Difference between revisions of "Montagem do pêndulo de precisão: Descrição do aparato"
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Contents
Descrição do aparato
O pêndulo é composto por três componentes: a estrutura de suporte para o fulcro do pêndulo; o lançador da massa do pêndulo e a electrónica do controlador.
O suporte de base pode ser uma parede ou uma estrutura metálica robusta como a que é aqui apresentada. A escolha para o pêndulo foi um peso de treino de aço colocado de 2kg. Este peso tem a vantagem de ter um buraco perfurado para segurar um parafuso M4 e pode ser encontrado em qualquer boa loja de desporto. Este parafuso pode ser feito a partir de uma haste de latão roscado com 10mm de comprimento. Faz-se um pequeno furo de 1mm na haste, onde o cabo pendular é fixado utilizando uma corrente de solda fina (ou qualquer liga de prata fina) ou atando com um nó adequado. O cabo utilizado é de fio remanium de 0,4mm que pode ser comprado em qualquer dentista retalhista.
As próximas figuras documentam a construção das secções metálicas do pêndulo.
O suporte do fulcro do pêndulo é feito a partir de qualquer superfície plana que seja robusta e dura, tal como uma peça de latão ou de aço inoxidável com um furo de 12-16mm. Esta superfície tem uma reentrância que é feita com uma lâmina de diamante ou de aço duro e que mantem o pivô no lugar, evitando o deslizamento.
O próprio fulcro também é de aço inoxidável ou de latão e consiste num prisma triangular com 50mmx9mm com um furo central de 1mm numa das faces que atravessa a aresta oposta. Neste furo, é soldada ou colada uma agulha intravenosa por onde passa o cabo pendular que é fixado por um pequeno parafuso na parte superior.
Limites do comprimento do pêndulo
O lançador do pêndulo e a electrónica do controlador têm limites que restingem o comprimento do pêndulo e/ou o funcionamento do conjunto do pêndulo de precisão. Cada um desses limites (mín. e máx.) são explicados nas próximas subsecções. A última subsecção (Limites) mostra uma tabela com os limites para o lançador padrão e para a electrónica do controlador usados na montagem do aparato do World Pendulum Alliance (WPA).
Comprimento mínimo
O comprimento mínimo do pêndulo é principalmente limitado pela velocidade do lançador. Para uma dada distância de lançamento, quanto mais curto for o pêndulo, maior será a sua velocidade horizontal. Assim, a aceleração da pá deve ser suficientemente alta para conseguir uma libertação "limpa" da bola e a velocidade da pá deve ser alta o suficiente para que se tenha a certeza que a bola nunca volta a tocar na pá depois de ter sido libertada. A velocidade máxima da pá e a sua aceleração ditam os limites para o comprimento mínimo do pêndulo e dependem da tensão do motor de passo. Quanto maior a tensão, maior é a velocidade e a aceleração que a pá pode ter. Uma restrição adicional que também pode ser observada em pêndulos demasiado curtos é o risco de a bola passar por cima da pá em casos de grandes distâncias de lançamento.
Existem duas opções que podem ser adoptadas para reduzir o limite do comprimento mínimo de um pêndulo:
- Aumentar a tensão do motor de passo: Na configuração padrão do WPA, a tensão definida é de 12V. Algumas das fontes de energia disponibilizadas podem chegar aos 20V. Aumentar demasiado a tensão pode resultar no sobreaquecimento do motor pelo que é importante realizar este aumento com as devidas precauções. Uma sugestão é aumentar a tensão passo a passo realizando algumas experiências entre cada passo para verificar que o motor não sobreaquece. Uma tensão até 20V deve ser segura.
- Limitar a distância horizontal máxima de lançamento: Esta opção restringe o espaço operacional do lançador. Reduzindo a distância horizontal de lançamento (ângulo inicial), a velocidade horizontal máxima e a aceleração são reduzidas. A distância de lançamento deve ser reduzida até ao ponto em que a pá consegue fazer face aos requisitos de lançamento (velocidade e aceleração) sem o risco de parar a meio do processo de lançamento.
NOTA: Seja qual for a circunstância, o ângulo inicial nunca deve exceder os 45 graus porque o controlador não foi programado para lidar com ângulos de lançamento superiores a 45 graus.
Comprimento máximo
O comprimento máximo do pêndulo é limitado pela electrónica do controlador e está associado ao período de oscilação. Quanto maior o comprimento do pêndulo, maior é o período de oscilação. Existem duas limitações no controlador:
- Temporizador Watchdog: Este temporizador foi configurado por default para cerca de 16s. Como resultado, isto restringe o período de oscilação do pêndulo a um valor abaixo dos 16s. Valores maiores, até ~131s, podem ser configurados neste temporizador.
- Contador do período de oscilação: Este contador consiste num contador de 32 bits (2 x registos de 16 bits) e cada contagem corresponde a 1/3686400s (~271ns, pré-calibrador de temporizador 1:1). Esta configuração do temporizador resulta num tempo total máximo de ~1165 s. É possível obter tempos máximos totais mais elevados aumentando o pré-calibrador do temporizador (até 1:256). Neste caso, a resolução do temporizador é diminuída de acordo com o valor do pré-calibrador.
Entre os dois, a principal limitação é, de longe, devida ao temporizador.
Limites
A fotografia abaixo mostra o lançador usado no WPA. Este lançador utiliza uma tecnologia de calha em V e é caracterizado por uma distância máxima de lançamento horizontal de 250 mm. A tabela seguinte mostra os limites de comprimento do pêndulo para este lançador específico.
Limites do comprimento do pêndulo (ver Limites do comprimento do pêndulo para perceber estes limites) | |
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Mínimo | ~1.5 m |
Máximo | sem limite, virtualmente (~63.5 m) |
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