atps fisica 5

8/10/2019 ATPS FISICA 5

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ATPS

Atividades Prticas Supervisionadas

Fsica- (ATPS) Atividades prticas supervisionadas tm como procedimento metodolgico de

ensino aprendizagem desenvolvido por meio de conjunto de etapas programadas e

supervisionadas.

Fsica - ATPS - Atividades Prticas Supervisionadas

So Paulo-2013

ATPS




supervisionadas.

Bruno do Carmo Silva 6602337795

Bruno Rhomens Buzzon 6619390638

Ednaldo Alves Cardozo 6656379666

Emerson Quil Cardoso 6660448099

Francisco Michael Brando Sousa 1299534836

Israel F.M. Do Nascimento 6683442658.

Maria Kleane 6442292521

Ronnieres S. Oliveira 6661425335

Robson Rodrigues da Silva 6271237546

Srgio Vinicius dos Santos 6451315087

Trabalho Interdisciplinar-Apresentado como exigncia parcial para concluso das matrias

deste semestre do curso superior de formao-Engenharia Civil da Faculdade AnhangueraCampos Campo Limpo sob a orientao do (a) professor (a).


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FsicaATPS - Atividades Prticas Supervisionadas

So Paulo-2013

ATPS




supervisionadas.

Bruno do Carmo Silva 6602337795

Bruno Rhomens Buzzon 6619390638Ednaldo Alves Cardozo 6656379666

Emerson Quil Cardoso 6660448099

Francisco Michael Brando Sousa 1299534836

Israel F.M. Do Nascimento 6683442658.

Maria Kleane 6442292521

Ronnieres S. Oliveira 6661425335

Robson Rodrigues da Silva 6271237546Srgio Vinicius dos Santos 6451315087

Trabalho Interdisciplinar-Apresentado como exigncia parcial para concluso das matrias

deste semestre do curso superior de formao-Engenharia Civil da Faculdade Anhanguera

Campos Campo Limpo sob a orientao do(a) professor(a).

_______________________________

Professor(a): Ariana

Faculdade da Anhanguera

Orientador(a): Ariana

FsicaATPS - Atividades Prticas Supervisionadas

So Paulo-2013

SUMRIO

RESUMO 01

SUMMARY 02

INTRODUO 03

CONVERSES DE UNIDADES 04

O PROJETO SARA E OS HIPERSNICOS 05

VECULOS HIPERSNICOS 06

CALCULO DE DISTNCIA 07

GRANDEZAS FSICAS E MOVIMENTO RETILNEO 08

TEMPO GASTO PARA SER CAPTADO NAS LOCALIDADES 09

VELOCIDADE E ACELERAO SARA 10

RELATRIO 12

MOVIMENTO RETILINEO 13

RELATRIO 15

RESGATE DO SATLITE 16

RELATRIO 18

BIBLIOGRAFIA 19


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Pg01

Resumo

O projeto SARA compreende a fase de modelagem e ensaio tanto no solo quanto em voo. O

SARA suborbital consiste em um veiculo suborbital de 350 kg, que tem a finalidade de realizar

experimentos de micro gravidades decurta durao.

O subsistema estrutural responsvel pela resistncia tanto as cargas e voo e de impacto com

a agua quanto pela proteo trmica nas fases mais criticas da misso.

O veiculo deixa a atmosfera mais densa que termina em cerca de 100 kg de atitude. Muito

embora o veiculo no possua uma velocidade to alta quanto de um veiculo retorno da

orbita terrestre.

Pg02

SUMMARY

The SARA project comprises the modeling phase and testing both on the ground and in flight.

The suborbital ARDS consists of a suborbital vehicle 350 kg which is intended to carry out

experiments of micro severity of short duration.

The structural subsystem is responsible for resistance to both loads and flight and impact with

the water as the thermal protection in the most critical phases of the mission.

The vehicle leaves the denser atmosphere which ends at about 100 kg of attitude. Although

the vehicle does not have as high a speed as to the return of a vehicle orbiting Earth.


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Pg03

INTRODUO

Iremos retratar a histria sobre o desafio do projeto SARA (Satlite de ReentradaAtmosfrica), desenvolvido no instituto de aeronutica e espao em So Jos dos Campos

destinado a operar em rbita baixa, circular, a 300 km de altitude. O projeto ainda se

encontra em fase inicial denominado SARA suborbital em seus subsistemas sero verificados,

mostraro resultados, envolvendo algumas grandezas fsicas como medio de velocidade

mdia, acelerao e equao do movimento.Pg04

CONVERSES DE UNIDADES

Converses de unidades, pois a coerncia entre os sistemas de unidades envolvidas

necessria para garanti o sucesso na soluo da situao problema. Atravs da leitura do texto,

voc compreender a importncia cientfica, tecnolgica e social para o Brasil desse

importante projeto.Destacamos tambm a importncia de compreender o conceito de velocidade mdia. Uma

tcnica eficiente para a soluo de qualquer problema parte de um slido entendimento do

conceito e posteriormente a aplicao correta da expresso matemtica adequada.

TABELAS DE CONVERSO DE UNIDADES

Converter de:

Para:

Multiplique por

Jardas (yd)

Metro (m)

0,9144

Ps (ft.)

Metro (m)

0,3048

Polegada (in)

Metro (m)

0,0254

Milha Terrestre

Quilometro (km)1,610


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Milha Nutica

Quilometro (km)

1,853

Realizando a converso da altura mxima 300 km (Apogeu) baseado nas informaes acima

para a unidade ps.

300 km = 300 x 1000 =

300.000 / 0,3048 =

984.251,96 ps

Pg05

Considerando as informaes do projeto amerissagem na gua (pouso). Ser a 100 km dacidade de Parnaba. Fazer a converso da distncia para milhas nuticas.

100 km = 100 / 1,853 =

53,9957 Milhes

O PROJETO SARA E OS HIPERSNICOS

SARA pretende ser uma plataforma industrial orbital para a qualificao de componentes,

materias especiais equipamentos espaciais.

O objetivo em longo prazo avana para a nova gerao de veculos de reentrada e para as

AERONAVES HIPERSNICAS.

por isso que ele trabalha em sinergia com o projeto doveiculo hipersnico 14X. Realmente,pode parecer mesmo um projeto pequeno mais muito complexo.

Pg06

VECULOS HIPERSNICOS

Outro objetivo projeto SARA o desenvolvimento de estruturas que possam suportar o

severo ambiente de reentrada na atmosfera terrestre sem serem destruidos pelo calor.

Para isto, os quatro veculos que compem o programa dois suborbitais e dois orbitais devero

fazer avanos progressivos para que o pas adquira o conhecimento necessrio para o

desenvolvimento da tecnologia.

A sequencia adotada semelhante do programa alemo SHEFEX ( Sharp Edge Experiment),

destinado pesquisa de formas aerodinmicas para a reentrada de veculos espaciais em

regime hipersnicos.

Tanto o SARA como SHEFEX visam o desenvolvimento de tecnologia para a criao de

aeronaves e veculos hipersnicos atravs da analise da reentrada de veculos espaciais na

atmosfera terrestre.

Ao considerar que a operao de resgate ser coordenada a partir da cidade de Parnaba, a

100 km do local da amerissagem. Supondo que um avio decole ao aeroporto de Parnaba,realizar a viagem a viagem em duas etapas, sendo a metade 50 km a uma velocidade de 300


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km e a segunda metade a 400 km/h. Determinar a velocidade mdia em todo o trecho.

Distncia = 100 km = 100.000m

V1 = 50.000m a 83.33

V2 = 50.000m a 111.11

Pg07

Vm1 = s/t83.33 = 50.000 / t

t = 50.000 /83.33

t = 600s

Vm2 = s/t

111.11 = 50.000 / t

t = 50.000 / 111.11

t = 450s

Vm = s/xVm = ((100000) / (600 + 450)

Vm = 95.2381 m/s

GRANDEZASFSICAS E MOVIMENTO RETILNEO.

importante tambm aprender a fazer converses de unidades, pois a coerncia entre os

sistemas de unidades envolvidas necessria para garantir o sucesso na soluo da situao

problema. Atravs da leitura do texto, compreendendo a importncia cientfica, tecnolgica e

social para o Brasil desse importante projeto.

Considerando que um avio de patrulha martimo P-95 Bandeirulha, fabricado pela

EMBRAER, pode desenvolver uma velocidade mdia de 400 km/h. Calcular o tempo gasto por

ele para chegar ao pondo de amerissagem, supondo que ele decole de Parnaba distante 100

km do ponto de impacto.


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Pg08

t = s/ Vm

t = 100000/( 111.11)

t = 900 s = 15 minutos

Considerar tambm que um helicptero de apoio ser utilizado na misso para monitorar o

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

que ele tenha partido da cidade de Parnaba, calcular a diferena de tempo gasto pelo avio e

pelo helicptero.

t = s/ Vm

t = 100000/ 55.55

t = 1800 s = 30 minutos

Diferena de tempo gasto e de 15 minutos a mais que o avio.

Pg09

TEMPO GASTO PARA SER CAPTADO NAS LOCALIDADES MOSTRADAS NA TABELA.

Ao considerar que no momento da amerissagem, o satlite envia um sinal eltrico, que

captado por sensores localizados em trs 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)Alcntaraponto de impacto 338 km

Parnabaponto de impacto 100 km

So Jos dos Camposponto de impacto 3000 km

(A) Alcntaraponto de impacto 338000 m

t = s/ Vm

t = 338000/ 300000000

t = 0.00011 s

(B) Parnabaponto de impacto 100000 m

t = s/ Vm

t = 100000/ 300000000t = 0.00033 s


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Pg10

(C) So Jos dos Camposponto de impacto 3000000 m

t = s/ Vm

t = 3000000/ 300000000

t = 0.1 s

A VELOCIDADE E ACELERAO SARA

A velocidade final adquirida pelo Sara suborbital, que atingir uma velocidade mdia de Mach

9, ou seja, nove vezes a velocidade do som, partindo do repouso at a sua altura mxima de

300 km. Considerar seu movimento um MUV. Dado: velocidade do som = Mach 1= 1225 km/h.1 March = 1225 km/h

V = 30625 km/h X = 288 km

25 March = V V0 = 22222 km/h

V2 = V02 + 2A(XX0) 306252 = 222222 + 2A(2880) 937890625 =

493817284 + 576A 576A = 937890625493817284

A = 444073341/576

A = 770960,6615 km/h

A acelerao adquirida pelo SARA SUBORBITAL na trajetria de reentrada na troposfera, ondeo satlite percorre 288 km, aumentando sua velocidade da mxima atingida na subida

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

Comparar essa acelerao com a acelerao da gravidade cujo valor de 9,8 m/s 2.

A = 2214155,7393 m/s 21852,62646 vezes maior que a da gravidade.

Comparao = 2214155,7393 9,8

Pg11

Ao Calcular o tempo gasto nesse trajeto de reentrada, adotando os dados dos passos

anteriores.

T = 0,01 h ou T = 36 sA = V (T T0) = (VV0)

T = 3062522222 T A 770960,6615.


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localizao saltam ao lado do objeto de uma altura de 8m. Considerando que o helicptero

est com a velocidade vertical e horizontal nula em relao ao nvel da gua.

Adotando g=9,8m/s

Determine o tempo de queda de cada soldado.

t = g t = m / t t = t

2 . t = 9,8 t = 8/4,9 t = 1.63

t = 9,8/2 t = 1.63 t 1.28

t = 4,9m/s

Pg14

Determinando a velocidade de cada soldado ao atingir a superficie da gua utilizando para isso

os dados do passo anterior.

V = Vo + At

V = 9,8 . 1,28

V = 12,54 m/s

Determinando qual sria a altura mxima alcanada pelo sara suborbital considerando que o

mesmo foi lanado com uma velocidade inicial de mach 9 livre da resistncia do ar esubmetido somente a acelerao da gravidade.

Vy = Voy - 2 . gy

0 = 11025 - 2. 9,8y

0 = 121,550625-19,6y

19,6y=121,550625 + 0

Y = 121,550625 / 19,6

Y = 6201562,5 m

Calculando o tempo gasto para o sara suborbital atingir a altura.

Tmax = Vo / g

Tmax = 1.1025 / 9,8

Tmax = 1.125s

Pg15

RELATRIO

Compreendemos o conceito e movimentao uniformemente variada livre da resistncia do

ar. Simular os movimentos executados quando os corpos esto submetidos a uma aceleraoconstante.


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Modelagem o projeto sara est relacionada aos conceitos de lanamento oblquo. Ao final,

onde teremos um memorial descritivo de clculos de todas as etapas do projeto desde o

lanamento at o resgate dosatlite.

Tomando como base o tempo de queda de cada soldado, a velocidade de cada um ao atingir a

superfcie da gua, a altura mxima alcanada pelo sara suborbital, submetido somente

acelerao da gravidade.

Pg16

RESGATE DO SATLITE

Para efetuar o resgate do satlite, ao chegar ao local, o avio patrulha lana horizontalmente

uma boia sinalizadora. Considere que o avio est voando a uma velocidade constante de 400km/h, a uma altitude de 1000ps acima da superfcie da gua, calcule o tempo de queda da

boia considerando para a situao g = 9,8 m/s e o movimento executado livre da resistncia do

ar.

Y= Yo + Voygt t = t

304,8 = 0 + 09,8t / 2 t = 62,20

304,8 = - 9,8t /2 t 7,88

304,8 = -4,9t

t = -304,8 / -4,9

t= 62,20

Com os dados da situao do passo 1, Calcule o alcance horizontal da boia.

X = Xo + Vox . t

X = 0 +111 ,1 . 7,88

X = 0 + 875,5

X = 875,5m

Calcule para a situao apresentada no passo 1, os componentes de velocidade da boia aochegar ao solo.


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S = f(t) S = 0 + 0 + . 9,8t

S = So + Vot + gt S = 4,9s

Pg17

V = f(t)

V = Vo + gt

V = 0 + 9,8

V = 9,8

No solo = 304,8

S = 4,9t = 304,8

t = 304,8 / 4,9

t 62,20

t = tt = 62,20

t 7,88 m/s

Determine a velocidade resultante da boia ao chegar superfcie da gua.

V = (77,32) + (111,1) V = v

V = 5978,3824 + 12345,432 V = 18323,814

V = 18323,814 V135,36 m /s

Pg18

RELATRIO

Considerando as informaes adquiridasnos passos anteriores dessa etapa, verificamos cada

situao e seus resultados conforme sugerido na ATPS, o primeiro calculo que obtemos foi o

tempo de queda livre da boia que nos resultou em 62,20 m/s, logo a seguir o calculo do

alcance horizontal da boia 875,5m, os componentes de velocidade da boia ao chegar ao solo

foram de 59,8 m/s no tempo de 7,88s e por fim a velocidade resultante da boia em sua

chegada superfcie da gua v = 135,36 m/s.


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Pg19

MOVIMENTO EM DUAS E TRS DIMENSES.

Verificar que antes do lanamento real do SARA SUBORBITAL, alguns testes e simulaes

devero ser feitos. Para uma situao ideal livre da resistncia do ar, vamos considerar a

trajetria parablica como num lanamento oblquo e a acelerao constante igual a g. Adotar

uma inclinao na plataforma de lanamento de 30 em relao horizontal e o alcance

mximo de 338 km. Determinar a velocidade inicial de lanamento.

R = (2Vo/g) sen o . cos o = 33800m 338000 = (2Vo/9,8) sen 30 . cos 30 g = 9,8m/s

33800 . 9,8 = 2Vo sen 30 . cos 30 = Vo

Vo = 3312400 / 0,866

Vo = 1955,717m/s

Determinar as componentes da velocidade vetorial de impacto na gua para a situao

analisada no passo anterior.

R = (Vo cos o) t

33800 = (1955,717 cos 30) t = 30

33800 / (1955,717 cos 30) = tT = 199,56s

Vx = Vo Cos

Vx = 1955,717 cos 30

Vx1693,7 m/s

Pg20

Vy = Vo sem gt

Vy = 1955,717 sen 30 - 9,8 . 199,56

Vy = 977,8581955,688

Vy = - 977,83 m/s

VR = Vx + Vy

VR = (1693,7) + (977,83)

VR =2868619,69 + 956151.5089

VR = 3824771.199

VR = 1955.702 m/s

Fazer um esboo em duas dimenses (x-y) do movimento parablico executado pelo satlite

desde seu lanamento at o pouso, mostrando em 5 pontos principais da trajetria as

seguintes caractersticas modeladas como:Posio, velocidade, acelerao para o caso em que o foguete est livre da resistncia do ar e


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submetido acelerao da gravidade 9,8 m/s 2. Adotar os dados apresentados no passo

anterior. Para uma melhor distribuio dos dados, escolher o ponto de lanamento, o vrtice,

o pouso e dois pontos intermedirios a mesma altura no eixo y.

Pg21

Reunirem-se em grupo de no mximo 6 pessoas, discutir e relatar sobre as implicaes sociais

para o Brasil, como um dos poucos pases do mundo a dominar a tecnologia de lanamento de

satlite.

O projeto sara cada vez mais reconhecido no mercado aero espacial, tendo como objetivo a

realizao de experimentos em ambientes de micro gravidade e tambm a procura de

desenvolver estruturas que possam suportar o severo ambiente de reentrada na atmosferaterrestre sem serem destrudos pelo calor.

Desta forma futuramente o SARA poder ser uma plataforma industrial orbital para a

qualificao de componentes de materiais especiais e equipamentos espaciais, tendo como

objetivo em longo prazo os avanos e pesquisas para gerao de veculos de reentrada

atmosfrica.

BIBLIOGRAFIA

http://www.iae.cta.br/?action=sara

http://www.cla.aer.mil.brhttp://www.defesabr.com/Tecno/tecno_SARA.htm

http://www.google.com.br

atps fisica 5

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