O helicóptero movido apenas pela força humana

Dia 13 de Julho, uma equipe canadense de engenheiros ganhou o Prêmio Sikorsky, faturando a quantia de 250 mil dólares (aproximadamente R$ 560 mil). O desafio, criado em 1980, consistia em manter em voo um helicóptero movimentado apenas pela força humana, que conseguisse atingir a altura mínima de 10 pés (3 m), durante um voo de pelo menos 1 minuto, e sem ultrapassar uma área correspondente a um quadrado de 10 x 10 metros. Em oportunidades anteriores, durante os mais de 30 anos que durou o desafio, este feito já havia sido tentado por outras equipes, sem que tivessem obtido sucesso. Se quiser clique aqui, e assista o vídeo de um acidente que ocorreu em uma das tentativas. Desta vez a equipe AeroVelo conseguiu, mesmo no extremo limite das condições impostas, com um tempo de voo de 64,11 s (apenas 4,11 s de sobra), uma altura de 3,3 m (somente 30 cm a mais)  e um deslocamento horizontal de 9,8 m. Assista:



De certa forma, o Atlas - nome da engenhoca construída por eles - não lembra exatamente um helicóptero, pelo menos da forma como estamos acostumados a ver. Algumas pessoas até criaram uma denominação diferente para esses tipos de máquinas, a qual eu também decidi usar no título deste post: Humancóptero.
O que chamou a atenção foram as 4 hélices enormes usadas, girando em baixa rotação. Então, alguém poderia perguntar: Mas por que optaram por hélices tão grandes? Para responder a essa pergunta, vamos primeiramente tentar entender um pouco a relação entre algumas grandezas físicas envolvidas na sustentação de um helicóptero.

A força de sustentação
(A) representa a área circular, e (h) a altura do 
cilindro de ar que se desloca com velocidade (V).
Consideremos a figura ao lado, representando um helicóptero durante um voo, mas sem movimento horizontal. Para simplificar, vamos desprezar também o efeito de solo e do vento.
A hélice realiza uma força de ação, empurrando o ar para baixo. O helicóptero sofre então uma força de reação no sentido para cima, de acordo com a 3ª Lei de Newton.
Suponha que em um determinado intervalo de tempo, um certo volume de ar, que representarei na figura pelo cilindro (em azul), é empurrado para baixo. Sua velocidade (V) é dada por;


   (Eq. 1)

(ΔSé o deslocamento vertical do ar, que no nosso caso é igual à altura (h) do cilindro, e (Δt) é o intervalo de tempo em que esta massa de ar é deslocada. Assim, temos que;


   (Eq. 2)

Agora vamos pensar em termos da relação entre potência (P) e energia cinética (Ec) geradas neste movimento.
   (Eq. 3)

   (Eq. 4) 

Substituindo a  (Eq. 4)  na  (Eq. 3), temos;

   (Eq. 5)

Sendo (m), a massa de ar no cilindro, ela pode ser expressa em função da densidade do ar (d) e do volume de ar (Vol) contido no cilindro;

   (Eq. 6)

Sabemos que o volume do cilindro é dado por;

   (Eq. 7)

Substituindo a  (Eq. 7)  na  (Eq. 6), temos uma nova expressão para a massa;

   (Eq. 8)

Substituindo a  (Eq. 8)  na  (Eq. 5) , obtemos;

   (Eq. 9)

Finalmente, trocando-se (Δt) da  (Eq. 9)  pela relação obtida na  (Eq. 2)  encontramos a expressão que eu queria analisar, para entendermos porque optaram por usar hélices tão grandes;


Nesta expressão, a densidade do ar (d) não poderia ser alterada, mas no projeto seria possível aumentar a área A varrida pelas hélices, de tal forma a obter uma redução na velocidade V com que o ar deveria ser empurrado para baixo, mantendo assim a mesma potência necessária para que fosse possível elevar o equipamento à altura desejada. Assim, decidiram usar 4 hélices, movimentadas ao mesmo tempo pelo ciclista Todd Reichert, através de um sistema de cabos interligados, o que aumentou bastante a área total de ar deslocado.

Fontes:
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Tirar a bateria enquanto o notebook estiver na tomada prolonga a sua vida?

Nesta semana decidi comprar um notebook, e acabei optando por um da marca Acer (foto).
Um amigo  recomendou-me que se eu quisesse prolongar a vida útil da bateria deveria retirá-la enquanto eu estivesse usando-o ligado na tomada. Eu já tinha ouvido falar sobre isso, mas não sabia até que ponto seria verdade. Pesquisei no Google para tentar encontrar mais informações e acabei chegando à conclusão de que, devido aos vários modelos de baterias e notebooks, este procedimento pode significar vantagens e desvantagens.

Vantagem
Em um dos sites que pesquisei, eles informam que, se o notebook é usado durante a maior parte do tempo ligado na tomada, o procedimento de retirada da bateria pode aumentar em 10% a sua vida útil. Uma dica dada neste mesmo site é que a bateria pode ser guardada carregada, devendo ser usada a cada uma ou duas semanas para dar nova carga.

