Como funciona ? - O Avião


    Em 2016 resolvi construir um aeromodelo. Eis aqui o registro da construção, um projeto clássico chamado de Ugly Stick. Essa postagem estava arquivada e foi escrita na mesma época da construção.

    A asa deu certo trabalho, principalmente porque decidi construir meu próprio cortador de isopor, incluindo o circuito da fonte de energia. Apesar de estar utilizando várias referências, ainda assim, são muitos detalhes a considerar. 


Figura 1 - Perfil da ASA.

  
   A parte mecânica da fuselagem, asa e partes móveis como o aileron, profundor e leme acompanhei as videoaulas disponíveis no site hobbiebrasil.com.br. As vídeo aulas são muito interessantes pois mostram cada detalhe de construção do avião. 

   Quanto a parte técnica e teórica da física do vôo, recomendo dois artigos que trazem uma boa introdução ao assunto e também aprofundam em alguns aspectos.



Para fins de construção e didáticos é interessante distinguir três etapas:

1. Montagem do corpo

a) Fuselagem

É o "corpo" do aeromodelo.


b) Asa

    A asa requer um bloco de isopor P3. Também é necessário um cortador de isopor, que irei detalhar mais adiante.

2. Montagem das partes móveis

a) Aileron
b) Profundor
c) Leme
d) Motor e Hélice



Figura 2 - Fuselagem, Estabilizador horizontal, Leme e Asa. Ainda sem o motor e a hélice.

Figura 3 - Detalhe da montagem do motor e parte da bateria.

Figura 4 - Hélice

Figura 5 - Motor Brushless Turnigy 3833, 160 W.




3. Montagem Eletrônica

    Embora esta etapa possa ser mais tranquila, caso você opte por comprar o rádio controle pronto. No meu caso, o interesse é didático, pretendo compreender a tecnologia envolvida no controle do motor elétrico e servo mecanismos, bem como as tecnologias de rádio controle.

    A parte eletrônica deste aeromodelo que estou contruindo é composta dos seguintes componentes:

- Bateria
- ESC ( Eletronic Speed Controller ) 
- Módulo de Rádio
- Microcontrolador

    Uma quarta etapa que estou incluindo neste momento, mas que nem por isso é
menos essencial, é saber voar. 

    Aprender a controlar o avião, pode parecer para o principiante, que observa um vôo, algo fácil e trivial. Mas é necessário treinamento e compreensão sobre alguns princípios básicos do vôo para um melhor desempenho e apreciação. Embora alguns afirmem que qualquer coisa voa (Uma caixa de pizza por exemplo), bastaria um motor e uma hélice, esta afirmação é extremamente leviana, visto que o que está em jogo não é simplesmente o lançamento de um objeto no ar, mas sim seu controle e estabilidade, condições que podem ocorrer em diferentes níveis. 

Em um aeromodelo pode-se perceber todas as áreas da física:

a) Mecânica

    Ao analisar as forças de sustentação, arrasto, tração e peso. Em especial a sustentação, uma consequência da aerodinâmica da asa. 

d) Termodinâmica

    Grandezas como temperatura e pressão atmosféricas possuem grande influência
sobre aeronaves, em especial na análise dos mais leves que o ar.

c) Eletromagnetismo

    No caso deste aeromodelo o motor utilizado é um motor elétrico sem escovas. Estes motores utilizam o fenômeno da indução eletromagnética.

    As ondas eletromagnéticas são utilizadas como meio de transmissão para os canais de comunicação entre o rádio controle que fica nas mãos do piloto e o circuito receptor que fica dentro da fuselagem do aeromodelo.

e) Óptica

    Aqui aparece o observador. O piloto precisa manter contato visual com seu modelo durante todo vôo, o uso de óculos escuros em dias de Sol é algo a ser considerado, bem como a cor do modelo. Cores que possuem maior contraste em relação ao azul do céu, facilitam na identificação da posição do avião quando muito distante.

f) Física Moderna


    Os componentes eletrônicos de anatomia mais complexa, encontrados tanto no rádio controle quanto no controlador de velocidade do motor, são produtos de tecnologia desenvolvida com base na física quântica. 


