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TÍTULO: ENSINANDO A QUIMÍCA ATRAVÉS DA BICICLETA TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO CATEGORIA:
ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA ÁREA:
SUBÁREA: QUÍMICA SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE CAMILO CASTELO BRANCO INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): VALMIR RODRIGUES AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): CLAUDIA LUCIA DE MOURA ORIENTADOR(ES):
2- Introdução
Desde os tempos de criança, aprender a andar de bicicleta era quase que um objetivo, uma meta a ser alcançada. O prazer pela aventura pela liberdade transformou aquele objetivo em paixão, hoje em dia é comum vermos crianças, homens, mulheres, idosos e até pessoas especiais andando de bicicleta pelo mundo a fora. O que podemos se perguntar é o que tem a ver a química com a minha bicicleta? Particularmente tudo! No nosso cotidiano não nos damos conta da parte química que envolve a bicicleta, desde a sua fabricação. Estamos acostumados a apenas curti a liberdade quando andamos de bicicleta e não nos damos conta de que estamos diante de uma enorme composição química formada por moléculas que compõe a bicicleta.
Para a Organização Mundial da Saúde a promoção da bicicleta como meio de transporte é uma meta a ser atingida, pois diminui a emissão de poluentes emitidos pelos carros e promove a saúde da população, reduzindo o gasto com doentes a médio e longo prazo (DORA, 2000).
A inclusão no cenário esportivo, fez com que a bicicleta ganhasse mais atenção no que diz respeito ao peso, estabilidade, aerodinâmica dentre outros, a bicicleta passou a ser fabricada visando o conforto dos atletas nas suas competições e com isso passou a ser fabricada com material mais leve como o alumínio, o titânio e a fibra de carbono.
Andar de bicicleta é reconhecidamente uma atividade que traz benefícios não só para quem pedala, mas também para a cidade e o meio ambiente.
Para a Comissão Européia (2000) os cidadãos que vão de bicicleta para o trabalho chegam ao mesmo, menos estressados, melhoram a sua produtividade e gastam menos dinheiro com problemas de saúde - além de faltarem menos.
A recomendação de atividade física para adultos que querem promover a saúde de maneira geral é de no mínimo 30 minutos de diários, porém há alguns estudos que mostram que para muitas pessoas é preciso de 45 a 60 minutos diários de atividade física com intensidade moderada.
Os impactos ambientais negativos recorrentes da poluição sonora e do ar derivados do transporte motorizado são evidentes nas grandes cidades.
Para a World Business Council for Sustainable Development (2004) esse tipo de transporte produz poluição, congestionamentos, agrava o efeito estufa e causa rupturas nos ecossistemas. O custo das emissões atinge um total de 4,5 bilhões de reais por ano, representando um valor médio de R$ 41,80 por habitante (PLANMOB).
Propõe-se a ser um meio de configurar a civilização de tal forma que a sociedade, os seus membros e as suas economias possam preencher as suas necessidades e expressar o seu maior potencial no presente, e ao mesmo tempo preservar a biodiversidade e os ecossistemas naturais, planejando e agindo de forma a atingir pró-eficiência na manutenção indefinida desses ideais (PORTAL DA SUSTENTABILIDADE, 2011).
O ponto em comum entre as muitas definições de sustentabilidade é a busca de um crescimento econômico mais equilibrado, com equidade social e a proteção ambiental. Porém, não pode ser confundido com crescimento sustentável, pois este apresenta uma contradição conceitual sob a ótica ambiental, já que não é possível crescer por sobre a capacidade de carga do planeta. Ou seja, o objetivo não deve ser o crescimento econômico, mas redefinir o padrão de consumo (GONZÁLEZ REVERTÉ, 2002).
O celerífero fora construído em madeira com duas rodas interligadas por uma viga e um suporte para o apoio das mãos e destinava-se apenas a tração utilizando-se dos pés quando o "velocipedista" (PORTUGUESA E BRASILEIRA, 1936) postava-se na viga de madeira.
As primeiras bicicletas foram construídas em aço, e embora a evolução tecnológica este material continua a ser bastante popular na indústria do ciclismo, já que as bicicletas construídas em aço são as que proporcionam maior prazer e facilidade de condução. A utilização de elementos de liga na produção do aço permite a obtenção de quadros de bicicleta altamente resistentes, com excelentes propriedades mecânicas, nomeadamente no que concerne à resistência à fadiga e ao suporte de elevadas cargas torcionais sem danificar a estrutura (devido à elevada tensão de limite elástico do aço).
