METODOLOGIA DO TRABALHO CIENTÍFICO AS ENGENHARIAS E A ENGENHARIA MECÂNICA Prof. Emerson F. Jaguaribe

ENGENHARIA ENGENHARIA: é a ciência (e uma profissão) que faz uso do conhecimento da matemática, de técnicas e da física, para criar, aperfeiçoar e implementar utilidades (máquinas, tipos de materiais, estruturas, equipamentos, aparelhos, sistemas ou dispositivos), e processos (químicos, industriais, farmacêuticos, etc.) com funções e objetivos práticos bem determinados.

ENGENHARIA Objetivos práticos: Seu emprego busca viabilizar a lei do menor esforço, o conforto, a economia de tempo, de percurso, de recursos financeiros e naturais, indispensáveis ao bem estar e ao progresso da sociedade. As bases da engenharia moderna foram desenvolvidas, ao longo do tempo, como fruto da necessidade do homem de superar suas limitações e dificuldades imediatas.

ENGENHARIA A roda, a polia, a alavanca, são exemplos de invenções fundamentadas nos princípios da engenharia. O termo engenharia, adveio do vocábulo engenheiro, que apareceu no século XVI, e significava aquele que construía, ou operava um engenho (máquina de guerra = catapulta). Mesmo hoje em dia, em inglês, o termo “Engineer”, além de significar engenheiro, expressa maquinista, ou seja, o condutor de trem, ou seja, o operador de trem.

ENGENHARIA O vocábulo engenho tem origem mais antiga. Vem do latim = ingenium = gênio (qualidade natural), sobretudo mental = criação inteligente. Com o passar do tempo, e com as criações inteligentes dominando a área de projetos e construções civis, surgiu o termo “Engenharia Civil”, para distinguir de projetos militares, que deram origem à Engenharia Militar.

ILUSTRAÇÕES A roda é considerada uma das seis máquinas mais simples empregada pelo homem. Provavelmente, inventada pelos povos da Mesopotâmia (Iraque) 4o milênio a. C. Transmite, amplificando, para o eixo de rotação a força e reduzindo a velocidade aplicada em seu perimetro. (O inverso também é verdadeiro). Originou-se na observação dos rolos (troncos de árvore), transformados, posteriormente, em discos. Reduz o contato, e, consequentemente, o esforço. A alavanca é outra máquina criada na antiguidade. Objeto rígido, que utiliza um ponto fixo (fulcro) para aumentar a força mecânica, fundamentando-se na Eq. (1) F1.D1 = F2.D2 (1)

ILUSTRAÇÕES Máquinas simples, como toda máquina, são aquelas capazes de alterar o sentido, ou a intensidade de uma força. Foi o filosófo Arquimedes, no século III, que conceituou as três primeiras máquinas simples: a alavanca a polia e o parafuso, que leva o seu nome. Outros filosófos adicionaram à lista: a engrenagem, a mola e a roda e eixo. Polias ou roldanas são objetos que servem para mudar o sentido e a direção de uma força. Polia móvel Polia Fixa.

Máquinas Simples O parafuso de Arquimedes, é conhecido, também, como sem fim. É formado pela combinação de um cilindro com um plano inclinado (ou cunha). Uma engrenagem é uma roda dentada que, em geral, opera aos pares, com os dentes de uma encaixando-se nos vazios da outra. O sistema mantém a razão das velocidades angulares e, dos torques, constante.

Máquinas Simples A velocidade angular, , é definida pela razão entre o deslocamento angular por unidade de tempo:  = / t. Rodas acopladas a um mesmo eixo possuem mesma velocidade angular. As velocidades lineares são diretamente proporcionais aos raios. Assim: 1 = 2 = V1/r1 = V2/r2 ou V1/V2 = r1/r2 Para rodas acopladas por correias, as velocidades lineares dos pontos sobre a correia são iguais. Assim: V = V1 = V2

Máquinas Simples Consequentemente: 1r1 = 2r2, isto é: 1/2 = r2/r1 Período: Caso a velocidade angular seja constante, os pontos sobre a roda descreverão um movimento circular e uniforme. Define-se, período, T, como o intervalo de tempo necessário para que cada ponto da roda realize uma volta completa. Denomina-se de frequência, f, o número de voltas completas efetuadas por um ponto da roda, na unidade de tempo. Assim, f = N/t. Quando t =T, o número de voltas N = 1, e logo: f = 1/T. No sistema SI, t é medido em segundos e T em Hertz (1Hz = 60 rpm).

Máquinas Simples Molas: Corpos elásticos flexíveis usados no armazenamento de energia mecânica.

ILUSTRAÇÕES Aplicações do princípio da alavanca

ILUSTRAÇÕES Catapulta: máquina de guerra Tropas francesas usando uma catapulta para lançamento de granadas de mão na I Guerra Mundial (1914-1918)

ILUSTRAÇÕES Réplica de uma Catapulta usando o princípio de uma besta. Ficheiro Histórico do ficheiro Páginas em que este ficheiro é usado Utilização global do ficheiro                                                                                                                                  ILUSTRAÇÕES Réplica de uma Catapulta usando o princípio de uma besta. Farol de Alexandria

ILUSTRAÇÕES Pirâmide Egípcia de Khaf-re. Vista da Acrópole de Atenas

ILUSTRAÇÕES Modelo moderno da eolípila de Heron Máquina de Heron, um dos exemplos da criação de um engenho mecânico primitivo.

ENGENHARIA Foi no período do Renascimento (séculos XV e XVI) que a Engenharia Naval se destacou em Portugal. Apareceram, na época, novos tipos de navios, velozes e leves como a caravela, ou navios de carga – a nau redonda – que também servia à guerra, ou o galeão, navio com 4 mastros, usado no transporte de carga e na guerra (alguns com 40 canhões). O galeão foi muito utilizado entre os séculos XVI e XVIII.

ILUSTRAÇÕES Caravelas: Três e dois mastros Astrolábio: servia para medir a altura dos astros, visíveis acima do horizonte, para ajudar na localização em alto mar. Exemplo de um galeão espanhol

ILUSTRAÇÕES Máquina é todo mecanismo, ou um aparato natural, que realiza, ou ajuda na realização de um trabalho, fazendo uso de uma fonte de energia. Do ponto de vista da física, é todo e qualquer aparato que muda o sentido, ou a intensidade de uma força. Princípio de funcionamento do astrolábrio. Final do 2o dia: 24/05/2013