A nossa palestra

Tal como anunciámos, a nossa palestra realizou-se no dia 9 de Fevereiro ás 15:00h.

Começámos por apresentar o currículo do Professor José Maria André.

Após a apresentação do professor á audiência, este prosseguiu com a palestra.

E a nossa audiência ouvia (com atenção) tudo o que o professor dizia:

Ao longo da palestra o nosso trabalho foi sempre referido assim como a nossa última experiência foi mostrada e explicada.

No fim da palestra foram colocadas algumas dúvidas e estas foram respondidas com a maior prontidão possível. Foram também entregues algumas lembranças ao professor.

Pedimos ao professor José Maria André, à professora Luísa Ramos e também à professora Leonídia (directora da escola) para tirar uma fotografia.

Podemos concluir que fizemos um bom trabalho em relação a esta palestra e que correu tudo muito bem!

Nova experiência

No dia 18 de Janeiro o grupo realizou uma nova experiência em aula.

Esta nova experiência consistiu em utilizar uma caixa de plástico como base do hovercraft, movida por uma ventoinha de computador. Com isto, tínhamos o intuito de verificar qual a potência mínima necessária para obrigar ao deslizamento do hovercraft.

Os materiais implícitos na experiência foram:

• Uma ventoinha de computador de 12 V  e 8 cm de diâmetro;
• Uma caixa de plástico;
• Fita-cola;
• Tesoura;
• X-acto;
• 8 pilhas de 1,5 V cada;
• Suporte de pilhas.

Com estes materiais, cumprimos o seguinte procedimento:

Marcámos e cortámos um buraco circular, de 8cm de diâmetro na caixa, para ser colocada a ventoinha (com o lado que expulsa o ar virado para baixo). Colocámos as 8pilhas no suporte, de acordo com os pólos negativos e positivos. Posteriormente, ligámos os fios da ventoinha ao suporte das pilhas (o cabo positivo no pólo negativo e vice-versa) e podemos observar o funcionamento da ventoinha.

No entanto, com a ventoinha em funcionamento, observámos que a base não deslizava na superfície. Deduzimos que esta falha se devesse ao excesso de massa que a ventoinha tinha de suportar.

Voltámos então a tentar o mesmo processo mas com a diferença de a caixa ter menos 9cm de altura. Para isso cortámos a caixa até ficar com uma altura mais reduzida. E seguimos o mesmo processo que anteriormente. Todavia, os resultados obtidos foram semelhantes.

Mais tarde, como não nos contentámos com o falhanço das experiências realizadas, resolvemos voltar a tentar com uma base ainda mais leve – um prato circular de plástico.

O esquema de montagem foi igual ao inicialmente feito. Desta vez, os resultados foram de encontro aos esperados: O pequeno hovercraft deslizou sobre a superfície, apesar de não ser com uma grande velocidade ou elevação.

Isto leva-nos a crer que, mesmo que a ventoinha seja suficiente para induzir movimento ao hovercraft, não é suficientemente potente para criar uma elevação e velocidade de escoamento elevada.

Com isto concluímos que no hovercraft final, teremos de arranjar um motor suficientemente potente para criar as condições necessárias de movimento.

Visita ao IST

No dia 6 de Janeiro o grupo deslocámos-nos às instalações de Lisboa do Instituto Superior Técnico (IST) para nos encontrarmos com o Professor Doutor José Maria André, doutorado em Engenharia Física (pelo IST) e também em Filosofia e Teologia (pela universidade Pontifícia da Santa Cruz, em Roma).

O senhor Professor Doutor José Maria André explicou-nos, com muita amabilidade e paciência, toda a teoria relacionada com a Mecânica de Fluídos, necessária para a boa construção do nosso Hovercraft.

Antes de publicar tudo o que aprendemos, gostaríamos de agradecer a disponibilidade e prontidão com que este senhor nos recebeu.

O efeito do hovercraft é criar uma bolsa de ar com uma pressão relativamente elevada. Nós iremos trabalhar com potenciais relativamente pequenas e velocidades do ar relativamente pequenas e velocidades do ar relativamente pequenas, podemos então considerar que o escoamento é imcompressível. Denomina-se a todo o fluído imcompressível em que a massa volúmica não varia.

Sabemos que o ar dentro da saia terá uma massa volúmica que não será muito diferente da massa volúmica do ar atmosférico.