Desvantagem
Em um outro site, há uma informação de que na maioria dos notebooks modernos, depois que a bateria atingiu 100% de carregamento, automaticamente só o carregador passa a fornecer energia ao sistema, o que não provoca desgaste desnecessário. Mas a informação que encontrei, e que me fez desistir da ideia de ficar retirando a bateria, é que se por qualquer motivo houver interrupção repentina da energia proveniente da rede elétrica, a bateria protege os dados e sistemas do notebook, pois faz a função de no-break, impedindo que se percam informações não memorizadas, e em alguns casos até evitando danos permanentes ao equipamento. Fiquei pensando: Será que vale a pena preservar 10% na vida útil da bateria e correr este risco?

Outra questão apontada em outro site diz respeito ao aquecimento excessivo gerado pelo hardware, quando está sendo utilizando em jogos, por exemplo. Neste caso a temperatura pode atingir até 60ºC. Recomenda-se então que a bateria seja retirada, pois o calor, aliado ao fato de estar 100% carregada, pode ser prejudicial à sua vida útil.

Como a recomendação da maioria dos sites que pesquisei é a de consultar o manual do fabricante, fui à página da Acer, e na seção de Perguntas mais frequentes  encontrei em destaque, a que coloco a seguir, e que demonstra que esta é uma dúvida que muitas pessoas têm a respeito dos notebooks.

Eu preciso remover a bateria quando estou usando meu adaptador AC?
Não é necessário remover a bateria quando estiver utilizando alimentação AC pois o computador fornece uma "carga lenta" para a bateria enquanto está ligado na corrente AC. No entanto, se não pretende usar o computador por vários dias, não é uma má ideia remover a bateria. Basta manter a bateria em local fresco e seco. A "carga lenta" significa carregar uma bateria a uma taxa semelhante à sua taxa de auto-descarga, mantendo assim uma bateria de capacidade total. A maioria das baterias recarregáveis têm um baixo índice de auto-descarga, o que significa que perdem gradualmente sua carga, mesmo quando não estão sendo usadas em um dispositivo.

Fontes:
http://batterycare.net/guia.html
http://bbaterias.com.br/artigos/posso-usar-meu-notebook-ligado-direto-na-tomada
http://batteryuniversity.com/learn/article/lithium_based_batteries
http://tecnologia.uol.com.br/dicas/ultimas-noticias/2010/03/11/tire-duvidas-sobre-como-cuidar-da-bateria-do-notebook.jhtm
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Casa construída com impressora 3D

Este ano, um aluno perguntou-me na aula se eu sabia que as impressoras 3D já estariam capacitadas a construir até mesmo uma casa. Fiquei imaginando como uma tarefa desta natureza poderia ser colocada em prática, e agora nas minhas férias, sobrou-me um tempinho e então decidi informar-me sobre o assunto. Fazendo uma busca no Google, cheguei a esta página do site da dezeen magazine. O artigo, datado de 20 de janeiro de 2013, informa que o estúdio de arquitetura holandês Universe Architecture está realmente planejando construir pela primeira vez na história, uma casa usando uma enorme impressora 3D, e se tudo der certo, ela deve ficar pronta até 2015.
A  Landscape House (Casa Paisagem) 
Landscape House, como ficou conhecida, e cuja imagem você vê ao lado, deverá ser montada com uma grande impressora que pode produzir seções de até 6 m x 9 m, usando uma mistura de areia e um agente de ligação. Veja um detalhe ampliado:

Em uma vista de cima (imagem ao lado), ela tem formato triangular, e é inspirada em uma figura conhecida pelos matemáticos como Fita de Möbius.
O arquiteto holandês Janjaap Ruijssenaars da Universe Architecture, irá colaborar com o inventor italiano Enrico Dini, que desenvolveu a impressora D-Shape, e a equipe também está trabalhando com o matemático e artista Roelofs Rinus. A impressora D-Shape irá criar volumes vazios que serão preenchidos com concreto reforçado com fibras para dar-lhe força, e depois, os volumes serão  unidos para montar a casa, que eles estimam, levará cerca de 18 meses para ser concluída, com um custo de aproximadamente R$ 15 milhões.

Para quem quiser entender um pouco melhor, recomendo os dois vídeos a seguir. O primeiro, com o arquiteto Janjaap Ruijssenaars, explicando detalhadamente o projeto, e mostrando algumas maquetes e desenhos da casa, e o segundo (em italiano, mas dá pra entender), com o inventor Enrico Dini falando sobre seus sonhos de infância, quando erguia castelos de areia na praia, e sobre uma grande e complexa obra de arte, de aproximadamente 3 metros de altura (veja foto ao lado), construída pela  impressora D-Shape.




