Lançador Obliquo Inspirado no Trebuchet

Competição de Física I Universidade de Fortaleza - Trebuchet – 2016.2

Lançador Obliquo Inspirado no Trebuchet

Daniel Barros de Freita1 (PQ), Yure Rodrigues de Sousa²* (IC), Pedro Henrique Barros Vieira²* (IC), Newton Marrocos Feitosa Carvalho3* (IC), Matheus Lopes Campos4* (IC)

1. Universidade de Fortaleza – Curso do Engenharia Civil

2. Universidade de Fortaleza – Curso de Engenharia de Computação

3. Universidade de Fortaleza – Curso de Engenharia Civil

4. Universidade de Fortaleza – Curso de Engenharia Produção

Palavras-chave: Catapulta. Trebuchet. Artilharia. Lançador. Idade Média.

Resumo

Neste Artigo foram realizados o desenvolvimento e a confecção de um lançador oblíquo, baseado nas características do Trebuchet. Com objetivo principal participar de uma competição interna proposta pela disciplina de Física 1. Além disso, almejando proporcionar aos alunos dos cursos de engenharia, a oportunidade de desenvolver, projetar e conceber a construção de um lançador oblíquo, a partir da aquisição e ampliação de conhecimentos, competências e habilidades referentes à disciplina. Visa introduzir os alunos a atividades práticas e acadêmicas, por meio da integração entre alunos e professores.

A problematização do trabalho consiste, principalmente, na confecção do Trebuchet utilizando os materiais regulamentados no edital da competição citada anteriormente, além da não possibilidade de utilizar um produto final acabado, ou seja, comprar um lançador pronto.

Introdução

O Trebuchet é uma arma, foi utilizado na Idade Média com a para esmagar muralhas de alvenaria ou para atirar projéteis por cima delas. Também conhecido como Trebuchet de contrapeso, é diferente do trabuco de tração, criado antes do trabuco de contrapeso. (WIKIHOW, 2016)[pic 1]

Figura 1 – visão geral de um Trebuchet de contrapeso

No modelo de trebuchet de contrapeso, uma das extremidades do braço lançador é puxada durante a queda do contrapeso, o que através do princípio da alavanca faz com que a outra extremidade do braço lançador onde está fixada a cesta com o projétil seja movida com uma velocidade suficiente para realizar o lançamento. (WIKIHOW, 2016)

Um trebuchet funciona utilizando a energia potencial gravitacional armazenada em seu contrapeso, esta energia é utilizada para lançar o projétil, quando o contrapeso entra em queda. Para a velocidade máxima de lançamento, o contrapeso deve ser muito mais pesado do que o projetil, uma vez que isso significa que ele vai "cair" rapidamente pois terá mais energia potencial gravitacional. 

O início do lançamento está ilustrado na figura abaixo. (REAL WORLD PHYSICS PROBLEMES, 2009)[pic 2]

Figura 2 – visão lateral do início do lançamento de um Trebuchet de contrapeso

Como pode ser visto na Figura 2, o pivô que fixa o braço lançador na base do tribuchet está mais próximo da extremidade do braço lançador onde está o fixado o contrapeso, ou seja, a distância do eixo de rotação do braço lançador até a extremidade onde está o contrapeso é bem menor do que a distância entre o mesmo eixo de rotação até a extremidade onde está fixada a cesta de lançamento. A vantagem disto é que o princípio da alavanca faz com que a extremidade do braço lançador atinja uma velocidade linear muito maior do que a extremidade do contrapeso. No entanto, como o contrapeso gira em torno de uma distância muito mais curta, o seu peso tem de ser muito maior do que o peso do projetil, para obter uma velocidade de lançamento satisfatória. É importante ressaltar que o aumento excessivo da massa do contrapeso, não vai ajudar, uma vez que a velocidade de limitação do contrapeso em queda é a velocidade de queda livre. (REAL WORLD PHYSICS PROBLEMES, 2009)

[pic 3]

Figura 3 – visão em detalhe de uma das extremidades do braço lançador

Durante o lançamento um dos cabos de fixação da cesta de lançamento é solto quando um determinado ângulo α é alcançado. Neste ponto, o anel (o qual este cabo está ligado está apoiado em uma haste na extremidade do braço lançador, como pode ser observado na Figura 3) escorrega e a projetil é lançado.

O angulo α de libertação do projetil pode ser ajustado mudando o ângulo δ da haste de apoio na extremidade do braço lançador. Para se obter um maior ângulo de libertação α deve-se aumentar o ângulo δ. Para um menor ângulo α deve-se diminuir o ângulo δ. (REAL WORLD PHYSICS PROBLEMES, 2009)

A figura abaixo ilustra o ponto de lançamento do Trebuchet.[pic 4]

Figura 4 – representação do momento de lançamento do projetil do trebuchet

À medida que o braço lançador gira no sentido horário (devido ao contrapeso em queda), a carga útil (projetil) é submetida a aceleração centrípeta que faz com que ele se mova para o exterior (uma vez que não possui mais restrições). Isso resulta em um grande aumento na velocidade linear do projetil que excede em muito a da extremidade do braço lançador para o qual a os cabos da cesta estão ligados. Este é o principal fenômeno físico no Trebuchet e é a razão de um Trebuchet possuir um grande poder de lançamento. (REAL WORLD PHYSICS PROBLEMES, 2009)

Metodologia

Após o entendimento detalhado do funcionamento do Trebuchet, iniciamos a construção, selecionando os materiais, para a base e o braço lançador escolhemos madeira, foi utilizado barbante para ligar a cesta de tecido ao braço lançador, já o contrapeso foi feito com concreto e colocado em uma lata de tinner, durante a montagem também foram utilizados parafusos. Seguem algumas fotos do resultado final:[pic 5]

Figura 5 – visão geral do trebuchet[pic 6]

Figura 6 – visão da base do trebuchet

Figura 7 – visão da base do trebuchet[pic 7]

Para medir os resultados de nosso projeto utilizamos os conceitos da física aplicados no estudo do lançamento obliquo.

O lançamento oblíquo pode ser analisado como dois movimentos independentes. Podemos interpretar o lançamento oblíquo como um lançamento vertical para cima, soba ação da gravidade, resultante da composição de dois movimentos: um na direção horizontal (x), outro na vertical (y).

- Na direção horizontal o corpo realiza um movimento retilíneo e uniforme com velocidade igual a .[pic 8]