O alumínio é o elemento metálico mais abundante na crosta terrestre. As suas características proporcionam um conjunto de aplicações, entre as quais
os quadros de bicicletas. É atualmente um dos materiais mais usados na construção destes. O fato de conseguir ser 1/3 mais leve que o aço, de ser resistente à corrosão, de oferecer alguma resistência e de o custo não ser muito elevado, contribui para que seja largamente utilizado. Além disso, consegue ser versátil em relação ao tipo de bicicleta, isto é, seja para lazer ou para desporto, o alumínio é um material que se adapta muito bem a quaisquer que sejam as condições (LIVESTRONG, 2012).
O titânio, metal não ferroso e conhecido como “indestrutível”, tornou-se um dos materiais mais cobiçados na indústria do ciclismo. No entanto, a sua raridade, complexidade de fabrico, bem como a dificuldade na sua manipulação (dobragem, corte e soldadura), faz com que este se torne muito dispendioso. O titânio possui uma elevada resistência mecânica, podendo ser utilizado no fabrico de tubos com espessura reduzida, obtendo-se, deste modo, quadros muito leves. A título de exemplo, em 2007, a marca Litespeed produziu o modelo Ghisallo (Figura 8), uma bicicleta de estrada com aproximadamente 770 gramas (BICY BLUE BOOK, 2014).
Geralmente, os quadros de titânico usam ligas de titânio que foram inicialmente desenvolvidas para a indústria aeroespacial. Este elemento é imune à corrosão, muito resistente ao atrito, apresenta uma elevada tensão de limite elástico e um baixo módulo de Young. O titânio apresenta resistência e leveza superiores ao aço e é mais pesado que o alumínio. Em termos de flexibilidade, é semelhante à do aço, pelo que absorve alguma da vibração provocada por irregularidades da superfície.
Os quadros das bicicletas podem ser feitos de diversos materiais. A fibra de carbono é, atualmente, uma forte aposta no fabrico de bicicletas, tanto para profissionais como para lazer. O termo "fibra de carbono" é genérico e refere-se a uma diversa gama de materiais sintéticos que, combinados entre si, permitem a criação de um compósito com características tão variáveis que pode ser moldado à perfeição, de acordo com o uso a que se destina. Pode ser rígido, maleável, resistente à torção lateral, longitudinal ou radial. A simples mudança de orientação das suas fibras no processo de moldagem já modifica as suas características. Os compósitos de fibra de carbono são materiais
produzidos pelo Homem que podem ser feitos de forma a satisfazer praticamente qualquer propriedade mecânica. As fibras de carbono atualmente oferecem o melhor peso e rigidez. A sua plasticidade permite que se façam quadros com formas muito variadas e muito aerodinâmicas. Curiosamente é um material ignífugo. Não é, no entanto, muito resistente à compressão, não sendo, por esse motivo, recomendado para ciclistas pesados ou agressivos (SINGLE SPEED, 2012).
Geralmente a fibra de carbono que é usada vem em rolos de tecido pré- impregnado, ou seja, já saturado com resina. Os componentes das bicicletas, em especial os quadros, são feitos usando vários tipos de fibras de carbono caracterizadas principalmente pela sua resistência à tração e pelo módulo de elasticidade. Resistência à tração é a quantidade de força necessária para fazer quebrar as fibras, enquanto que o módulo de elasticidade é a medida da rigidez da fibra de carbono. O custo dos materiais geralmente sobe com o aumento da resistência à tração ou aumento no módulo de elasticidade. Praticamente toda a fabricação de componentes de fibra de carbono para as várias marcas de bicicletas ocorre na China e em Taiwan. Estas fábricas empregam vários engenheiros que pesquisam e apresentam ideias e propõem soluções para as várias marcas (VELOCITE, SCRIBD, 2012).
As fibras de carbono foram desenvolvidas na década de 1950. As primeiras fibras foram fabricadas por fios de aquecimento de rayon até carbonizarem. Este processo provou ser ineficiente, como as fibras de carbono resultantes continham apenas cerca de 20% de carbono e tinham baixa resistência e rigidez. No início de 1960, foi desenvolvido um processo utilizando poliacrilonitrila como matéria-prima. Isto produziu uma fibra de carbono, que continha cerca de 55% de carbono e tinha propriedades muito melhores. O processo de conversão de poliacrilonitrila rapidamente se tornou o principal método para a produção de fibras de carbono (MADEHOW, 2012).
A fibra de carbono é obtida a partir de fibras orgânicas ricas em carbono, como fibras de poliacrilonitrila (PAN) e resinas. Estes materiais são convertidos a 800 °C e condições de tempo e tensão controladas num material carbonoso por um processo termoquímico denominado pirólise.
A fibra obtida apresenta inúmeras vantagens como elevada resistência à tração, elevado módulo de elasticidade, baixa massa, baixo coeficiente de dilatação térmica e inércia química. No entanto nem tudo são aspetos positivos. Estas fibras possuem reduzida resistência ao impacto, baixa resistência à compressão e elevado custo (SCRIBD, 2012).
3- Objetivos
Este trabalho tem por objetivo utilizar a bicicleta como material didático para os alunos do Ensino Fundamental e Médio, ensinando a quimica de um modo geral e as diversas aplicações dessa matéria.
4- Metodologia
A metodologia deste trabalho se baseou no levantamento bibliográfico sobre a contribuição da química na evolução dos materiais utilizados na construção da bicicleta.
5- Resultados
Uma das principais vantagens que as fibras de carbono têm sobre o aço ou qualquer outro material voltado à construção de uma bicicleta é a leveza do material. Sem o peso dos metais, as estruturas da bicicleta tornam-se mais leve, o que facilita sua locomoção.
No desenvolvimento de uma bicicleta, o que torna os compostos carbonosos mais interessantes do que metais é a durabilidade. Por causa de sua estrutura não oxidável, a ação do tempo não confere corrosão aos materiais, ou seja, ele pode ser mantido por muitos anos sem que ocorra qualquer dano por processos similares à “ferrugem”.
Apesar das inúmeras e inquestionáveis vantagens, a fibra de carbono produz certos impactos no meio ambiente e não é dos materiais mais ecologicamente corretos. Enquanto que metais como aço e alumínio são 100% recicláveis, a fibra de carbono não é reciclável e muito menos fácil de descartar.
6- Considerações Finais
A tecnologia evolui ao longo dos séculos e, embora o formato geral não tenha sido alterado, os processos de fabrico e os materiais utilizados para o desenvolvimento da bicicleta diversificaram-se.
Neste trabalho, conclui-se, que a História da Bicicleta, seja no Brasil ou no mundo, seguiu um longo caminho no que confere a sua estrutura, até os dias de hoje, e embora ainda se tenha muito a melhorar, a bicicleta deu um grande passo na tecnologia, passando por uma série de transformações. Diversos materiais como o ferro, o Titânio, o Alumínio e a Fibra de Carbono contribuíram para que nos dias de hoje a bicicleta ganhasse leveza, resistência e durabilidade.
A fibra de carbono é um composto formado pela união de determinados materiais não solúveis entre si para formar um produto de melhor qualidade. Neste trabalho vimos que a química está presente nos diversos tipos de objetos no nosso cotidiano e é possível sim levar esse assunto para dentro da escola, para ensinar a química de modo interessante e dinâmico. Além de utilizar o assunto para motivar os alunos para a prática de exercícios.
7- Referências bibliográficas
Bicycle Blue Book. “2007 Litespeed Ghisallo (Force)” http://www.bicyclebluebook.com/searchlistingdetail.aspx?id=3030385
(acessado em 14 de abril de 2014)
COMISSÃO EUROPÉIA, 2000, Cidades para Bicicletas, Cidades do Futuro, Luxemburgo, Serviços das Publicações Oficiais das Comunidades Européias. DORA C. A. Different route to health: implications of transport policies. British Medical Journal. 1999.
GONZÁLEZ-REVERTÉ, F. Estrategias de sostenibilidad para espacios
urbanos en Cataluña. El caso del Baix Penedès. Scripta Nova. Revista
electrónica de geografía y ciencias sociales, Universidad de Barcelona, vol. VI, núm. 122, Septiembre de 2002.
PLANMOB. Caderno de referencia para elaboração de plano de mobilidade
urbana. Brasil, 2007.
PORTAL DA SUSTENTABILIDADE. Disponível em: <http://www.sustentabilidade.org.br/>, 2011.
Portuguesa e Brasileira, 1936, p.689, v.IV
www.singlespeed-portugal.net/t301-qual-o-melhor-material-aco-aluminio-titanio-carbono (27/09/2012).
WBCSD, 2004, World Business Council for Sustainable Development,
Mobilidade 2030 – Vencendo os desafios da sustentabilidade, disponível
em: <http://wbcsdmobility.org>. www.livestrong.com/article/273142-aluminum-vs-steel-bikes (02/10/2012) www.livestrong.com/article/358999-pros-cons-of-aluminum steelbikes/?utm_source=undefined_R1 (03/10/2012) www.livestrong.com/article/439363-the-advantages-of-an-aluminum-bike-frame (02/10/2012) www.singlespeed-portugal.net/t301-qual-o-melhor-material-aco-aluminio-titaniocarbono (06/10/2012) www.velocite-bikes.com/carbon-fiber.html (06/10/2012) www.pt.scribd.com/doc/82672332/8/P1-4-%E2%80%93-Producao-de-Quadros-deBicicleta (06/10/2012) www.madehow.com/Volume-4/Carbon-Fiber.html (06/10/2012)
