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O Universo dos Projetos com o Kit Alfa (MEC057)

Quando se fala no Kit Alfa da PNCA (www.pnca.com.br), logo se pensa em robótica e mecatrônica quando na verdade, seu universo é muito maior. Para que os leitores, tanto educadores como usuários diretos tenham uma idéia do tamanho desse universo, dedicaremos este artigo a uma breve análise de alguns projetos que podem ser realizados com esse kit em disciplinas que não estejam diretamente relacionadas com a robótica e mecatrônica. Muito mais informações podem ser obtidas consultando-se a PETe, empresa do grupo que se dedica justamente à transferência da tecnologia educacional para as escolas do nível fundamental, médio e técnico, além das universidades.

Os temas transversais são utilizados amplamente nas escolas, complementando com atividades diversas externas ou de laboratório a teoria apresentada nas salas de aula. O uso da tecnologia nestas atividades é um recurso de grande importância atualmente, principalmente pelas recomendações dos PCNs que recomendam a utilização destes recursos. Com o kit alfa isso é facilitado e alguns projetos muito interessantes podem ser criados na áreas abaixo.

É claro que as sugestões de projetos são básicas, podendo ser expandidas e desmembradas. De fato, um mesmo projeto pode ser abordado a partir de diversos níveis, atendendo exigências, por exemplo, desde o ensino fundamental, até o médio e técnico. Isso significa que o projeto pode ser tanto desenvolvido pelo professor e aplicado a um grupo de alunos, como desenvolvido pelos próprios alunos, dependendo apenas da faixa etária considerada e do nível de dificuldade. Também existe a possibilidade de muitos projetos serem adotados como trabalhos para feiras de ciências e tecnologia.

 

Áreas:

* Física

* Tecnologia

* Química

* Geografia/astronomia

* Biologia/ecologia/meio ambiente

* Medicina e saúde

* Matemática

* Línguas

* Psicologia e comportamento

*

 

Sugestões de projetos

 

* O foco de uma lente (física e tecnologia)

Este é um experimento de dificuldade média, indicado aos estudantes do nível médio como tema transversal para o ensino de física ou como experimentação direta para uma aula de óptica.

 

Motivação

As lentes são usadas numa infinidade de aplicações práticas modernas. Desde o binóculo, telescópios, câmeras fotográficas e os óculos comuns até os leitores de DVDs, CD ROM e microscópios de uso em laboratório as usam.

 

 

Tipos de lentes
Tipos de lentes

 

O objetivo do experimento é projetar e construir um dispositivo que, usando o sensor óptico e os recursos dos servos ou motores, permita encontrar o foco de uma lente convergente comum. Explorar o conceito de foco de uma lente. O mesmo experimento pode ser usado no estudo de espelhos esféricos.

O desafio consiste em se encontrar o foco com a maior precisão no menor tempo apresentando os resultados no computador. Uma idéia consiste em se associar um sistema automático de focalização ao funcionamento de câmera fotográfica moderna, caso em que podemos enquadrar o experimento na área de tecnologia.

Na figura 2 o sensor de cor do kit alfa que pode fornecer valores de intensidade de luz de 0 a 256. Desta forma, quando usado na análise do foco de uma lente com uma fonte fixa de luz ele fornecerá máxima intensidade quando encontrar esse foco.

 

 

Sensor de luz do kit Alfa
Sensor de luz do kit Alfa

 

O experimento pode ser feito manualmente com o sensor deslocado pelo operador ou de forma automática quando, o dispositivo deve encontrar sozinho a distância até o foco, avisando o instante em que isso ocorrer e o tempo decorrido.

 

 

* Termometria (física)

Este é um experimento indicado para a complementação do ensino de física do ensino médio e numa versão mais simples, que pode ser elaborada pelo professor, para o nível fundamental.

Encontramos no meio ambiente e em processos industriais líquidos com diferentes temperaturas. Mesmo para a alimentação, o aquecimento de certos alimentos líquidos tem uma importância muito grande. Assim, o objetivo do experimento é projetar e construir um robô que verifique a temperatura de diversos recipientes com líquidos. Explorar o conceito de temperatura.

O desafio consiste em se identificar o que tem o líquido mais quente (ou mais frio) recolher o recipiente e levá-lo até um local determinado.

O robô deve ser autônomo procurando o recipiente a partir do momento em que é acionado, vencendo o que fizer isso em menor tempo. Como o kit Alfa não conta com um sensor de temperatura podemos usar o sensor de cor para esta finalidade. Neste caso, a temperatura dos objetos será associada a sua cor, que deve ser identificada.

 

* Equilíbrio e Centro de Gravidade (física)

Este experimento é Indicado tanto para o estudo de física no nível médio e técnico, como em cursos técnicos e mesmo nos cursos de engenharia onde desafios adicionais podem ser programados.

Através dele visa-se determinar o centro de gravidade de um corpo, o que é de vital importância para a física e para a engenharia. Como determinar o centro de gravidade de um corpo é estudado em física em diversos níveis. No entanto, de maneira simples, podemos demonstrar isso procurando equilibrar um corpo.

 

 

 Centro de gravidade de uma pessoa em diversas posições.
Centro de gravidade de uma pessoa em diversas posições.

 

O Objetivo do experimento é construir um sistema automático (robô ou braço) que coloque uma barra sobre um apoio, deslocando-a de modo a modificar sua posição. Outra possibilidade consiste em se construir um boneco "João bobo" que possa se levantar sozinho quando derrubado, através da alteração de seu centro de gravidade.

 

Sistema que pode ser usado para estudar o equilíbrio de uma alavanca
Sistema que pode ser usado para estudar o equilíbrio de uma alavanca

 

O desafio consiste em se encontrar a posição de equilíbrio no menor tempo possível, sem deixar a barra cair. Para o caso do boneco, uma vez derrubado, ganha aquele que fizer o boneco que volta a ficar em pé sozinho no menor intervalo de tempo.

 

 

* Ponte Rolante (tecnologia)

Nível de dificuldade: médio a alto

Pode ser usado no ensino fundamental, médio, técnico e de engenharia dependendo apenas dos desafios associados que podem ser simples para apenas transportar produtos ou avançados a ponto de se fazer a seleção de objetos conforme tamanho, peso ou cores.

 

 

Motivação:

Na indústria, nos aeroportos, em empresas de transporte, as mercadorias são transportadas através de esteiras ou pontes rolantes. Essas pontes têm os mais diversos graus de sofisticação, pois podem estar associados a dispositivos que detectam o tipo de objeto transportado, quando falta um, ou ainda quando um deles têm uma característica diferentes dos demais.

 

 

A ponte rolante do Programa Multisim 11.0 de simulação.
A ponte rolante do Programa Multisim 11.0 de simulação.

 

O objetivo deste experimento é montar uma ponte rolante que, com o uso do sensor de cores, possa transportar pequenas caixas ou objetos coloridos.

O desafio consiste em se criar recursos com o sensor óptico e outras partes mecânicas um sistema capaz de identificar objetos de determinada cor e "expulsá-los" da esteira. Os objetos que chegarem ao final do processo devem ser contados assim como os eliminados.

O abastecimento da esteira pode ser feito tanto manualmente como de modo automático dependendo do tipo de objeto a ser manuseado.

 

* Guindaste (tecnologia)

O nível de dificuldade desse projeto pode ser ajustado à faixa etária desejada. Pode-se fazer uma montagem simples com acionamento manual para o fundamental I e II, como se pode ter uma automação em diversos níveis para o médio, técnico e mesmo engenharia.

Os guindastes estão em toda parte levantando e baixando mercadorias, objetos e muito mais. Eles são dotados de roldanas, polias que aumentam a força disponível de um motor, o que possibilita o manuseio de objetos com pesos muito grandes.

O guindaste deve retirar um objeto de um local e transportá-lo até outro no menor tempo possível. Pode também ser estendido o desafio à diversos objetos.

O guindaste pode ter acionamento manual como automático (com o sensoriamento do objeto a ser movido) dependendo do nível dos alunos envolvidos. Pode também ser utilizado um eletro-imã para levantamento de objetos de metal.

 

 

* Dispositivo anti-colisão (tecnologia)

Trata-se de uma montagem indicada para o nível médio, ensino técnico e engenharia dados os parâmetros envolvidos. O grau de dificuldade pode ser ajustado ao público alvo em detalhes.

O tema básico é a segurança nos veículos automotores tanto carros como qualquer outro tipo de veículo. A segurança pode ser implementada através de diversos tipos de sensores e circuitos de processamento.

