Física

ATIVIDADES PRÁTICAS

SUPERVISIONADAS

Engenharia Mecânica

1ª Série

Física I

A Atividade Prática Supervisionada (ATPS) é um procedimento metodológico de

ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de etapas, acompanhadas pelo

professor, e que tem por objetivos:

Favorecer a autoaprendizagem do aluno.

Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo seu aprendizado.

Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo.

Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas para o exercício

profissional.

Promover a aplicação da teoria na solução de situações que simulam a

realidade.

Oferecer diferenciados ambientes de aprendizagem

Para atingir estes objetivos, a ATPS propõe um desafio e indica os passos a serem

percorridos ao longo do semestre para a sua solução.

Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida

profissional.

AUTORIA:

Mauro Vanderlei de Amorim

Faculdade Anhanguera de Jundiaí

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COMPETÊNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competências e

habilidades que constam, nas Diretrizes Curriculares Nacionais, descritas a seguir.

Aplicar conhecimentos matemáticos, científicos, tecnológicos e instrumentais à

engenharia;

Comunicar-se eficientemente nas formas escrita, oral e gráfica;

Avaliar o impacto das atividades da engenharia no contexto social e ambiental;

Atuar em equipes multidisciplinares.

Participação

Essa atividade será, em parte, desenvolvida individualmente pelo aluno e, em parte, pelo

grupo. Para tanto, os alunos deverão:

• organizar-se, previamente, em equipes no máximo de 6 participantes;

• entregar seus nomes, RAs e e-mailsao professor da disciplina e

• observar, no decorrer das etapas, as indicações: Aluno e Equipe.

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DESAFIO

Este desafio é baseado no projeto SARA (Satélite de Reentrada Atmosférica) desenvolvido

no instituto de aeronáutica e espaço em São José dos Campos destinado a operar em órbita

baixa, circular, a 300 km de altitude. O projeto ainda se encontra em fase inicial denominado

SARA SUBORBITAL em que seus subsistemas serão verificados em voo. Os principais cálculos

a serem realizados, mostrarão resultados, envolvendo algumas grandezas físicas como: medição,

velocidade média, aceleração e equações do movimento.

Nas figuras apresentadas a seguir, pode-se ver o VS-40 e o satélite SARA.Para maiores

informações sobre o projeto SARA, pode-se consultar o site do Instituto de Aeronáutica e espaço

do Ministério da Defesa do Brasil. Disponível em: <http://www.iae.cta.br/?action=sara>.

Acesso em: 29 mar.2012

Figura 1 – Imagem do SARA

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Figura 2 – VS-40

Figura 3 – Veículo de Sondagem VS-40

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O projeto SARA compreende a fase de modelagem e ensaios tanto no solo quanto em

voo. Seu lançamento será a partir do Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) no

Maranhão. O clã tem capacidade de colocar em órbita satélites com missões pacíficas e

integradoras, favorecendo, assim, a comunicação e a pesquisa, de forma a contribuir para a

melhoria da qualidade de vida do homem.

Instalações do complexo de lançamento Inspeção da base de lançamento

Figura 4 – Instalações do complexo e base de lançamento

Pode-se consultar mais sobre o Centro de Lançamento de Alcântara (CLA). Disponível

em: <http://www.cla.aer.mil.br>. Acesso em: 28 mar. 2012.

Objetivo do Desafio

Elaborar um memorial descritivo de cálculos, envolvendoo voo de um satélite lançado

por um veículo de sondagem (VS-40).

Livro Texto da disciplina:

A produção desta ATPS é fundamentada no livro-texto da disciplina, que deverá ser utilizado

para solução do desafio:

HALLIDAY, David; RESNICK, Robert et al. Física I. 8a ed. Rio de Janeiro: LTC Livros Técnicos e

Científicos, 2009, v.1.

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ETAPA 1 (tempo para realização: 4 horas)

Aula-tema: Grandezas Físicas e Movimento Retilíneo.

Essa etapa é importante para aprender a fazer conversões de unidades, pois a coerência

entre os sistemas de unidades envolvidas é necessária para garantir o sucesso na solução da

situação-problema. Através da leitura do texto, você compreenderá a importância científica,

tecnológica e social para o Brasil desse importante projeto.

Destacamos também que nessa etapa é importante que estudar e compreender o conceito

de velocidade média. Uma técnica eficiente para a solução dequalquer problema parte de um

sólido entendimento do conceito e posteriormente a aplicação correta da expressão matemática

adequada.

Para realizá-la, execute os passos a seguir.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Realizar a conversão da altura máxima 300 km (apogeu) baseado nas informações acima para a

unidade pés (Consultar uma tabela para fazer essa conversão).

Passo 2 (Equipe)

Considerar as informações do projeto amerissagem na água (pouso). Será a 100 km da cidade de

Parnaíba. Fazer a conversão da distância para milhas náuticas.

Figura 5 – Pouso na água

Passo 3 (Equipe)

Fazer uma leitura do texto “O projeto SARA e os hipersônicos”. Disponível em:

<http://www.defesabr.com/Tecno/tecno_SARA.htm>. Acesso em: 28 mar. 2012.

Passo 4 (Equipe)

Considerar que a operação de resgate será coordenada a partirda cidade de Parnaíba, a 100 km

do local da amerissagem. Supondo que um avião decole do aeroporto de Parnaíba, realizar a

viagem em duas etapas, sendo a metade 50 km a uma velocidade de 300 km/h e a segunda

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metade a 400 km/h. Determinar a velocidade média em todo o trecho. (O mapa apresentado na

figura 6 a seguir é apenas para ilustração).

Figura 6 - Mapa

ETAPA 2 (tempo para realização: 4 horas)

Aula-tema:

Essa etapa é importante para aprender a fazer conversões de unidades, pois a coerência

entre os sistemas de unidades envolvidas é necessária para garantir o sucesso na solução da

situação problema. Através da leitura do texto, compreender a importância científica,

tecnológica e social para o Brasil desse importante projeto.

Para realizá-la, executar os passos a seguir.

Passo 1 (Equipe)

Considerar que um avião de patrulha marítimo P-95 “Bandeirulha”, fabricado pela EMBRAER,

pode desenvolver uma velocidade média de 400 km/h. Calcular o tempo gasto por ele para

chegar ao pondo de amerissagem, supondo que ele decole de Parnaíba distante 100 km do ponto

de impacto.

Figura 7 – Bandeirante “BANDEIRULHA”

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Considerar também que um helicóptero de apoio será utilizado na missão para monitorar o

resgate. Esse helicóptero UH-1H-Iroquois desenvolve uma velocidade de 200 km/h.

Supondo que ele tenha partido da cidade de Parnaíba, calculara diferença de tempo gasto

pelo avião e pelo helicóptero.

Figura 8 - Helicóptero

Passo 2 (Equipe)

Considerar que no momento da amerissagem, o satélite envia um sinal elétrico, que é captado

por sensores localizados em três pontos mostrados na tabela. Considerando esse sinal viajando a

velocidade da luz, determinar o tempo gasto para ser captado nas localidades mostradas na

tabela. (Dado: velocidade da luz: 300.000 km/s)

Alcântara – ponto de impacto 338 km

Parnaíba – ponto de impacto 100 km

São José dos Campos – ponto de impacto 3000 km

Passo 3 (Equipe)

Calcular:

1. A velocidade final adquirida pelo Sara suborbital, que atingirá uma velocidade média de

Mach 9, ou seja, nove vezes a velocidade do som, partindo do repouso até a sua altura

máxima de 300 km. Considerar seu movimento um MUV. Dado: velocidade do som =Mach

1= 1225 km/h.

2. A aceleração adquirida pelo SARA SUBORBITAL na trajetória de reentrada na troposfera,

onde o satélite percorre 288 km, aumentando sua velocidade da máxima atingida na subida

calculada no passo anterior para Mach 25, ou vinte e cinco vezes a velocidade do som.

Comparar essa aceleração com a aceleração da gravidade cujo valor é de 9,8 m/s

2

.

3. Calcular o tempo gasto nesse trajeto de reentrada, adotando os dados dos passos anteriores.

Passo 4 (Equipe)

Elaborar um relatório com as informações trabalhadas nessa etapa e entregá-lo ao professor

conforme seu planejamento.

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ETAPA 3 (tempo para realização: 4 horas)

Aula-tema: Movimento Retilíneo

Essa etapa é importante para aplicar e compreender o conceito de Movimento

uniformemente variado livre da resistência do ar. Simular os movimentos executados quando os

corpos estão submetidos a uma aceleração constante igual a 9,8 m/s

2

. Essa etapa de modelagem

do projeto SARA está relacionada aos conceitos de lançamento oblíquo. Ao final, você terá um

memorial descritivo de cálculos de todas as etapas do projeto desde o lançamento até o resgate

do satélite.

Para realizá-la, execute os passos a seguir:

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Considerar que dois soldados da equipe de resgate, ao chegar ao local da queda do satélite e ao

verificar sua localização saltam ao lado do objeto de uma altura de 8m. Considerar que o

helicóptero está com velocidade vertical e horizontal nula em relação ao nível da água.

Adotando g =9,8 m/s

2

.

Passo 2 (Equipe)

Tomar como base, as informações apresentadas acima e determinar:

1. O tempo de queda de cada soldado.

2. A velocidade de cada soldado ao atingir a superfície da água, utilizando para isso os dados

do passo anterior.

3. Qual seria a altura máxima alcançada pelo SARA SUBORBITAL, considerando que o mesmo

foi lançado com uma velocidade inicial de Mach 9 livre da resistência do ar e submetido

somente à aceleração da gravidade

Passo 3 (Equipe)

Calcular o tempo gasto para o SARA SUBORBITAL atingir a altura máxima.

Passo 4 (Equipe)

Elaborar um relatório com as informações trabalhadas nessa etapa e entregá-lo ao professor

conforme seu planejamento.

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ETAPA 4 (tempo para realização: 4 horas)

Aula-tema: Movimento em Duas e Três Dimensões.

Essa atividade é importante para compreender os conceitos de lançamento horizontal e

oblíquo. Ao final, você terá um memorial descritivo de cálculos de todas as etapas do projeto

desde o lançamento até o resgate do satélite.

Para realizá-la, é importante seguir os passos descritos.

Para realizá-la, execute os passos a seguir:

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Ler o texto e considerar o cenário apresentado a seguir.

Para efetuar o resgate do Satélite, ao chegar ao local, o avião patrulha lança

horizontalmente uma bóia sinalizadora. Considerar que o avião está voando a uma velocidade

constante de 400 km/h, a uma altitude de 1000 pés acima da superfície da água, calcular o

tempo de queda da boia, considerando para a situação g = 9,8 m/s

2

e o movimento executado

livre da resistência do ar.

Figura 9 – Satélite

Passo 2 (Equipe)

Considerar os dados da situação do Passo 1 e calcular o alcance horizontal da boia.

Passo 3 (Equipe)

1. Calcular para a situação apresentada no Passo 1, as componentes de velocidade da boia ao

chegar ao solo.

2. Determinar a velocidade resultante da boia ao chegar à superfície da água.

Passo 4 (Equipe)

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Elaborar um relatório com as informações trabalhadas nessa etapa e entregá-lo ao professor

conforme seu planejamento.

ETAPA 5 (tempo para realização: 4 horas)

Aula-tema: Movimento em Duas e Três Dimensões.

Essa atividade é importante para compreender os conceitos de lançamento horizontal e

oblíquo. Ao final, você terá um memorial descritivo de cálculos de todas as etapas do projeto

desde o lançamento até o resgate do satélite.

Para realizá-la, é importante seguir os passos descritos.

Para realizá-la, executar os passos a seguir.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Verificar que antes do lançamento real do SARA SUBORBITAL, alguns testes e simulações

deverão ser feitos. Para uma situação ideal livre da resistência do ar, vamos considerar a

trajetória parabólica como num lançamento oblíquo e a aceleração constante igual a g. Adotar

uma inclinação na plataforma de lançamento de 30º em relação à horizontal e o alcance máximo

de 338 km. Determinar a velocidade inicial de lançamento.

Passo 2 (Equipe)

Fazer as atividades solicitadas a seguir.

1. Determinar as componentes da velocidade vetorial de impacto na água para a situação

analisada no passo anterior.

2. Fazer um esboço em duas dimensões (x-y) do movimento parabólico executado pelo satélite

desde seu lançamento até o pouso, mostrando em 5 pontos principais da trajetória as

seguintes características modeladas como:

Posição, velocidade, aceleração para o caso em que o foguete está livre da resistência do

ar e submetido à aceleração da gravidade 9,8 m/s

2

. Adotar os dados apresentados no

passo anterior. Para uma melhor distribuição dos dados, escolher o ponto de

lançamento, o vértice, o pouso e dois pontos intermediários a mesma altura no eixo y.

Passo 3 (Equipe)

Reunirse em grupo de no máximo 6 pessoas, discutir e relatar sobre as implicações sociais para o

Brasil, como um dos poucos países do mundo a dominar a tecnologia de lançamento de satélite.

Passo 4 (Equipe)

Elaborar um relatório com as informações trabalhadas nessa etapa e entregá-lo ao professor

conforme seu planejamento.

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Padronização

O material escrito solicitado nessa atividade deve ser produzido de acordo com as

normas da ABNT, com o seguinte padrão:

• em papel branco, formato A4;

• com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm;

• fonte Times New Romantamanho 12, cor preta;

• espaçamento de 1,5 entre linhas;

• se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com um

recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre linhas;

• com capa, contendo:

• nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina;

• nome e RA de cada participante;

• título da atividade;

• nome do professor da disciplina;

• cidade e data da entrega, apresentação ou publicação.

Para consulta completa das normas ABNT, acesse a Normalização de Trabalhos Acadêmicos Anhanguera.

Disponível em:

<http://issuu.com/normalizacao/docs/normaliza____o_de_trabalhos_acad__m>. Acesso em: 23 maio

2014.