sábado, 31 de outubro de 2015

Choques Mecânicos - Cortiça é o melhor material para para-choques de automóveis

A grande maioria dos veículos atualmente são montados com para choques com capa de plástico, combinado com espuma de absorção de impacto (de boa densidade), apoiada sob travessas do chassi ou monobloco. O conjunto funciona dinamicamente com o monobloco, absorvendo o impacto e deformando-o. 
Por questões de segurança os automóveis atuais são fabricados sob o conceito de deformação progressiva, ou seja, em caso de batida, o para-choques se deforma totalmente e absorve parte da energia que se dissipa com o impacto, se a batida for mais violenta, a lataria dos para lamas e próxima aos cantos externos do veículo também e mais "branda" que o normal,   para a continuação  do processo de absorção,  finalmente o habitáculo do veículo é construído obedecendo a um padrão que lembra uma "gaiola" ou um núcleo de sobrevivência, sendo adotado ainda barras de ferro transversais reforçando as portas, e lembre-se automóvel foi feito para andar e não para bater, caso isso ocorra o principal é a integridade física de seus ocupantes, e não se o para choques ou o para lamas amassou ou não, antigamente uma batida a 40 km/h em um muro praticamente não amassava o carro , mas em 95% dos casos matava todos seus ocupantes, como não havia dissipação da energia adquirida no choque, a mesma era transmitida na sua totalidade para os ocupantes do interior do veículo.
Os para-choques rígidos de antigamente, eram armas letais. Eram projetados para proteger a lataria dos carros e não para proteger os ocupantes, eram fabricados com ferro e, seus suportes também eram de ferro parafusadas direto no chassi, bem menos seguro. 
Você sabia que o material usado como absorvedor de impacto no para-choque da maioria dos carros tem o pior desempenho entre todos os materiais disponíveis?
Esta é a conclusão de Mariana Paulino e seus colegas da Universidade de Aveiro, em Portugal.
Sustentando o impacto
Os materiais celulares sintéticos - espumas de polímeros e de metais - vêm sendo usados como absorvedores de impactos há décadas.
Mas a Dra. Mariana acredita, e agora demonstrou empiricamente, que a cortiça - a mesma cortiça usada como rolha de garrafa - é um material muito mais eficiente e mais ambientalmente correto.
Segundo ela, o material natural pode ser mais eficiente e mais barato do que o material sintético, além de poder ser produzido de forma sustentável.
Materiais para absorção de impacto
A pesquisadora testou a capacidade de absorção de impactos da cortiça, espumas metálicas e espumas poliméricas, incluindo um produto introduzido recentemente no mercado e que vem sendo apontado como um dos mais eficazes já feitos.
Os resultados indicam que a espuma de poliuretano, usada nos para-choques da maioria dos carros, tem o pior desempenho entre todos os materiais testados.
A espuma de alumínio tem a maior capacidade de absorção, seguida de perto pela cortiça.
Todos os demais materiais se distribuem entre esses dois extremos em termos de eficiência.
Como material de proteção contra impacto para para-choques, portas, colunas e outros reforços estruturais, a cortiça supera a espuma polimérica mais avançada disponível em termos de valor de pico de aceleração de impacto.
De fato, em energias mais elevadas, o que equivaleria a uma colisão em alta velocidade, a cortiça tem o melhor valor de pico de aceleração.
Fique com a cortiça
Os pesquisadores investigaram também o quanto os diferentes materiais testados invadem o espaço dos ocupantes do veículo em uma colisão.
A espuma de alumínio apresentou o menor deslocamento, seguido pela cortiça e, logo depois, pela espuma polimérica estado-da-arte. A tradicional espuma de poliuretano foi novamente o material menos adequado.
Os pesquisadores concluíram que, apesar de a espuma de alumínio ser marginalmente melhor do que a cortiça micro aglomerada, a cortiça é uma opção muito melhor para os veículos do futuro por ser mais barata e mais fácil de processar do que a espuma de metal.

Contido em: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=cortica-para-choques-automoveis#.VjSyXPmrQdU, pesquisado em 31/10/2015 as 10h00.

Choques Mecânicos ou Colisões Mecânicas

 Choques mecânicos unidimensionais  são choques (colisões) que ocorrem quando os centros de massa dos corpos que interagem entre si situam-se sobre uma mesma reta, ou seja, estão sempre na mesma direção, antes e depois do choque.
Se as direções forem diversas o choque será oblíquo.
 Coeficiente de restituição (e)  é definido pela relação:
coeficiente de restituição (e) é uma grandeza adimensional (não tem unidade), por ser calculado pela razão entre duas grandezas de mesma espécie e 0 < e > 1.
 Cálculo do módulo da velocidade relativa:
   
 Observações:
 resultado Vr obtido é sempre em módulo.
 Se houver colisão e os corpos permanecerem unidos após a mesma, ou, se eles se moverem na mesma direção e sentido e com a mesma velocidade, tem-se evidentemente que V= VY e que Vr= 0.
 Tipos de choques
 Choque perfeitamente elástico ou choque elástico
Nele, a energia é totalmente conservada (é a mesma antes e depois do choque), ou seja, o sistema é conservativo, o coeficiente de restituição é igual a 1 e aquantidade de movimento do sistema á a mesma antes e depois do choque ().
Exemplo  se você abandonar de certa altura do solo uma bola e ela retornar à mesma altura, o choque dela com o solo é perfeitamente elástico ou ainda, se a bolase chocar contra uma parede
com velocidade de módulo V e retornar na mesma direção e com a mesma velocidade o choque também será perfeitamente elástico.
Gráficos de uma colisão perfeitamente elástica
 Choque inelástico
Neste tipo de choque a dissipação de energia é máxima, o coeficiente de restituição é nulo, e,após o choque, os corpos obrigatoriamente se juntam e se movem unidos com a mesma velocidade. Lembre-se de que em qualquer tipo de choque a quantidade de movimento sempre se conserva.
Gráfico da velocidade em função do tempo para a colisão inelástica das figuras abaixo

 Choque parcialmente elástico
 Nesse tipo de choque o sistema é dissipativo com a energia sendo parcialmente dissipada e ocoeficiente de restituição está compreendido entre 0 e 1 (0 < e < 1).Como em qualquer tipo de choque a quantidade de movimento do sistema se conserva.
Gráficos de uma colisão parcialmente elástica
O que você deve saber, informações e dicas
 Coeficiente de restituição (e)  é definido pela relação:
coeficiente de restituição (e) é uma grandeza adimensional (não tem unidade), por ser calculado pela razão entre duas grandezas de mesma espécie e 0 < e > 1.
 Cálculo do módulo da velocidade relativa:
  velocidades em sentidos contrários: V= VX + VY
  velocidades no mesmo sentido: V= VY – VX, com V> VX
 resultado Vr obtido é sempre em módulo.
  Em todo choque perfeitamente elástico, se os corpos tiverem a mesma massa, eles trocam suas velocidades.
Exemplos:
 Exemplos de cálculo do valor do coeficiente de restituição e de classificação de tipos de choques:


VI. Choque contra um obstáculo fixo (solo)
Esfera abandonada de uma altura H choca-se com o solo e retorna a uma altura h.
VII. Choque de uma pequena esfera (por exemplo, bola de tênis) contra um obstáculo móvel (por exemplo, um ônibus), com:
 mesmo sentido
VIII. Como resolver exercícios sobre colisões parcialmente elásticas ou colisões elásticas com massas diferentes:
Etapas
 1a  fazer um desenho dos móveis antes e depois da colisão considerando, por exemplo,velocidades positivas para a direita e negativas para a esquerda
 2a  calcular as quantidades de movimento do sistema antes e depois do choque, igualá-las e simplificá-las  equação I.
 3a  utilizar o coeficiente de restituição  e = módulo da velocidade relativa depois dochoque/módulo da velocidade relativa antes do choque    e = Vrdepois/Vrantes, simplificar essa equação  equação II
 4a  resolver o sistema formado pelas equações I e II
Exercício exemplo:
Dois móveis P e Q de massas m= 2kg e m= 10kg se movem em sentidos contrários com velocidades V= 20m/s e V= 10m/s e sofrem uma colisãounidimensional parcialmente elásticade coeficiente de restituição igual a 0,8. Calcule suas velocidades após o choque e seus sentidos.
Etapas:
 1a  fazer um desenho dos móveis antes e depois da colisão considerando, por exemplo, queapós a colisão os móveis se movam sempre para a direita.
 2a  Calcular as quantidades de movimento do sistema antes e depois do choque, (supondo, por exemplo, velocidades positivas para a direita e negativas para a esquerda), igualá-las e simplificá-las.
Q= Qd    mPVP + mQVQ=mPVP’ + mQVQ    2.(20) + 10.(-10) = 2.VP’ + 10.VQ’   -60 = 2.VP’ + 10.VQ’     Vp’ + 5VQ’= – 30  (equação I) 
 3a  Utilizando o coeficiente de restituição e = 0,8   e = Vrdepois/Vrantes   0,8 = (VQ – VP’)/30  VQ – VP’ = 24 (equação II)  
 4a  Resolvendo o sistema formado pelas equações I e II   isolando V’Q em II   V’Q = 24 – V’P
III  substituindo III em I  V’P + 5(24 + V’P) = – 30  V’P + 120 + 5V’P = – 30  6V’P = – 150 
V’P = – 25m/s (o móvel P, após o choque, se move para a esquerda com velocidade de 25m/s)
VQ – VP’ = 24  VQ – (-25) = 24  V’Q = – 1m/s (após o choque, o móvel Q também se move para a esquerda com velocidade de 1m/s) 
Caso particular de colisão perfeitamente elástica (e = 1) com os móveis possuindo mesma massa:
procedimento é o mesmo que o do exercício anterior:
Exemplo: Dois carrinhos de brinquedo M e N que se movem em sentidos contrários sofrem uma colisão perfeitamente elástica. Suas velocidades antes do choque são V= 12m/s e V= 8m/s.Sua massas são iguais (2kg). Determine a intensidade e o sentido de suas velocidades após o choque.
Esquematizando a situação e supondo que após o choque, eles se movam para a direita.
 Aplicando o teorema da conservação da quantidade de movimento, supondo velocidades positivas para a direita e negativas para a esquerda    Q= Qd   mN.VN + mM.VM = mN.VN’ + mM.VM    2.(-8) + 2.(12) = 2.VN’ + 2.VM’    -16 +24 = 2.VN’ + 2.VM’   VN’ + VM’=4 I   
Aplicando a expressão do coeficiente de restituição  e = Vrdepois/Vrantes   1 = (VN’ – VM’)/(12 + 8)    VN – VM’= 20 II 
Resolvendo o sistema composto por I e II    VN’=12m/s (para a direita) e VM’= – 8m/s (para a esquerda).
Observe que, após o choque, M transferiu a N sua velocidade de 12m/s para a direita e que N transferiu a M sua velocidade de 8m/s para a esquerda. Assim, pode-se concluir que:
Em todo choque perfeitamente elástico, se os corpos tiverem a mesma massa eles obrigatoriamente trocam suas velocidades”
Contido em: http://fisicaevestibular.com.br/novo/mecanica/dinamica/colisoes-mecanicas-ou-choques-mecanicos/, pesquisado em 31/10/2015 as 9hoo.