Testes de túnel de vento
Fornecido pelo TryEngineering - www.tryengineering.org
Foco da lição
Esta lição enfoca os testes em túnel de vento que engenheiros de várias áreas usam
quando desenvolvem produtos como aeronaves, automóveis e até mesmo edifícios.
Equipes de estudantes constroem um modelo de carro usando produtos do dia-a-dia e
testam seu projeto em um túnel de vento feito de um ventilador soprando através de uma
caixa de papelão comprida. Como atividade de extensão, os estudantes podem projetar
uma asa de avião para um túnel de vento virtual on-line.
Resumo da lição
A lição Testes de túnel de vento explora como os túneis de vento fornecem aos
engenheiros informações sobre o desempenho e durabilidade de produtos como
aeronaves, automóveis e edifícios. Os estudantes trabalham em equipe para construir um
modelo de carro, usando materiais simples, e testam seu projeto em um túnel de vento
montado em sala de aula.
Faixa etária
11-18.
Objetivos
 Aprender sobre projeto de engenharia.
 Aprender sobre túneis de vento e testes em
engenharia.
 Aprender sobre trabalho em equipe e como
trabalhar em grupo.
Resultados esperados para os
alunos
Como resultado desta atividade, os estudantes devem
desenvolver uma compreensão de:




Projeto e engenharia mecânica.
Testes em engenharia aeronáutica.
Solução de problemas.
Trabalho em equipe.
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 1 de 12
Atividades da lição
Os estudantes aprendem como produtos como aeronaves, carros e caminhões são
testados em túnel de vento para determinar seu desempenho e eficiência. As equipes de
estudantes projetam um modelo de carro e testam-no em um túnel de vento simples em
sala de aula, construído com um ventilador e uma caixa de papelão comprida. Em
seguida, os estudantes desenham seu projeto, constroem-no, usando materiais de baixo
custo, avaliam seu trabalho e o de outros estudantes e então apresentam suas
observações à turma.
Recursos/Materiais
 Documentos de recursos do professor (anexos).
 Folhas de trabalho do aluno (anexas).
 Folhas de recursos do aluno (anexas).
Alinhamento a grades curriculares
Consulte a folha de alinhamento curricular anexa.
Recursos na internet
 TryEngineering (www.tryengineering.org).
 Túneis de vento da NASA
(http://aocentral.arc.nasa.gov/).
 Projeto de vôos do futuro da NASA
(http://futureflight.arc.nasa.gov/map.html).
 Voando no solo, túneis de vento do Centro de
Pesquisas Glenn
(www.nasa.gov/centers/glenn/about/fs05grc.html).
 Túnel de vento interativo Wright 1901
(http://wright.nasa.gov/airplane/tunnl2int.html).
 Padrões da ITEA para a Educação Tecnológica:
conteúdo para o estudo de tecnologia
(www.iteaconnect.org/TAA/Publications/TAA_Public
ations.html).
 Padrões Educacionais de Ciência dos EUA
(www.nsta.org/standards).
Leituras recomendadas
 Transonic Wind Tunnel Testing (ISBN: 0486458814).
 The Wright Brothers: A Biography of Aviation's Greatest Pioneers (ISBN:
0316861448).
Atividade escrita opcional
 Escrever um ensaio ou parágrafo sobre que outros produtos manufaturados podem
se beneficiar de testes em túnel de vento.
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 2 de 12
Testes de túnel de vento
Para professores:
Alinhamento a grades curriculares
Nota: Todos os planos de aula deste conjunto são alinhados ao National Science Education
Standards dos EUA, produzidos pelo National Research Council e endossados pela National
Science Teachers Association, e, se aplicável, ao Standards for Technological Literacy da
International Technology Education Association e ao Principles and Standards for School
Mathematics do National Council of Teachers of Mathematics.
‹ Padrões Educacionais de Ciências dos EUA, séries K-4 (idades de
4 a 9 anos)
CONTEÚDO PADRÃO A: ciência como investigação
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver:
 As habilidades necessárias para realizar investigação científica.
 Compreensão sobre a investigação científica.
CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma
compreensão de:
 Posição e movimentos dos objetos.
CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver:
 Habilidades de projeto tecnológico.
 Compreensão de ciência e tecnologia.
CONTEÚDO PADRÃO F: ciência em perspectivas pessoais e sociais
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma
compreensão de:
 Ciência e tecnologia na em desafios locais.
CONTEÚDO PADRÃO G: história e natureza da ciência
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma
compreensão de:
 Ciência como um esforço humano.
‹ Padrões Educacionais de Ciências dos EUA, 5ª a 8ª séries (idades de
10 a 14 anos)
CONTEÚDO PADRÃO A: ciência como investigação
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver:
 As habilidades necessárias para realizar investigação científica.
 Compreensão sobre a investigação científica.
CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma
compreensão de:
 Movimentos e forças.
CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia
Como resultado das atividades da 5ª a 8ª série, os estudantes devem desenvolver:
 Habilidades de projeto tecnológico.
 Compreensão de ciência e tecnologia.
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 3 de 12
Para professores:
Alinhamento a grades curriculares (continuação)
CONTEÚDO PADRÃO F: ciência em perspectivas pessoais e sociais
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma
compreensão de:
 Ciência e tecnologia na sociedade.
CONTEÚDO PADRÃO G: história e natureza da ciência
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma
compreensão de:
 História da ciência.
‹ Padrões Educacionais de Ciências dos EUA, 9ª a 12ª séries (idades de
14 a 18 anos)
CONTEÚDO PADRÃO A: ciência como investigação
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver:
 As habilidades necessárias para realizar investigação científica.
 Compreensão sobre a investigação científica.
