AULA 2 MOVIMENTO GEOMETRIA PLANA APLICADA.pptx

1. Movimento
Professor – Flávio Ribeiro Godinho

2. Física do movimento - PARTE 1
Atualizado: 8 de jan.
Dentre os tipos de energia que encontramos no Universo, estão os
estudados aqui no Senai:
→ Energia elétrica;
→ Energia térmica;
→ Energia luminosa;
→ Energia cinética.
A bola da vez é a energia cinética, também chamada de energia do
movimento. Talvez o exemplo mais didático que tenhamos até aqui é o
motor de combustão interna:

4. Esta máquina térmica que usamos em nosso automóveis consegue
transformar uma mistura de ar e combustível em luz, calor e movimento
(obviamente que não nas mesmas proporções). Mas, para existir
movimento é necessário haver força, e para haver força é necessário
aceleração e massa.
Poderíamos fazer uma analogia com a eletricidade e dizer que:
→ O movimento é a corrente elétrica;
→ A força é a tensão elétrica;
→ a massa são as cargas acumuladas;
→ e a inércia e o atrito são a resistência / condutância elétrica.
Desta forma, a seguinte abordagem pode ser feita:
→ Massa, volume e densidade;
→ Força, Aceleração, Velocidade e Deslocamento;
→ Atrito e Inércia;

5. No entanto, isso tudo é muito mais
complicado, então decidi fazer assim:
→ Quantidade de matéria:
-> Massa;
-> Volume;
-> Densidade.

6. → Força:
-> Os tipos de força;
-> O que é força?;
→ Movimento:
-> Aceleração;
-> Velocidade;
-> Deslocamento.
→ Dificuldade e resistência:
-> Inércia;
-> Atrito.

7. Massa
Massa é a quantidade de matéria que constitui um corpo. A inércia de
um corpo depende, em partes, da massa.
Um determinado caminhão possui uma massa em torno 50 Toneladas.
Concorda comigo que será muito mais difícil colocar este veículo em
movimento e também será muito mais difícil para-lo, se comparado
com um carro de passeio, por exemplo?
Isso é decorrente da massa deste veículo de carga ser muuuito mais
elevada que a de um veículo de passeio, fazendo com que seja mais
difícil de tira-lo do lugar (inércia) e coloca-lo em movimento e,
consequentemente, sendo mais difícil para-lo, isto é, finalizar a inércia
do movimento. Grave isso: quanto maior a massa de um corpo maior
é a inércia!
Por este motivo que a massa é a medida quantitativa da inércia!
OBSERVAÇÃO: Lembrando que a massa é quantizada em kg
(kilograma) e não tem nada a ver com o peso.

8. • Para calcular a massa utilizamos a fórmula:
Onde:
> M : Massa, em gramas;
> V : Volume do corpo a ser calculado;
> d : Densidade do corpo a ser calculado.

9. Os conceitos de densidade e volume você verá nos próximos tópicos.
Outra fórmula que pode ser utilizada é a exibida abaixo:
Onde:
> M : Massa, em kiloGramas;
> F : Força, dada em Newtons;
> a ; Aceleração, em m/s³.
Note que esta fórmula está relacionada com
a 2° Lei de Newton.

10. • Centro de massa
Imagem 1 - A apenas 55 km/h, as rodas “descolam” do chão e o carro torna-se
quase incontrolável (Christian Castanho/Quatro Rodas)
Artimanhas mecânicas, como por exemplo barras estabilizadoras melhoram (porém,
não fazem milagres) a estabilidade de nossos automóveis modernos.

11. Volume
O volume é considerado o espaço ocupado por um corpo sólido
geométrico. Medimos o volume em metros cúbicos (m²) ou
centímetros cúbicos (cm²). Líquidos também possuem volume, que é
medido em litros.
-> 1 m² = 1000 litros;
-> 1 cm² = 1 mililitro (ml)
-> 1 litro = 1000 cm².
O aumento de temperatura provoca a dilatação de matéria, gerando um
aumento de volume. Essa dilatação depende muito do material em questão
e da temperatura atingida. Se levarmos em conta, por exemplo, o sistema
de arrefecimento dos motores de combustão interna modernos, todos eles
precisam de um vaso de expansão, pois na temperatura normal de trabalho
o líquido de arrefecimento ocupa mais espaço do que quando o motor está
frio...

