Trabuco - Catapulta

Relatório 1 - Trebuchet

Grupo Trabuco

ALVES, Julia Figueiredo de Almeida

Trabuco, TBC

Limeira, Barsil

[e-mail]

COSTA, Aline Andrade

Trabuco, TBC

Limeira, Brasil

[e-mail]

GUIMARÃES, Eitor Henrique

Trabuco, TBC

Limeira, Brasil

[e-mail]

OLIVEIRA, Letícia Freitas de

Trabuco, TBC

Limeira, Brasil

[e-mail]

Resumo

O projeto proposto tem como objetivo a elaboração e construção de uma catapulta do tipo Trebuchet, muito utilizada até o século XIV como uma arma de guerra muito potente para o lançamento de projeteis. A energia necessária para seu funcionamento provém da energia potencial gravitacional de um contrapeso, que este interligado, por uma barra articulada, ao projétil. Para a construção da catapulta proposta é necessário que regras sejam seguidas e por isso é necessário uma elaboração teórica do que será construído, sendo assim, parâmetros de engenharia relacionados a ela devem ser descritos, exemplo disso é a descrição de qual material será usado, sua resistência, o peso e dimensões da catapulta.

Definição do Projeto

Espera-se que o desempenho do projeto seja positivo, utilizando materiais sustentáveis e buscando minimizar os resíduos sólidos formados. Pelo seu caráter sustentável acredita-se que o custo do projeto será reduzido; outro fator a ser considerado na despesa total é que a manufatura será artesanal, uma vez que será realizada pelos próprios membros. Almeja-se que durante a fase de manufaturabilidade do equipamento os materiais selecionados, o modelo de estrutura e as ferramentas utilizadas durante a produção sejam capazes de alcançar os resultados esperados do projeto, assim, a fabricação se tornará executável.

O objetivo da equipe é construir um equipamento que além de eficiente seja compatível com os recursos disponíveis e regras propostas. O grupo optou como foco do projeto a distância de lançamento e a precisão, pois, de acordo com as especificações da competição, a equipe que obtiver melhores resultados em cada etapa, vencerá; tais etapas se dividem em maior alcance e melhor precisão para acertar um alvo.

Introdução

Uma catapulta trebuchet, traduzido para português como trabuco, consiste em uma maquinaria composta de um braço articulado que através de contrapeso realiza o disparo do projétil. O mecanismo consiste em transformar a energia potencial gravitacional em energia cinética, porém, nem toda energia potencial irá se transformar em energia cinética, uma vez que parte dela se dissipa em forma de calor e som.

A catapulta foi a principal arma de guerra até a utilização bélica da pólvora, no século XIV. A utilização de catapultas durante a era moderna foi durante a Primeira Guerra Mundial, quando estes foram utilizados para atirar granadas em territórios inimigos. Apesar de a catapulta ter deixado de ser a poderosa arma de destruição na guerra, é possível encontrar catapultas sendo usadas até hoje, por exemplo, ​​para lançar aviões de companhias de transporte marítimo ou então como brinquedos de crianças.

        Um exemplo de catapulta trebuchet é o modelo patenteado pelo Michael A. Glenn [1], no qual percebe-se uma barra articulada que em uma das extremidades possui um contrapeso e na outra o projétil. O acionamento desse tipo de catapulta funciona com o auxílio de um elemento que prende a barra articulada na posição armada, e quando a mesma é liberada ela poderá rodar em apenas um eixo, realizando disparos mais efetivos e com melhor precisão [2].

        Como tais maquinarias não vêem sendo mais utilizadas como armamento, muitas vezes elas são construídas como brinquedos e por isso são feitas em menor escala e com materiais menos resistentes. Exemplo disso é o tipo de madeira utilizada, o MDF (Medium Density Fiberboard) que trata-se de um painel de madeira homogêneo com alta resistência à retirada  de parafusos e boa trabalhabilidade [3].
        Atividades como a proposta nesse projeto vêem se tornando muito comum no mundo acadêmico, escolar e até de trabalho. uma das explicações para esse aumento é o fato de que com a construção e planejamento de uma maquinaria é possível colocar em prática os conhecimentos adquiridos em aula e também estabelecer relações entre tais conhecimentos. Exemplo disso é a identificação da relação entre a fórmula de uma equação quadrática como

                F(x)=a.x²+b.x+c                                        (1)

e uma fórmula do movimento retilíneo uniforme

                y=yo+vo+g.t²/2.                                        (2)

Além disso, aqueles que realizam os experimentos percebem como o movimento horizontal da velocidade é constante e que o da vertical é variável, por causa da ação da gravidade [4]. Esse mesmo projeto é capaz de desenvolver as atividades em grupo e também de gerar experiências diferenciadas, como a percepção de variáveis, de uma unidade experimental, além de exercitar a repetição e réplica [5]. 

        O princípio de funcionamento da catapulta baseia-se nos conceitos de lançamento oblíquo, que é um movimento bidimensional que parte de uma posição de lançamento, de um ângulo de arremesso e de uma velocidade inicial. Dessa maneira, na catapulta e em qualquer lançamento, o projétil adquire uma trajetória parabólica

QFD

Parâmetros de engenharia

1. Velocidade do objeto em movimento - 36m/s [6]
2. Número de juntas do mecanismo [nº] - 18
3. Densidade da madeira (MDF) - 0,50-0,80 g/cm³ [3]
4. Densidade do alumínio - 2,7g/cm³ [7]
5. Energia gasta pelo objeto parado - 0J
6. Potência - 19,6J [8]
7. Pressão sobre o solo -
8. Peso –
9. Comprimento do objeto em movimento - ~1m
10. Comprimento do objeto parado - ~1m
11. Área do objeto em movimento - ~1m²
12. Área do objeto parado - ~1m²
13. Volume do objeto em movimento - ~2m³
14. Volume do objeto parado - ~1m
15. Energia gasta pelo objeto em movimento - 20000J [6]
16. Precisão de medição - Xm
17. Fatores indesejados atuando no objeto - vento, chuva, dilatação dos materiais utilizados
18. Adaptabilidade - pequena
19. Nível de automação - nenhum
20. Ângulo entre o braço lançador e a base – entre 30° e 60º
21. Resistência à tração da madeira MDF – entre 46,1 e 52,3 MPa [3]
22. Resistência do alumínio - 48 MPa
23. Resistência à tração do braço de alumínio - 9 -14 kg/mm [9]

A elaboração desse projeto deve respeitar diversos requisitos e regras, sendo assim, sua produção deverá seguir os parâmetros de engenharia listados acima e que estão de acordo com os requisitos impostos. Exemplo disso é o volume da maquinaria, que, parada, não deveria ultrapassar 1m³ e, sendo assim, prevê-se que suas dimensões sejam _____________. Além disso....................