PARÂMETROS CINÉTICOS E ELÉTRICOS OBSERVADOS EM UMA BICICLETA MODIFICADA

## PARÂMETROS CINÉTICOS E ELÉTRICOS OBSERVADOS EM UMA BICICLETA MODIFICADA

Heloiza Santos Borges 1 , Lucas Mateus Coelho Nunes 2 , Leonardo Silva do Nascimento 3 , Járlesson Gama Amazonas 4

1 Universidade do Estado do Pará/DEAM, heloiza.borges@aluno.uepa.br 2 Universidade do Estado do Pará/DEAM, lucas.coelhonunes@aluno.uepa.br 3 Universidade do Estado do Pará/DEAM, leonardo.cnascimento@aluno.uepa.br 4 Universidade do Estado do Pará/DCNA, jarlesson@uepa.br

Palavras-chave : Conversão de Energia; Experimento; Videoanálise.

A energia elétrica pode ser gerada de diversas formas, dentre as mais comuns no Brasil estão a geração eólica e hídrica, fontes de energia que necessitam de um meio motor para rotacionar o eixo de um gerador. Nesse sentido, uma bicicleta conectada a um dínamo se apresenta como uma ferramenta em potencial para gerar energia em pequena escala, mas o suficiente para manter um sistema de iluminação, por exemplo (SOMBRA JUNIOR, 2019). A geração de energia através da bicicleta pode ainda ser utilizada no ensino de física, uma vez que aborda conceitos como tipos de energia, tensão, corrente elétrica, indução eletromagnética e transformação de energia.

A energia elétrica tem grande representatividade no desenvolvimento de uma sociedade de modo que compreender os seus conceitos é de suma importância. Apesar disso, o conceito de energia geralmente é introduzido no ensino de física de forma abstrata sem levar em conta sua abrangência e complexidade. Dessa forma, para facilitar a compreensão dos processos de transformação de energia e sua relação com fenômenos do cotidiano, o estudante necessita de algo além do conteúdo, sendo a experimentação o meio mais simples para auxiliar na compreensão destes conceitos físicos (BORGES; DICKMAN; VERTCHENKO, 2017).

O software Tracker é um programa gratuito que analisa imagens e vídeos de movimentos, quadro a quadro, e fornece informações a respeito das grandezas físicas de interesse. O programa é útil e prático na aplicação em sala de aula, pois é gratuito, de fácil manuseio e também um excelente atrativo para os alunos facilitando o processo de aprendizagem (PEREIRA;SOUZA,2019).

Desse modo, este trabalho apresenta a conversão de energia mecânica em elétrica por meio de bicicletas adaptadas mensurando os dados mecânicos através do software Tracker e elétricos por meio de multímetros.

Para estimar a geração de energia elétrica através da bicicleta, adaptou-se a bicicleta a um suporte de ferro, possibilitando estabilidade para facilitar a aquisição de dados (figura 01). Utilizou-se um gerador (dínamo) de 24 V DC 120 W vinculado à bicicleta através de uma correia A-91 (lisa) que circunda a roda traseira e a polia do gerador (figura 02).

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

XX a XX de julho de 2021 - Online

Figura 02: Gerador 24 V DC

<!-- image -->

Figura 01: Bicicleta Adaptada

<!-- image -->

Adicionou-se à extremidade da roda traseira da bicicleta uma partícula e posteriormente, gravou-se um vídeo de 45 segundos de duração para velocidades distintas monitoradas através de um velocímetro digital SD-548C. Para análise no Tracker, forneceu-se o raio da roda como escala a partir do qual o software estima quaisquer distâncias na região do vídeo. Esta análise ocorreu a cada 3 frames (figura 03) e possibilitou a produção das funções horárias da posição, velocidade e aceleração da partícula além da geração de tabelas e gráficos. Com auxílio de multímetros, os dados elétricos foram obtidos em um circuito com um resistor de 100Ohms ligado ao gerador enquanto os valores de tensão e corrente foram medidos a cada 5 segundos.

Figura 03: Análise do vídeo no software Tracker. O ponto vermelho representa a partícula em movimento circular.

<!-- image -->

Fonte: Elaborado pelos autores.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

A partir da videoanálise no tracker foi possível obter a trajetória da partícula presa na bicicleta (Figura 04). A reta indica valor médio do raio Rm = 0.25 m da trajetória obtido através do Tracker a partir das componentes dos osciladores nas direções x e y.

Figura 04: Trajetória da partícula

<!-- image -->

<!-- image -->

Figura 05: (a) corrente x tensão (b) potência x velocidade

<!-- image -->

Na figura 05 (a), observa-se uma relação linear no gráfico da corrente ( ) I versus tensão ( V ) elétrica cuja reta de regressão é dada por I = 0,0073 V -0,0187 . Resultado esperado já que o circuito é composto por um resistor Ôhmico, dispositivo linear cuja resistência medida vale 136,98 ohms, acima do valor de fábrica, 100ohms. Na figura 05(b) tem-se o valor da potência em função da velocidade, nota-se que o valor da potência aumenta linearmente com a velocidade, alcançando seu valor máximo de 0,68 W quando a velocidade atinge 2,1 m/s, isto é, 7,56 Km/h.

Os valores médios para as velocidades, tensão, corrente e potência elétrica estão dispostos na tabela 1 e mostram, por exemplo, que quando a velocidade

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

média imposta no pedal da bicicleta for 1,3 m/s os valores médios de tensão, corrente e potência são 4.08 V, 0.05 A e 0.21 W, respectivamente.

Tabela 01: Valores médios de Tensão, Corrente e Potência medidos em função da velocidade imposta no pedal da bicicleta.

Ao fazer a comparação entre os dados de médios de velocidade registrados no velocímetro (tabela 01) e os dados obtidos no tracker, observa-se que o velocímetro utilizado para controlar a velocidade não gera valores confiáveis, visto que na análise do vídeo no tracker a velocidade máxima alcançada foi de 7,56 km/h enquanto que no velocímetro a maior velocidade marcada foi de 12 km/h, este resultado também é esperado já que o velocímetro realiza suas medidas considerando a espessura da roda da bicicleta, ausente em nosso experimento.

Uma comprovação visual da funcionalidade do experimento pode ser observada na Figura 6 que mostra uma lâmpada de LED ligada ao circuito e acesa quando o pedal é acionado, indicando que é possível converter energia humana em energia elétrica.

Figura 06: Sistema de geração de energia elétrica em funcionamento

<!-- image -->

Finalmente, pode-se afirmar que o software tracker é um instrumento confiável para mensuração de grandezas físicas mecânicas e que também pode ser utilizado ensino de física, facilitando o entendimento dos conceitos estudados. Ainda, comprovou-se que através do consumo de energia mecânica ou esforço físico empregado no pedal de uma bicicleta adaptada é possível produzir energia elétrica limpa e sustentável.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

## Referências

BORGES, C. C.; DICKMAN, A. G.; VERTCHENKO, L.; et al. Uma aula sobre conversão de energia utilizando bicicleta, motor, alternador e lâmpada. Revista Brasileira de Ensino de Física , v. 40, n. 2, 2017. Sociedade Brasileira de Física.

Disponível em:

&lt;http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci\_arttext&amp;pid=S1806-11172018000200605 &amp;lng=en&amp;nrm=iso&gt;. Acesso em: 05 Mar. 2021.

PEREIRA, R. D; SOUZA, J. F. S.. O ensino dos grafícos da velocidade e aceleração em função do tempo através do uso do software tracker. Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 3, p. 2522-2534, mar. 2019.

SOMBRA JUNIOR, F. J. Sistema de geração de energia elétrica de baixo custo para manter a iluminação e uma tomada USB em uma bicicleta . Disponível em: &lt;http://repositorio.ufersa.edu.br/handle/prefix/4618&gt;. Acesso em: 05 de Mar. de 2021.

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_