12. Imagem 2 - Note que há as incrições "MAX" e "MIN" na superfície da
parede do vaso

13. • E a composição química do vaso de expansão também precisa de um
coeficiente de dilatação apropriado para a aplicação.
Imagem 3 - Os motores possuem centenas de peças confeccionadas
com os mais diversos materiais, então a dilatação deve ser
rigorosamente levada em conta no projeto

14. Imagine duas peças aparafusadas uma na outra, isto é, pressionadas uma
contra a outra. Tanto o torque aplicado nos parafusos quanto o coeficiente
de dilatação dos componentes devem ser levados em conta, pois a
exposição ao calor provocará um aumento no volume nos materiais, e se
eles não tiverem para onde expandir poderão se deformar ou até mesmo
trincar.
Centroide
Centroide é o centro geométrico de um determinado corpo. O centro
de massa se refere a distribuição das massas, já a centroide se refere
ao centro de distribuição de volume. Se a forma geométrica de um
corpo for homogênea, a centroide coincidirá com o centro de massa.

15. Densidade
A densidade é a relação entre a massa de um corpo e o volume
ocupado por ele. É a quantidade de matéria que está presente em uma
unidade de volume. Tanto para sólidos quanto para líquidos a
densidade é expressa pela unidade g/cm² (gramas por centímetro
cúbico).
Para calcular a densidade utilizamos a seguinte fórmula matemática:
Onde:
> d : Densidade do corpo, em g/cm²;
> M : Massa do corpo, em gramas;
> V : Volume do corpo, em cm².

16. • A diferença entre densidade absoluta e relativa é que, na densidade
absoluta calculamos a real densidade de um corpo, já a densidade
relativa comparamos a densidade absoluta de um corpo com a de
densidade absoluta de outro. A fórmula para calcular a densidade
relativa é dada abaixo:
Onde:
> dr : Densidade relativa;
> d1 : Densidade do primeiro corpo;
> d2 : Densidade do segundo corpo.

20. A densidade varia de acordo coma temperatura e, no caso de uma
mistura, varia de acordo com as quantidades das substâncias
envolvidas.
Por exemplo, a densidade da água em condições normais
(ambientais) é de 1,00 g/cm², ou seja, em 1 mL ou 1 cm² há 1 g de
água.
O gelo flutua na água pois ele é menos denso! Ao se formar gelo
(abaixo de 0° C) a água assume uma densidade menor (0,92 g/cm²) do
que no estado líquido.
A densidade do álcool em condições normais é de 0,79 g/cm², o que
faria um cubo de gelo afundar.
Quando se trata do óleo diesel, a densidade é de 850 g/L, enquanto a da
gasolina é de 720 g/L (a temperatura costuma ser de 16 ºC). Já o Etanol
possuii densidade de 789 g/cm² (puro e em torno de 25 °C).

22. • Força;
De início, vamos fazer uma distinção entre as quatro forças fundamentais:
Existem quatro forças fundamentais na natureza: a Força Forte, Força
Fraca, Força Eletromagnética, e claro, a conhecida Força
Gravitacional.
Para medir estas forças na natureza era utilizado o conceito de ação-a-
distância, no entanto, com o tempo, um conceito novo surgiu: o
"Campo", uma perturbação que pode ser sentida por outras
partículas. Com a Teoria Quântica de Campos (TQC), chegou o
conceito de mediadores, isto é, cada uma das quatro forças é mediada
pela troca de uma de suas partículas por um mediador, que transmite
a força de uma partícula para outra.
-> Para a Força Gravitacional temos o mediador chamado de graviton;
-> Para a Força Eletromagnética temos o mediador chamado de fóton;
-> Para a Força Forte temos o mediador chamado de gluon;
-> Para a Força Fraca, os mediadores W± e Z0.

24. Torque
O torque, ou binário de forças, também conhecido como "momento de
alavanca" ou "momento de forças", é uma grandeza vetorial da física
associada às forças que produzam rotação em um corpo.
A unidade de medida grama (g) é a que nós utilizamos para quantizar a
massa, porém, quando se trata de "gf" (grama-força) estamos quantizando
a força gerada ou aplicada num sistema, sendo geralmente escrita "gf/m"
(grama-força por metro).