    Por fim, realizei alguns voos com esse Aero, poucos, creio que uns 5 ou 6 voos. Tive problemas com o rádio, problemas com o piloto, que não era muito habilidoso, e infelizmente o único vídeo que fiz foi um que não ficou muito legal. O último voo o avião perdeu o link com o rádio e perdi o controle total. Vou postar apenas essa foto pra mostrar o estado final da "aeronave". Depois disso aproveitei somente a eletrônica, a asa e a fuselagem tive que descartar pois ficaram imprestáveis.







Programação - Controle de Temperatura



O que é uma "máquina de estados" ?

Uma máquina de estados é um modelo matemático ou computacional usado para representar sistemas que podem estar em diferentes condições (ou estados) e que mudam de estado em resposta a eventos ou condições específicas. Ela é amplamente utilizada em várias áreas, como engenharia de controle, programação, robótica, automação e design de circuitos digitais.

Exemplo:


Uma forma simples de implementar a máquina de estados acima:




Hardware ( Ver. 2 - Versão utilizada no vídeo acima )



Hardware ( Ver. 3 )


Hardware ( Ver. 4 )
 
Nesta última versão do hardware, ainda não implementada, o acionamento será feito automaticamente pelo software que aciona um transistor BD139 (acionado sempre que T < 45 e desligando sempre que T > 50).

Conceito - O que é carga elétrica?




A descoberta da eletricidade remonta ao ano 600 a. C. , época em que o filósofo grego Tales de Mileto observou que o âmbar, uma resina fóssil, após ser atritado com um tecido de seda, atraía pequenas folhas de árvores. Eléktron em grego significa âmbar. Mais de dois mil anos depois seria nomeada de elétron, a partícula elementar responsável pela eletricidade, uma referência ao âmbar.

Da observação desta atração de folhas pelo âmbar até a descoberta do elétron em 1906, um longo caminho foi trilhado por diversos cientistas e várias relações foram feitas com outros fenômenos, dentre eles a descoberta da eletricidade animal, além do campo magnético gerado por corrente elétrica.

Em 1750 Benjamin Franklin, na tentativa de explicar as forças de atração e repulsão entre objetos, tais como barras de vidro atritadas com seda, criou o conceito de carga elétrica. Segundo Franklin a eletricidade seria semelhante a um fluido, transferido entre os dois objetos através do atrito.

Como as forças eram, dependendo do material, de repulsão ou atração, Franklin propôs que haviam dois tipos de carga elétrica. Convencionou chamá-las: cargas positivas e cargas negativas.


Materiais - O que são Terras Raras?



Tabela Periódica dos Elementos

Tabela Periódica das Terras Raras

Imagem: Geology.com


Física, tecnologia e economia no mundo moderno


        Se você está lendo este texto em um celular, computador ou tablet, há uma chance enorme de que terras raras estejam literalmente nas suas mãos. Esses elementos químicos, apesar do nome curioso, são peças-chave da tecnologia moderna — e também um fator estratégico na economia e na geopolítica mundial.


Mas afinal: o que são terras raras e por que elas importam tanto?


O termo terras raras refere-se a um grupo de 17 elementos químicos da Tabela Periódica (ver imagem acima).

  • Os 15 lantanídeos (do lantânio ao lutécio)
  • Mais o escândio (Sc) e o ítrio (Y) 


O nome “terras raras” é um pouco enganoso, o que acontece é o seguinte:

  • Elementos como cério, lantânio ou neodímio até são relativamente abundantes, mais que, por exemplo, o ouro ou a prata.
  • O problema é que raramente aparecem em depósitos concentrados o suficiente para serem extraídos de forma econômica. Normalmente estão diluídos em minerais junto com outros elementos.

Eles recebem esse nome não porque sejam extremamente escassos na crosta terrestre, mas porque:

  • dificilmente aparecem em concentrações elevadas,
  • são quimicamente muito semelhantes entre si,
  • e sua separação e purificação é complexa e cara.

Do ponto de vista da Física do estado sólido, esses elementos se destacam principalmente pelas propriedades magnéticas, ópticas e eletrônicas associadas aos elétrons da camada 4f.

   


Elementos e aplicações

As tabelas abaixo resume os elementos das terras raras e suas aplicações típicas:

Tabela 1 : Do número atômico 21 ao 62.



Tabela 2 : Do número atômico 63 ao 71.


Por que as terras raras são essenciais?

Fisicamente, esses elementos têm momentos magnéticos elevados, transições eletrônicas precisas e alta estabilidade térmica, tornando-os indispensáveis em:


  • motores e veículos elétricos,

  • turbinas eólicas,

  • telas LED/OLED e fibras ópticas,

  • equipamentos médicos (MRI, PET),

  • tecnologias militares e aeroespaciais.


Sem eles, a transição energética e tecnológica moderna seria impossível.


Conclusão


        No século XXI, o controle das terras raras é estratégico: embora reservas existam em vários países, a maior parte da extração e do refino está concentrada na China, gerando dependência tecnológica, vulnerabilidade econômica e disputas geopolíticas. EUA, União Europeia, Japão e Brasil consideram-nas recursos tão estratégicos quanto o petróleo no século XX. Mais que elementos químicos, suas propriedades físicas — magnetismo, interação eletromagnética, emissão de luz e transporte de energia — são essenciais para tecnologias avançadas, mostrando como a Física se traduz em poder econômico, industrial e estratégico no mundo real.



Postagens relacionadas: 


Na postagem Construa um Motor Elétrico, mostro a interação entre dois ímãs de Neodímio e como um deles compõe um motor elétrico rudimentar. ( O Neodímio é um dos elementos mais importantes do grupo das terras raras). 

A postagem Teoria da Mecânica Quântica mostra como a física determina a localização dos elétrons em um átomo, essa informação esta relacionada as propriedades dos materiais listados nas tabelas 1 e 2 dessa postagem.



Conceito - O que é tempo ?


Você já preparou um chá ?

Estado inicial - Água e folhas secas dentro do saquinho


    Tempo é aquilo que os relógios medem. Um relógio é um dispositivo que conta ciclos através de um fenômeno mecânico (pêndulo) ou elétrico (oscilador a cristal piezoelétrico, quartzo por exemplo) cujos pulsos devem ter período constante e menor que aqueles que se quer medir. No fundo a medida de tempo, assim como a medida de espaço, é uma comparação. No caso do tempo, uma comparação entre um movimento natural, de período constante, e um outro movimento, o qual se quer medir. Exemplo: o tempo que a Terra leva para completar uma volta em torno do Sol é de 365,25 dias.

     Neste exemplo o que se quer medir é o tempo que a Terra leva para completar uma volta em torno do Sol. A unidade de medida será um movimento de período menor, o dia. O dia é o tempo que a Terra leva para completar uma volta em torno de si mesma. Então a pergunta se resume a: Quantos dias são necessários para que a Terra complete uma volta em torno do Sol ? Nos resta então realizar a contagem desses dias, além de marcar uma referência espacial para o começo e o fim da contagem. 

   Mas há ainda uma outra característica mais fundamental e importante do tempo: a irreversibilidade. No mundo microscópico, a quantidade de partículas é extremamente grande o que implica na necessidade de uma mecânica estatística.


Representação do movimento das moléculas de dois tipos diferentes. 


   Essa teoria descreve o espalhamento da energia no universo como um todo de forma probabilística. As diferentes maneiras com as quais as partículas podem estar distribuídas no espaço são quase infinitas. Enquanto o estado inicial é único.  Isso nos leva a concluir que o "estado seguinte" será quase sempre diferente do anterior e a probabilidade de que o "estado anterior" ocorra novamente é infinitamente pequena.


Poucos minutos depois - O que aconteceu ? 


  Poderia então o tempo ser entendido como o "movimento natural e irreversível das partículas no universo" ?









Lista de Postagens