Bicicleta dínamo

Áreas do conhecimento ligadas ao experimento...

Mecânica;

Eletricidade;

Geofísica

Biologia.

Princípios físicos ligados ao experimento...

Energia Muscular;

Indução Eletromagnética;

Campo geomagnético

Princípios correlatos ao experimento...

Movimento Circular e Uniforme;

O ATP (Adenosina Trifosfato) e as conversões e transferências de tipos de energia;

Geodínamo

Descrição do experimento...

A Bicicleta Usina ou Dínamo é um experimento baseado na transformação de Energia Muscular em Energia Elétrica, por intermédio de um dispositivo chamado dínamo elétrico.

A foto ao lado mostra uma bicicleta comum que foi suspensa sobre dois cavaletes. À coroa da bicicleta, por intermédio de uma corrente, foi acoplado um dínamo elétrico.

Assim, quanto mais rápido girar os pedais, motivados pela força motriz empregada pelos pés da pessoa, mais rápido será o giro do cabeçote do dínamo, que é acionado pela corrente. Ao fundo, nota-se um painel indicador de potência, que se acende com o contínuo movimento circular nos pedais da bicicleta.

Vale lembrar que a energia responsável pelas contrações musculares do atleta, foi obtida a partir de um processo pertinente ao estudo da Biologia, que é o “Ciclo de Krebs”.

Partes do sistema

O sistema de transmissão: A foto ao lado mostra, em detalhes, o acoplamento da coroa (a) da bicicleta com o dínamo elétrico (b), por intermédio de uma corrente (c), que é a responsável pela transmissão dos movimentos circulares (da coroa, do cabeçote e da bobina interna).

Os fios elétricos (d), que aparecem na parte da frente do dínamo, vão conduzir a corrente elétrica “gerada” até um painel indicador de potência, que fica em frente à bicicleta.

Como o dínamo funciona...

Entre os polos Norte e Sul do ímã fixo, há um campo magnético uniforme (B) orientado do Norte para o Sul. Uma bobina retangular foi enrolada em um núcleo de ferro e fixada a um eixo longitudinal, que está acoplado ao cabeçote do dínamo. Assim, essa bobina pode girar livremente dentro do campo magnético gerado pelo ímã.

Não custa lembrar que a variação do campo magnético no interior da bobina faz surgir uma corrente elétrica induzida que, a partir do par de escovas, vai alimentar um circuito externo.

Importante!

Um homem adulto de peso normal gasta, em média, 2.500 kcal por dia. Esta energia é adquirida pela síntese dos alimentos em nosso organismo. Este mecanismo celular de obtenção de energia é baseado numa seqüência circular de oito reações químicas que ocorrem na matriz mitocondrial; que, dentro do estudo da Biologia, é conhecido como “Ciclo de Krebs”.

Na fase final desse ciclo, é formada a molécula de ATP (Adenosina Trifosfato), que funciona como “combustível vital” para a contração muscular. Assim, parte da energia que conseguimos nos alimentos, por intermédio do “Ciclo de Krebs”, poderá ser usada em atividades que exigem força muscular; como, por exemplo, no caso da pessoa que, ao pedalar a bicicleta, transfere força motriz que é capaz de girar, em alta velocidade, o cabeçote do dínamo elétrico.

Outros sistemas onde esses princípios ocorrem

São vários os sistemas (aparelhos) que conseguem transformar Energia Mecânica em Energia Elétrica, a partir de um Gerador Elétrico (dínamo). Dentre eles podemos destacar: Central Hidrelétrica, Central de produção de Energia Eólica, Roda D’água, a Terra (geodínamo), etc.

Perguntas frequentes

1) Toda a energia obtida nos alimentos pode ser transformada em trabalho pelo homem?

Resposta: Não! Apenas uma parte pode ser transformada em trabalho; pois, para manter nossas funções vitais, é usada a outra parte da energia obtida nos alimentos (inclusive para produção de calor em nosso organismo).

2) nota-se que é preciso um esforço brutal ao pedalar a bicicleta para fazer acender um simples painel elétrico! Por que isso ocorre?

Resposta: Na verdade, grande parte de nossa Energia Muscular é dissipada nos mecanismos internos de transmissão do sistema, na forma de atrito, aquecimento, som etc. Mas, por outro lado, o experimento nos mostra o quanto de energia é preciso dispor para acender um simples painel. Por isso, é importante conscientizar os visitantes sobre o quanto de energia se desperdiça quando deixarmos uma simples lâmpada acesa num ambiente sem uso.

3) O sistema “Bicicleta Usina” é usado com freqüência como central produtora de energia elétrica?

Resposta: Este sistema foi muito usado durante os períodos de guerra, quando as redes normais de abastecimento de energia caiam, em virtude de bombardeios. Agora, de forma indireta, esse sistema de acoplamento de polias, via correia solidária, é muito usado, sim. Por exemplo: nos alternadores que servem para recarregar as baterias dos carros enquanto eles rodam, nos dínamos fixados aos pneus e que acendem o sistema iluminação das bicicletas etc.

4) A corrente elétrica induzida nesses sistemas baseados no princípio de “Indução Eletromagnética” é sempre do tipo alternada?

Resposta: Na geração sim! Porém, quanto se faz necessário o uso de corrente contínua, utiliza-se alguns dispositivos capazes de realizar tal conversão. Os dispositivos mais conhecidos são: retificadores, filtros, comutadores etc.

Glossário

Bobina: Conjunto de expiras justapostas sobre um núcleo comum.

Energia Muscular: Energia capaz de transmitir força muscular para a realização de algum tipo de trabalho.

Escovas: São terminais dotados de alto poder de condutividade elétrica que levam a corrente induzida da bobina até o circuito elétrico. É importante lembrar que os primeiros geradores elétricos usavam como escovas materiais metálicos condutores, tais como: latão, cobre, ouro, prata etc. Com o tempo, os fabricantes perceberam que havia um grande desgaste desses componentes por conta do atrito. Atualmente as escovas, na maioria dos geradores, são feitas de grafite; pois, além de ótimos condutores, são autolubrificantes.

Links:

http://www.alterima.com.br/projetomicrousina.htm

http://pt.wikipedia.org/wiki/Gerador

http://www.feiradeciencias.com.br/sala14/14_T02.asp

http://www.inee.org.br/down_loads/veh/Programa_e_Ficha_de_Inscricao_SeminarioVEH.pdf


Créditos

Ciclo de Krebs:

http://revistao2.uol.com.br/mostramateria.asp?IDmateria=265

Esquema do Dínamo:

www.feiradeciencias.com.br

Espaço Geofísica – EG/Parque CienTec/USP

Apostila Energias – Parque CienTec/ Sílvio Pélico

Autoria:

Bassini, A.; Pusceddu, L. (2020) Bicicleta dínamo.

Créditos detalhados

Autores:

Ailton Marcos Bassini - bassini@usp.br

Luca Hermes Pusceddu