Minha opinião
Vamos esperar para ver se tudo funciona como os projetistas planejam, mas posso adiantar algumas coisas que penso.
Este projeto está longe de ser o que eu imaginei inicialmente, quando meu aluno questionou-me. O design da casa é bem específico, e na minha opinião não se parece muito com uma casa, no sentido de oferecer segurança, privacidade ou conforto. 
Não sei se casas convencionais, com janelas e portas do jeito que estamos acostumados a ver, poderiam ser fabricadas através desta técnica. Além disso, temos que levar em consideração que as partes hidráulicas e elétricas, provavelmente terão que ser instaladas da maneira como são feitas tradicionalmente. Outros fatores que dificultam a viabilidade do projeto são o custo elevado e o tempo que é gasto na etapa de impressão. 
Apesar de tudo, acredito que este processo possa ser aprimorado, e num futuro talvez se viabilize, pelo menos no que se refere à montagem da estrutura básica das paredes.
Já existem atualmente diversas aplicações deste recurso de uso de impressoras 3-D na medicina, salvando vidas de bebês, e em algumas atividades do dia-a-dia das pessoas. Um exemplo disso está na possibilidade de reposição de peças de aparelhos antigos que não podem ser mais encontradas tão facilmente no mercado.
     
Fontes:
http://www.dezeen.com/2013/01/20/dutch-architects-to-use-3d-printer-to-build-a-house/
http://www.tecmundo.com.br/impressora-3d/40968-quanto-tempo-uma-impressora-3d-leva-para-construir-uma-casa-.htm

http://www.d-shape.com/tecnologia.htm
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Cinética, cinema e os LEDs rotativos


Quando eu tento fazer com que meus alunos associem a energia cinética à condição de velocidade de um corpo, invoco a origem da palavra cinema, que originou-se da palavra grega  κίνημα (pronuncia-se mais ou menos como tchienemá, clique aqui para ouvir a pronúncia), que significa movimento. Como sabemos, muitas palavras da língua portuguesa, em suas formações, incorporaram radicais gregos e latinos.

A invenção do cinema possibilitou gravar e reproduzir os movimentos, e portanto indicar velocidades dos objetos que compunham uma determinada cena, o que antes as fotografias só podiam sugerir. Nas fotos mais modernas, por exemplo, de longa exposição, como na mostrada acima, percebemos que houve um movimento de carros devido aos "rastros" deixados pelas luzes dos faróis e das lanternas.
Recentemente, observando um vídeo que mostra um sistema com lâmpadas LED, que formam letras ao serem movimentadas, notei de imediato que havia uma semelhança com o cinema, no que se refere ao efeito conhecido como persistência na retina.

A persistência na retina e o surgimento do cinema
Os experimentos iniciais que originaram o que talvez pudéssemos classificar como os primeiros filmes, relacionavam a ideia que já se tinha de que, passando-se várias fotos tiradas em sequências de intervalos de tempo muito curtos, os olhos das pessoas que estivessem assistindo não poderiam perceber o "pulo" entre uma imagem e outra. Isto é possível graças ao que se conhece na óptica como persistência retiniana. Durante uma pequena fração de segundo, as imagens ficam gravadas no fundo de nossos olhos, e se forem projetadas a um ritmo superior a 16 quadros por segundo associam-se na retina sem interrupção.
Eis um interessante trecho sobre a história do cinema, retirado da Wikipedia
Em 1876Eadweard Muybridge fez uma experiência: primeiro colocou 12 e depois 24 câmeras fotográficas ao longo de um hipódromo e tirou várias fotos da passagem de um cavalo. Ele obteve assim a decomposição do movimento em várias fotografias e através de um zoopraxiscópio pode recompor o movimento.

Fotos tiradas por Muybridge cada uma com uma câmera, colocadas lado a lado.













Hoje em dia, um filme de celulóide é rodado a 24 quadros por segundo, e um vídeo digital é gravado a cerca de 30 quadros por segundo.

Os LEDs rotativos
Estava eu no Facebook, quando deparei-me com um vídeo muito bacana, da página da Escola Tecnológica do Litoral Alentejano, de Portugal, que havia sido compartilhado pela Alexandra, professora daquela escola. Assista:


O dispositivo rotativo é montado usando 8 LEDs dispostos na vertical e programados para piscarem de tal forma que, no momento em que são colocados para girar, reproduzem as letras desejadas, que no caso do vídeo mostrado, correspondem às iniciais da escola: ETLA.
Os 8 LEDs exibem inúmeras configurações em que cada um deles se encontra aceso ou apagado, formando sequências de imagens alternadas tão rapidamente que, quando ainda não estão girando, nossos olhos não conseguem diferenciá-las umas das outras, pois é como se estivessem sobrepostas. Ao serem colocadas em movimento de rotação, a persistência retinal faz com as imagens, formadas em diferentes posições do espaço, deixem rastros que juntos formarão uma palavra ou desenho.

Funcionamento
Só como exemplo simples, vamos supor que a fileira com 8 LEDs fosse programada para acendê-los e apagá-los, de acordo com a sequência de 1 a 5, mostrada na figura abaixo. Ao movimentá-la, da direita para a esquerda, em uma determinada velocidade, elas formariam a imagem correspondente à letra A.


Fonte:
http://ged.feevale.br/bibvirtual/monografia/MonografiaLeandroAzevedo.pdf
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