27. MOTOR BOXER

28. DIFERENCIAL

29. CAMBIO CVT

30. TORQUE COMBINADO

31. Imagine você apertando um parafuso com
uma chave combinada. Você aplicará uma
força em uma alavanca que possui um
determinado comprimento. Multiplicando a
força aplicada pelo comprimento da
chave, obtemos o torque. É por isto que
quanto mais comprida for a alavanca,
menor precisa ser a força aplicada para se
gerar o torque.
Observe a imagem abaixo:

33. No Brasil, o torque dos motores de
combustão interna é comumente dado em
kgf/m (ou kgm, como vemos no manual do
Palio), porém, ele pode ser acompanhado do
valor em Newton-metro (Nm). Se tratando do
manual acima, temos estranhamente em
"daNm" (decaNewton-metro). No entanto, por
exemplo, para o motor 1.4 8v abastecido com
gasolina temos 12,4 kgf/m, que equivale a
121,6 Nm.

35. Pressão
A Pressão nada mais é que uma grandeza escalar definida como o módulo
da força aplicada dividida pela unidade de área:
A unidade de medida para pressão definida pelo SI é o Pascal
(Pa), que equivale à aplicação de uma força de 1 Newton sobre
uma área de 1 m³ (N/m³).
CURIOSIDADE: A definição de pressão é comumente utilizada
para descrever a influência sobre o comportamento de fluidos,
como gases e líquidos, porém, também é utilizada em testes de
materiais, com valores de elasticidade e cisalhamento geralmente
dados em Pascal.

36. Quanto menor for a área de contato entre
dois corpos, maior será a pressão
exercida, independentemente se
aumentarmos ou diminuirmos a força
aplicada, gerando mais chances de
cisalhamento do material. Aqui também
podemos fazer uso do gf/m³, kgf/m³,
gf/cm³ e kgf/cm³.
Agora, veremos um apanhado de
unidades de medida para força por
unidade de área e suas equivalências...

38. O que é pressão absoluta?
A pressão de referência mais clara é a pressão zero
(vácuo), que existe no espaço livre de ar do Universo.
Uma pressão relacionada a esse valor de referência é
conhecida como pressão absoluta. Isso significa que a
pressão ambiente e, portanto, influências externas,
como o clima ou a altura acima do nível do mar, não
afetam a medição. Para fazer a diferenciação
necessária de outros tipos de pressão o valor é
denotado com o índice "abs", que é derivado do latim
"absolutus", que significa "destacado", "independente".
Um bom exemplo é o sensor MAP, utilizado para medir a
constante oscilação de pressão dentro do coletor de
admissão nos motores de combustão interna modernos:

39. Imagem 7 - Sensor MAP no coletor de admissão de um motor Ford
Duratec 2.0 16v, datado de 2006

40. O que é pressão de medida (pressão relativa)?
Se trata da diferença de pressão atmosférica, Pe (e = excedens, isto é,
excedendo). É a diferença entre uma pressão de um sistema e a pressão
atmosférica relevante (pe = pabs - pamb) e é conhecida, em suma, como
'pressão de bitola'. Um bom exemplo é o teste de pressão feito em tanques
e vasos de armazenamento de líquidos e gases. O manômetro está em
zero Pa na pressão atmosférica, e ao pressurizar o reservatório ele marca a
diferença de pressão para o ambiente:

41. CURIOSIDADE: Pegamos como exemplo a
imagem anterior. Pois bem, todo tanque ou vaso
precisa de uma válvula para controle de pressão
interna. Caso a pressão interna suba num nível
muito mais alto que a pressão ambiente, poderá
ocorrer uma explosão.
Mas e se a pressão interna ficar negativa?
Ocorrerá uma implosão, isto é, o tanque será
esmagado pela pressão atmosférica. Um ponto
crucial para determinar a pressão positiva e
negativa suportada pelo equipamento
dependerá da resistência física de sua estrutura,
e é aí que entra o estudo de materiais e
geometrias. Observe o pequeno vídeo abaixo:

43. • A pressão atmosférica, como dita anteriormente, é 1 ATM em nível do
mar, e isso equivale a 101,325 kPA. Já o sistema pneumático de um
caminhão (para freios, suspensão e alguns mecânismos de carga e
descarga) opera entre 8 e 10 bar, isto é, na faixa dos 8,16 ~ 10,19
kgf/cm³, ou seja, entre 8 e 10 MPa acima da pressão atmosférica:

45. Para que um corpo seja posto em movimento
precisamos aplicar nele uma força maior do que as que
o deixam parado, superando a inércia. E para que haja
força é necessário o movimento, ou seja, assim como
tensão e corrente elétrica estão atrelados, não há
cinética sem força e vice-versa. O que pode acontecer é
a força aplicada ser insuficiente para desencadear
movimento, assim como 0,5 Ampéres será insuficiente
para acionar um motor trifásico de 20 cavalos.
Sozinho você não terá forças pra empurrar seu carro
sem combustivel numa subida. Toda força tem um
potencial cinético, mas é necessário superar as outras
forças contrárias maiores pra que a diferença de
potencial cinético (DDP) esteja ao seu favor.
CINÉTICA

46. Neste momento compreendemos que, assim como a tensão multiplicada
pela corrente nos dá a potência elétrica, o produto da força pelo movimento
nos dá a potência mecânica.
Entretanto, dado o dinamismo dos sistemas, sabemos que a potência
elétrica aplica-se tal fórmula quando resistiva, enquanto a potência reativa o
buraco é um bocado mais embaixo, com um processo matemático mais
rebuscado para se chegar ao valor procurado, e do mesmo jeito ocorre com
a potência mecânica.
Sabendo disto, entendemos o motivo destas características dos motores de
combustão interna aspirados serem sempre desencontradas, isto é, a
potência máxima se dá numa rotação próxima do limite do motor, mas o
pico de torque é encontrado sempre numa rotação mais baixa, dado o fato
de que, diferente de um motor elétrico o torque é exponencial, não linear.

48. Note que o pico de força máxima para os três motores fica na faixa dos
3.850 a 4.500 RPM, enquanto a potência máxima só aparece entre 5.500
RPM e 6.250 RPM.

49. Atrito
Quando duas superfícies entram em contato, ocorre o atrito. O atrito
pode ser dito como a resistência encontrada por um corpo ao se
mover sobre outro.
Imagem 1 - Perceba que mesmo havendo graxa no prato da
quinta-roda, há desgaste pelo longo tempo de contato e
movimento com a mesa do semi-reboque

51. Existem dois tipos de atrito:
→ Atrito seco: também conhecido como "Atrito de Coulomb", este
tipo descreve a componente tangencial da força de contato entre duas
superfícies de corpos que se movem um em direção oposta ao outro,
isto é, quando dois corpos "se esfregam".
→ Atrito fluído: quando entre duas superfícies há um fluído
lubrificante, que as separam. Esta película de fluído formada entre as
superfícies se movimenta através de um regime chamado de
"laminar", sem turbulência. Em sistemas mecânicos, é comum a
aplicação de fluídos lubrificantes para evitar que a fricção entre os
componentes cause um desgaste repentino.

52. • A força de atrito (Fat) deve ser calculada levando-se em conta a
força normal, dada em Newtons (N) e o coeficiente de fricção (μ) da
superfície em questão. Este coeficiente é um valor adimensional
(não possui unidade de medida) e quanto maior fôr, maior será a
resistência gerada pela determinada superfície. A fórmula para se
calcular a força de atrito é simples: basta multiplicar a força normal
pelo coeficiente.

57. • Em sistemas ativos, isto é, com esferas ou roletes - sejam eles do tipo
agulha ou não, do tipo cônico ou não -, é necessário uma 'gaiola',
também conhecida como cúpula para mante-los devidamente
espassados, permitindo uma rolagem uniforme e uma distribuição de
forças radiais e ou axiais aplicadas igualitária ao longo de toda(s) a(s)
pista(s):

61. Existem rolamentos de roletes cônicos, que conseguem
suportar tanto cargas radiais quanto axiais.

62. • Os roletes com geometria cônica são guiados por uma flange na parte
de trás do anel interno. Assim, quanto maior o ângulo desses
cones, maior será a carga axial que o rolamento pode suportar.

63. Alguns automóveis de passeio podem fazer uso de rolamentos com roletes
cônicos no eixo traseiro, apesar de que grande parte dos projetos
contempla apenas redutores de atrito com esferas ou roletes 'agulha' e que
suportam cargas radiais.
Dentre os tipos de geometria cônica, destacam-se: