Texto 1

A concepção do modelo PRIUS da Toyota é inovadora. Seu Motor Múltiplo Híbrido, que é uma tradução livre de Hybrid Synergy Drive (figura ao lado), sintetiza o conhecimento da Física até o fim do século XIX: a Mecânica Clássica, a Termodinâmica e o Eletro- magnetismo. O lançamento desse modelo no mercado ocorre devido a existência de um produto típico do século XX, a central eletrônica computadorizada, (re- presentada na figura pelo eletronicos) que controla o Motor de Combustão Interna (MCI) e dois Motores Eletromagnéticos /Gera- dores, MEG-1 e MEG-2, os quais podem ser usados, conforme a situação, de forma independente ou simultânea.

Observa-se no desenho ao lado que o MCI é representado por 4 pistões que estão envoltos por cilindros de 1500 cm³. Neste conjunto, cilindro-pistão, é que ocorrem os processos termodinâmicos, sendo que nos motores atu- ais, ele é o responsável pela movimentação do automóvel. Funcionando paralelamente com o MCI, temos dois MEG, os quais foram projetados para funcionar tanto como motores que consomem eletricidade quanto como geradores de energia elétrica, que é acumulada na bateria. Isto é possível porque o princípio de

funcionamento dos MEG em ambas as situações é praticamente o mesmo. Distribuindo a energia mecânica produzida por estes três motores localizamos no desenho o sistema de transmissão planetário, que substitui o atual sistema de marchas.

Segundo engenheiros da Toyota, esse conjunto, apesar de caro, consome uma média de 4,3 litros de gasolina a cada 100 quilômetros. Para se atingir tal eficiência, ao iniciar o movimento, o computador faz uso do MEG-1, enquanto o MCI fica inativo. Ao atingir a velocidade aproximada de 27 km/h, entra em cena o MCI, o qual fará com que o veículo atinja a velocidade ideal para rodovias, ao mesmo tempo em que recarrega as baterias. Em subidas íngremes ou em ultra- passagens perigosas, tanto o MEG quanto o MCI serão acionados. No processo de frenagem foi concebido um mecanismo que aproveita energia cinética do veículo para recarregar as baterias, denominado de freio regenerativo. Dessa maneira, o motor híbrido encontra- se preparado para um novo ciclo, ou seja, as baterias estão devidamente carregadas.

O desempenho deste sistema é controverso, pois certos compradores do Prius afirmam que o consumo real é cerca de 17,0 km/l, semelhante a automóveis de MCI econômicos. Entretanto, outros depoimentos apontam que, dependendo da maneira de dirigir e manter o Prius, é possível obter um consumo de cerca de 42,5 km/l. Seguindo este exemplo, motoristas

 

conscientes devem usar as leis da natureza – decifradas pelos Físicos – para melhor contribuir com sua preservação, no caso descrito, a minimização da emissão de gases poluentes e a maximização do aproveitamento de combustível.

Observando a discussão e o interesse dos estudantes pelo assunto de automóveis, de Física e, principalmente, de economia de combustível, o professor entregou, para complementar, um segundo texto:

 

Texto 2

Após o lançamento deste veículo, que em parte coincide com aumento repentino do preço dos combustíveis, a perspectiva de declínio da produção de petróleo e, finalmente, a questão do efeito estufa, ocorreu uma mudança de atitude por parte alguns motoristas. Eles passaram a dirigir de tal forma a aproveitar mais o combustível. Colocaram, então, na Internet 

(http://www.metrompg.com/posts/pulse-and-glide.htm) um gráfico da velocidade x tempo de um automóvel PRIUS.

Observa-se, no gráfico acima, uma velocidade de 15 m/s, visando economizar combustível, acelera o automóvel suavemente no início e depois com mais força até atingir a velocidade máxima de 20 m/s. Em seguida, retira o pé do acelerador, sempre de forma gentil, mas o automóvel não fica no estado que muitos motoristas experientes chamam de "banguela", em ra- zão da existência de um sistema de transmissão, chamado de planetário (visto na figura do motor múltiplo híbrido).

O atrito do automóvel com o ar, ou seja, a sensação de ventania nas mãos quando o carro encontra-se em movimento, e o atrito dissipativo do pneu com chão, e não a força restauradora, fazem com que a velocidade diminua. Nesta fase o MCI fica inativo e o motorista, ao observar que atingiu a velocidade de 15 m/s, volta a acelerar, no início mais suavemente, para um novo ciclo que os usuários do modelo Prius denominam de "pulse and glide" e que podemos traduzir por “acelerar e navegar”.

Note também que o gráfico é semelhante ao de uma partícula realizando Movimento Harmônico Simples (MHS) e, como já sabemos, o MHS é a descrição do movimento de um pêndulo em torno de sua posição de equilíbrio (veja a figura complementar a primeira).

Porém, essa comparação se resume apenas ao gráfico, pois no movimento pendular existe uma força restauradora, a qual faz com que ocorra um movimento de vai-e-vem em torno do ponto de equilíbrio, ao levantarmos um pouco a altura do pêndulo.

Este processo parece ser uma aplicação em contexto maior do que deveria ser ensinado nas auto- escolas, nas quais o instrutor deveria dizer que, para dirigir de forma econômica, o automóvel deve estar bem equilibrado. Por exemplo, quando o carro estiver estacionado o peso deve estar bem distribuído pelo chassi nos quatro pneus. O automóvel BMW 325i Touring, segundo especificação dos fabricantes, tem cerca de “15.000 N de peso, distribuído próximo do ideal de 50% na frente e 50% na traseira (com tanque vazio fica em torno de 53/47, para que, quando abastecido, não haja desequilíbrio)”. No caso do Prius, com 12.000 N, esta relação é de 60/40, que é uma óbvia desvantagem para a economia de combustível. Este peso deve continuar bem distribuído numa situação dinâmica. O automóvel, ao ser freado, sofre uma transferência de peso, da parte traseira para a dianteira, ou seja, um desequilíbrio momentâneo, co- mo podemos observar na figura abaixo. A transferência de peso também ocorre ao acelerarmos ou ao fazermos uma curva. 

Um aluno mais inquisitivo perguntará como pode haver uma transferência de peso, se todas as partes que formam o automóvel são fixas. Podemos responder, resumidamente, que a mesma ocorre devido à ação da inércia e do atrito dos pneus sobre o Centro de Gravidade (CG) do auto- móvel, indicada também na figura abaixo. Assim, houve uma transferência virtual de peso e neste contexto é interessante mencionar que o bom entendimento das Leis de Newton proporciona uma boa dirigibilidade e uma economia de combustível.

A aplicação destas e outras leis da natureza em diferentes situações proporcionará ao futuro motorista uma direção mais prazerosa e uma contribuição à preservação da natureza.

Depois de lerem este segundo texto, os dois alunos o continuaram o diálogo:

I) – Pois é, o MHS é um fenômeno natural onde existe uma força restauradora e o Prius é mais econômico quando realiza MHS.

II) – Uma das desvantagens é que ele pesa 7200 N na frente e 4800 N atrás.

III) – E uma das vantagens do “acelerar e navegar” é que quando o MCI fica inativo, a segunda Lei de Newton permite manter o equilíbrio dinâmico.

Podemos dizer das quatro afirmações que: