lançar. O avião de tempo deve ser lançado para cima e é medido aquele que permanece no ar por mais tempo, e o de distância aquele que vai mais longe.

Parte 7:

Dificuldades e Soluções:

1) Como o grupo não tinha prática de desenvolver um avião para tempo planador (como mostra na figura acima) e que é o mais aconselhável, usamos o de distância, logo não tivemos sucesso nos lançamentos anteriores. Então o grupo resolveu fazer pesquisas e aprender como se faz um avião planador, conseguimos solucionar o problema.

2) No início do projeto, o grupo estava estudando uma forma de selecionar alguém para lançar os aviões, tentamos 3 integrantes do grupo, porém 1 teve a habilidade de lançamentos.

Parte 8:

Avião de tempo:

Massa = 5g

Peso = 50N

Avião de distância:

Massa = 4g

Peso = 40N

Parte 9:

Leis de Newton utilizadas no projeto:

1ª Lei de Newton: Inércia

"A primeira lei do movimento de Newton afirma que, na ausência de forças, um corpo permanece em repouso ou em movimento uniforme ao longo de uma linha reta. Qualquer corpo permanece no estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme se a resultante das forças que atuam sobre esse corpo for nula. Assim, se o corpo estiver em repouso continuará em repouso; se estiver em movimento, continuará o seu movimento em linha reta e com velocidade constante."Relacionando-a com o projeto, podemos concluir que o corpo (avião) permanece em repouso, ou seja,o estado natural do corpo, até que uma força (lançamento) possa agir sobre ele movimentado-o.

2ª Lei de Newton: Princípio Fundamental da Dinâmica

“A aceleração adquirida por um corpo é diretamente proporcional à intensidade da resultante das forças que atuam sobre o corpo, tem direção e sentido dessa força resultante e é inversamente proporcional à sua massa". Relacionando essa lei com o projeto podemos concluir que quando obtemos uma aceleração inicial maior o avião pode chegar a uma distância maior.

3ª Lei de Newton: Ação e Reação

Essa lei afirma: "Para cada ação existe uma reação igual
e contrária. " Se relacionarmos essa 3ª lei, concluímos que quando o avião está voando ele gera uma ação, e a reação é a do ar que é em direção contrária a esse corpo.

Conclusão:
Com esse projeto aprofundamos nosso conhecimento nas Leis de Newton e percebemos que elas estão presentes no nosso dia a dia, principalmente nesse projeto, como por exemplo a Lei da Ação e Reação que notamos que quando o avião de papel está voando ele gera uma ação e o ar que é em direção contrária a ele, gera uma reação . Aprimoramos o trabalho em equipe, todos executaram suas funções, trabalhamos muito nesse projeto, tivemos alguns problemas com os aviões no início, porém resolvemos esses problemas com algumas pesquisas e muitos testes. O avião de tempo não foi satisfatório, devido alguns aviões que desempenharam um pouco melhor. Comparado ao de distância que teve um bom desempenho, a competição foi de grande satisfação,pois além de expandir nosso conhecimento, o projeto em grupo foi bem realizado.