Movimento Mágico (MEC577)

As figuras móveis encontradas em muitos objetos decorativos geralmente são operadas pela energia das células. Muitos relógios têm figuras que dançam e até tocam música para indicar as horas.

Imagine uma figura que se move aleatoriamente e é alimentada por uma fonte eletrônica, mas controlada por um circuito. O objetivo deste projeto é construir uma figura e um circuito que possam ser usados ??em decoração, animatrônica (um ramo da mecatrônica), ou como demonstração em mecatrônica.

O circuito é simples, usa peças comuns e tem um princípio de operação usado em outro projeto deste livro (por exemplo, consulte o galvanômetro descrito no Projeto 5). Um circuito eletrônico é adicionado para produzir o movimento do brinquedo ou outra figura que o leitor possa criar.

Objetivos

• Monte um circuito simples para controlar uma figura móvel.

• Faça um circuito que produza movimentos aleatórios.

• Elabora projetos automáticos e mecatrônicos utilizando o mesmo princípio operacional.

O projeto

Este projeto deve ser visto como uma atualização do Projeto 5, o galvanômetro experimental. Adicionaremos um circuito eletrônico para produzir pulsos elétricos e substituiremos a agulha do galvanômetro por uma figura móvel, como um bailarino, um palhaço ou outra figura.

O projeto é alimentado por células AA, que devem ter uma boa vida ao alimentar este circuito. O projeto também inclui um diodo emissor de luz (LED) que pisca, dando o ritmo à figura móvel.

Você pode colocar esse circuito em uma caixa, conforme sugerido pela Figura 1, e ter um objeto caseiro, mágico, decorativo - um ponto importante a ser considerado se você pretende demonstrar suas habilidades em mecatrônica.

O nome deste projeto, "mágica", vem do fato de que nenhuma fonte de energia para mover o objeto é visível. O movimento é criado por indução magnética, um tipo de força que não podemos ver.

Figura 1 - Objeto decorativo feito com o projeto de movimento mágico.

Como funciona

O bloco principal de nosso projeto é um circuito integrado (IC) 555 configurado como um multivibrador astável. Este circuito produz pulsos de intervalos que impulsionam a parte mecânica do projeto.

Nessa configuração, a duração e o intervalo entre os pulsos dependem de quatro componentes do circuito, conforme mostrado na Figura 2. O intervalo de tempo em que a saída permanece no estado alto depende de quatro componentes do circuito: a resistência Ra (R1 + P1), a resistência Rb (R2), a capacitância C (C1) e a seguinte fórmula, que liga todos eles juntos:

th = 0,693 x C x (Ra + Rb)

tl = 0,693 X Rb X C

Figura 2 - O astável 555.

Onde:

th = o intervalo de tempo da saída alta em segundos (s)

tl = intervalo de tempo da saída baixa em segundos (s)

C = a capacitância em farads (F)

Ra, Rb = as resistências em ohms (12)

Observe que, como Ra + Rb é sempre maior que Rb, o tempo máximo é sempre maior que o tempo baixo. Observe também que Ra é dado por R1 mais o ajuste de P1, portanto, é variável.

Como queremos o inverso na carga, a solução é excitá-la com os pulsos baixos do 555. Isso pode ser feito usando um transistor positivo-negativo-positivo (PNP) para acionar a carga, e o transistor conduz com os pulsos baixos do 555. Portanto, como mostra a Figura 3, o circuito aplica pulsos à carga em intervalos regulares, determinados pelo ajuste de P1.

Figura 3 - Forma de onda dos sinais aplicados à carga.

O transistor é um tipo de potência média que aciona uma carga criando um campo magnético intermitente. Este campo atua em objetos magnéticos, como lâminas de metal, agulhas ou mesmo outros ímãs (girando-os). Como o campo não é forte, os objetos devem estar livres para se movimentar, o que exige um alto nível de habilidade do construtor, pois precisam ser suspensos de alguma forma.

Para obter o melhor desempenho, o ponto crítico é encontrar uma taxa de pulso que corresponda ao movimento natural aparente do objeto. A pulsação não deve ser muito rápida para um bailarino ou muito lenta para um corredor. Devem ser feitos testes para encontrar a frequência correta e até mesmo alterar os valores de R2 na faixa de 15 k? a 47 k?.

Como construir

O projeto mecatrônico pode ser dividido em duas partes para fins de construção: (1) o circuito eletrônico e (2) a parte mecânica.

Circuito eletrônico

A Figura 4 mostra o circuito eletrônico do gerador de pulsos usando o 555 IC. A Figura 5 mostra como o circuito pode ser montado usando uma placa sem solda. Obviamente, o leitor está livre para usar outra tecnologia de montagem.

Figura 4 - O esquema do gerador de pulsos.

Figura 5 - O circuito pode ser montado em uma placa sem solda para experimentos.

O construtor deve tomar cuidado com a posição dos componentes polarizados, como o IC, capacitores eletrolíticos, transistor e LED. Se o TIP32 for usado como um substituto equivalente para o BD136, o leitor deve se lembrar que os condutores do fio têm identificações diferentes. O circuito é alimentado por células AA, mas o gênio do mal também pode usar uma fonte de alimentação da linha de força AC. Podem ser usados ??tipos entre 3 e 6 volts.

Parte Mecânica

A parte mecânica é composta pela bobina e pela figura móvel. Em nossa versão básica, a bobina é formada por 50 a 100 voltas de qualquer fio esmaltado com bitolas entre 28 e 32 AWG. O formulário é uma caixa de papelão, conforme mostrado na Figura.6.

É importante remover o esmalte nas extremidades da bobina para permitir o contato elétrico ao anexar ao parafuso na régua de terminais ou soldar ao circuito.

Figura 6 - A parte mecânica do projeto.

O objeto móvel é pendurado por um fio ou fio de algodão fino. O objeto móvel terá um pequeno ímã ou um pequeno objeto de metal preso a ele. O metal deve ser do tipo que pode ser atraído por ímãs como ferro ou aço. Os ímãs não atraem alumínio ou cobre.

O construtor também deve encontrar a posição correta para o ímã. Deve ser posicionado de forma que o campo magnético da bobina atue para girá-lo.

Teste e uso

Ligue o circuito e observe o movimento da figura do celular e o piscar dos leds. Cada vez que o LED acende, o objeto deve fazer algum movimento, pois ambos são movidos pela mesma força. Caso contrário, dê uma olhada nos contatos da bobina. Se nenhum problema for encontrado, ajuste P1 para criar o movimento desejado da figura móvel.

Temas cruzados

Este projeto pode ser usado em cursos de ciências e física do ensino fundamental e médio para mostrar como a energia se transforma e se manifesta. Algumas ideias para vincular o tema ao projeto são fornecidas aqui:

• Estudo de conservação de energia

• Produção de campos magnéticos por correntes elétricas

• Estudo do movimento perpétuo (explica por que a energia não pode ser criada ou destruída, mas apenas transformada)

Explorando o Projeto

Algumas mudanças na versão básica podem ajudar o leitor a criar objetos decorativos ou projetos interessantes para demonstração. A forma como o campo magnético é aplicado à figura em movimento pode ser alterada. A Figura 7 mostra como um atleta móvel pode fazer exercícios com loops, usando o circuito básico.

Figura 7 - Outra versão do movimento mágico

As bobinas devem ser enroladas na direção correta porque, quando as correntes fluem, o campo magnético de cada bobina repele o outro, criando a força que faz o movimento do atleta. Devem ser feitos testes para encontrar o número correto de voltas de cada bobina e o tamanho do cartão do atleta.

Circuitos e ideias adicionais

A geração de pulsos para o projeto de movimento mágico pode ser feita de várias maneiras. Alguns circuitos adicionais são mostrados na seção a seguir.

Outro gerador de pulso

O circuito mostrado na Figura 8 usa um IC 4093 como um gerador de frequência muito baixa que aciona o BD136, como no projeto original.

Os diodos determinam o caminho da corrente para a carga e descarga do capacitor. Portanto, R2 determina o tempo em que a saída do circuito é baixa, e o ajuste de P1 e R1 determina o tempo de saída alta. Como as outras três portas do 4093 são conectadas como inversores, o resultado é que a bobina é energizada com os pulsos altos e o intervalo entre eles é determinado pelos pulsos baixos.

Figura 8 - Circuito usando o 4093 IC.

Gerador de pulso aleatório

A Figura 9 mostra um circuito interessante que produz pulsos aleatórios feitos por três osciladores diferentes. R2, R4 e R6 determinam quando cada um dos osciladores está alto. Portanto, combinando os diferentes tempos, os pulsos são produzidos de forma aleatória, conforme mostrado na Figura 10.

Figura 9 - Este oscilador produz pulsos aleatórios.

Figura 10 – Pulsos do oscilador aleatório usando o IC 4093.

A Tecnologia Hoje

O melhor exemplo de aplicação para o princípio explorado neste projeto são os relógios de movimento mágico feitos principalmente pelas indústrias japonesas e populares em todas as partes do mundo. Esses relógios vêm em uma variedade de tamanhos e graus de sofisticação, apresentando uma ou mais figuras móveis. Em muitas casas, eles são usados ??como o principal objeto de decoração.

Ideias para explorar

Outros projetos podem ser desenhados, partindo dos mesmos princípios aqui descritos:

• A Lei de Ampère é estudada em física. Esta é a lei usada neste experimento. Você pode encontrar mais na Internet.

• Projete um motor elétrico com base nos princípios descritos aqui. Você encontrará muitas ideias na Internet.

Nota: as citações a artigo referem-se ao livro original. Muitos se encontram no site.