P - Peso (N); 

∆p - variação da pressão (Pascal)

A - Área do hovercraft em planta (m² )



O peso colocado no cimo da base, condiciona a pressão do ar dentro da saia, e consequentemente, a velocidade de escoamento e linhas de corrente: P = ∆p.A

Com isto, temos os princípios fundamentais para a equação de Bernoulli:

• Escoamento imcompressível (porque não vamos ter potências muito grandes nem cargas muito grandes);
• Efeitos viscosos desprezáveis (porque tem um efeito viscoso pequeno);
• Linhas de corrente (aplica-se ao longo de uma linha de corrente - entre "1" e "2")



NOTA: Linha de corrente: linha que em todos os pontos é tangente ao vector velocidade, se um escoamento for estacionário, não estiver a variar no tempo, uma linha de corrente coincide com a linha de trajectória das partículas.

(como z₁≈z₂, as duas cotas anulam-se, podendo não ser consideradas na equação global)

p₁ – pressão em 1

½ pv₁² - pressão dinâmica em 1

A expressão simplificada:

  p₁ = p₂ + 1/2 pv₂²

A partir do momento que se escolhe a área do hovercraft e a carga que ele tem de sustentar, condiciona-se a diferença de pressão e portanto a determinar qual vai ser a velocidade com que o ar vai sair do hovercraft.

 O ventilador precisa de ter mais potência pedida à rede eléctrica- isto depende do rendimento.

A altura a que o hovercraft vai estar do chão vai depender do caudal.

A potência fornecida ao fluído é:         

Pot - Potência fornecida ao fluído

Δp - variação de pressão

Q - caudal

 A potência que o ventilador pede á corrente eléctrica é igual a:  



Pot_eléctrica – potência eléctrica do ventilador

Δp – variação de pressão

η - rendimento

Q - caudal

Com a optimização, determinamos o caudal , ficando assim determinado a que altura do chão o hovercraft irá deslizar.                                  

                   

Q - caudal

Ψ – perímetro da saia

h - a altura a que a saia se encontra do chão

𝑣₂ – velocidade de escoamento

A estabilidade do hovercraft vai depender da altura a que este está do chão. Quanto menor a altura mais estável será.

Contudo, não se pode diminuir excessivamente a altura, sob o risco de o hovercraft não deslizar graças ao atrito. Temos então várias hipóteses para o rebordo da saia:

Nesta primeira hipótese, com o rebordo da saia voltado para fora, a altura a que a saia está do chão é igual à altura (h) de saída do caudal.

Já com o rebordo da saia a direito, a altura a que a saia se encontra do chão é maior que a altura (h). Isto porque o fluído não faz curvas a 90º.

Melhorando as condições anteriores, pegamos na hipótese do rebordo da saia estar voltado para dentro. Desta  forma, a altura a que a periferia da saia está do chão é ainda superior à altura (h) do caudal, criando assim, as condições ideias para o deslizamento do hovercraft.

Em condições exageradas o efeito não será o pretendido :

O que acontecerá é o que está representado na figura ao lado em que a altura do caudal é igual á altura a que o hovercraft está do chão, uma vez que o ar  vai ignorar a reentrância, fará um remoinho e sairá de forma semelhante à primeira hipótese. Logo, não se tira partido com o exagero.

Outra boa hipótese seria:

Um hovercraft com  uma saia de folha dupla, para provocar o escoamento do ar e a sobre pressão (a diferença entre a pressão do lado de dentro e no exterior).

Para maior estabilidade interessa que o centro de massa esteja relativamente baixo. Equilibrar o peso posto em cima com o de baixo e colocado no centro da base.

Com uma bolsa maior o peso posto em cima é melhor suportado pela equação de Bernoulli a pressão do ar dentro do hovercraft é maior.

Para finalizar, uma possível hipótese para estabilizar a saia será colocar um arame no rebordo , de forma a manter a estrutura da saia intacta.

No fim deste encontro, foi proposto ao professor uma palestra na nossa escola, sobre física aplicada ao hovercraft. Á qual este aceitou de imediato! A palestra será no dia 9 de Fevereiro as 15:00 h.

Queríamos também informar que todos os desenhos ou fórmulas aqui colocados são da autoria do Professor Doutor José Maria André, a quem, mais uma vez, agradecemos pela disponibilidade para este projecto.