O objetivo deste experimento é montar um robô autônomo que tenha sensores capazes de evitar que ele colida com os obstáculos quando se desloque.

 

Montando um robô autônomo com sensores.
Montando um robô autônomo com sensores.

 

O que propõe é fazer com que o robô percorra um certo percurso em que existam obstáculos, no menor tempo possível em se bater em nenhum. Vence aquele que o fizer no menor tempo e derrubando o menor número de obstáculos.

 

 

* Quem é o mais rápido? (tecnologia)

Pode-se separar o nível de dificuldade entre dois públicos já que a montagem pode ser realizada pelo professor e simplesmente aplicada aos alunos, como também pode ser realizada e aplicada pelos alunos. No primeiro caso a aplicação pode ser no nível fundamental e no segundo, no nível médio.

Trata-se neste experimento dos sistemas de controle usados na indústria e sensoriamento exigem a capacidade de se saber qual de dois interruptores ou sensores foi acionado em primeiro lugar. Jogos de habilidade, como perguntas e respostas em gincanas escolares exigem também o emprego de um circuito capaz de identificar qual de dois sensores foi acionado em primeiro lugar. A mesma aplicação pode ser usada em competições para verificar qual atleta chega em primeiro lugar à linha final.

 

 

Aparelho que tem a mesma finalidade publicado neste site na seção de Colaboradores (COL003).
Aparelho que tem a mesma finalidade publicado neste site na seção de Colaboradores (COL003).

 

Montar com sensores um detector de prioridade, um circuito capaz de identificar qual de dois sensores é acionado em primeiro lugar.

É possível ainda programar competições com carrinhos em planos inclinados, jogos de perguntas e respostas e outras que façam uso do detector.

 

 

* Medindo a energia (tecnologia)

Nesse caso, o nível de dificuldade depende também do modo como o experimento seja aplicado. O projeto pode ser desenvolvido pelo professor e os alunos simplesmente realizam o experimento colhendo dados ou pode ser realizado de forma completa pelos alunos. No primeiro caso, podemos ter sua aplicação no ensino fundamental e no segundo caso no ensino médio e ensino técnico.

A idéia básica é explorar o custo da energia. Com o crescente custo da energia e o esgotamento das fontes naturais de todos os tipos, a preocupação em se controlar o consumo de energia elétrica é uma constante. Medir o consumo de uma lâmpada, motor ou outro dispositivo é, portanto uma tecnologia que deve ser ensinada. Conhecer as unidades e o próprio procedimento usado pelas empresas de energia pode levar a experimentos interessantes.

Assim, a proposta é montar um circuito elétrico simples com uma lâmpada de 6 V dc e um resistor sensor em série.

Usando a unidade de processamento do kit criar um programa que permita determinar o consumo de energia da lâmpada, com cálculos diversos. Pode-se calcular quanto vai ser pago numa conta, dando-se o preço em watts x hora.

Deve ser usada lâmpada de corrente contínua com alimentação de 6 a 12 V.

 

 

O módulo de controle PNCA 2.5 possui entrada analógicas que podem ser usados para sensoriar a corrente num resistor.
O módulo de controle PNCA 2.5 possui entrada analógicas que podem ser usados para sensoriar a corrente num resistor.

 

 

* Controlando uma reação química (química)

O nível de dificuldade dependerá do modo como o uso do kit for abordado. Pode-se ter uma montagem simples feita pelo professor para demonstrar alterações numa substância durante uma reação como se pode dar o desafio dos alunos montarem o equipamento.

As reações químicas levam a modificações de características físicas das mais diversas, conforme as substâncias envolvidas. Podemos ter modificações de condutividade elétrica, densidade, transparência, cor, etc. Na indústria essas características podem ser usadas para se controlar um processo. Podemos simular isso num experimento.

Usando os sensores de luz ou cor, montar um sistema que detecte modificações da transparência ou cor de um frasco que contenha uma substância química a qual vai passar por uma reação.

Elaborar um sistema que detecte quando a substância mude de cor ou transparência, pela adição de uma segunda substância (reagente) acionando algum dispositivo de controle.

 

 

Conclusão

Estes são apenas alguns dos experimentos que podem ser implementados com a utilização do kit alfa no ensino fundamental, médio, técnico ou mesmo de engenharia. No próximo artigo daremos mais exemplos de projetos.

Para obter mais detalhes sobre a PNCA visite seu site.

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