CONTEÚDO PADRÃO B: ciências físicas
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma
compreensão de:
 Movimentos e forças.
 Interações entre matéria e energia.
CONTEÚDO PADRÃO E: ciência e tecnologia
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver:
 Habilidades de projeto tecnológico.
 Compreensão de ciência e tecnologia.
CONTEÚDO PADRÃO F: ciência em perspectivas pessoais e sociais
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma
compreensão de:
 Riscos naturais e criados pelo homem.
 Ciência e tecnologia em desafios locais, nacionais e globais.
CONTEÚDO PADRÃO G: história e natureza da ciência
Como resultado das atividades, os estudantes devem desenvolver uma
compreensão de:
 Perspectivas históricas.
‹ Padrões para a Educação Tecnológica - todas as idades
A natureza da tecnologia
 Padrão 1: Os estudantes desenvolverão uma compreensão das
características e do escopo da tecnologia.
 Padrão 2: Os estudantes desenvolverão uma compreensão dos conceitos
fundamentais da tecnologia.
 Padrão 3: Os estudantes desenvolverão uma compreensão dos
relacionamentos entre tecnologias e as conexões entre tecnologia e outros
campos de estudo.
Tecnologia e sociedade
 Padrão 4: Os estudantes desenvolverão uma compreensão dos efeitos
culturais, sociais, econômicos e políticos da tecnologia.
 Padrão 7: Os estudantes desenvolverão uma compreensão da influência da
tecnologia na história.
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 4 de 12
Projeto
 Padrão 9: Os estudantes desenvolverão uma compreensão do projeto de
engenharia.
 Padrão 10: Os estudantes desenvolverão uma compreensão do papel da
busca de erros, pesquisa e desenvolvimento, invenção e inovação e
experimentação na solução de problemas.
Habilidades para um mundo tecnológico
 Padrão 12: Os estudantes desenvolverão habilidades para usar e manter
produtos e sistemas tecnológicos.
 Padrão 13: Os estudantes desenvolverão habilidades para avaliar o impacto
de produtos e sistemas.
O mundo projetado
 Padrão 20: Os estudantes desenvolverão uma compreensão e serão capazes
de selecionar e usar tecnologias de construção.
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 5 de 12
Testes de túnel de vento
Para professores:
Recurso do professor
‹ Propósito da lição
A lição Testes de túnel de vento enfoca os testes em túnel de vento que engenheiros de
várias áreas usam quando desenvolvem produtos como aeronaves, automóveis e edifícios.
Equipes de estudantes constroem um modelo de carro usando produtos do dia-a-dia e
testam seu projeto em um túnel de vento feito de um ventilador soprando através de uma
caixa de papelão comprida.
‹ Objetivos da lição
 Aprender sobre projeto de engenharia.
 Aprender sobre túneis de vento e testes em engenharia.
 Aprender sobre trabalho em equipe e como trabalhar em grupo.
‹ Materiais
 Folha de recursos do aluno.
 Folhas de trabalho do aluno.
 Materiais para construir o túnel de vento em sala de aula: Pequeno ventilador
portátil, caixa de papelão retangular com as extremidades removidas, fita para
prender a caixa em uma posição fixa no chão. Deve-se incluir um tipo de medida
(régua, marcas) para indicar a distância que os protótipos de carros se movem pela
força do vento.
 Materiais (madeira, plástico) para montar uma rampa para testar cada carro, com
uma inclinação de 15 graus.
 Um conjunto de materiais para cada grupo de estudantes: fita, barbante, filme
plástico (usado para cobrir/proteger alimentos), papel alumínio, palitos de sorvete,
palitos de dente, clipes de papel, papel, lápis, papelão, um tubo de papelão (de rolo
de toalhas de papel ou de papel higiênico). Todos os materiais devem ser usados,
para que cada carro tenha o mesmo peso.
‹ Procedimento
1. Mostre aos estudantes as diversas folhas de referência do aluno. Elas podem ser
lidas em sala ou fornecidas como material de leitura como lição de casa para a
noite anterior à aula. Divida os alunos em grupos de 2 a 3 estudantes, fornecendo
um conjunto de materiais por grupo.
2. Se houver acesso à internet, peça que os alunos trabalhem em equipe
experimentando o túnel de vento virtual on-line em
http://wright.nasa.gov/airplane/tunnl2int.html. Isso oferecerá uma melhor
compreensão de como a forma de cada carro afetará os resultados.
3. Explique que cada grupo é agora uma equipe de “engenharia” que deve
desenvolver um novo protótipo de automóvel que ofereça a melhor eficiência de
combustível, através da criação do mínimo de arrasto ou resistência ao vento.
4. Os estudantes se reúnem e desenvolvem um plano para seu carro. Eles chegam a
um consenso sobre os materiais de que precisarão (dentre aqueles que você tiver
fornecido), escrevem ou desenham seu plano e então apresentam o plano à turma.
5. Em seguida, os grupos de estudantes constroem seus protótipos. Todos os
materiais precisam ser usados.
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 6 de 12
Testes de túnel de vento
Para professores:
Recurso do professor (continuação)
‹ Procedimento (continuação)
6. Os estudantes devem testar seus carros na rampa, para garantir que eles se
movimentam, antes do teste.
7. O professor deve montar o “túnel de vento” na sala de aula e gerenciar o teste de
cada carro, de forma que o teste do vento seja consistente entre as equipes de
alunos. Os estudantes medirão a distância que o protótipo de carro é empurrado
pelo vento; aquele que se mover menos é o que tem a menor resistência ao vento.
8. Cada grupo de estudantes avalia os resultados, preenche uma folha de trabalho de
avaliação/reflexão e apresenta suas descobertas à turma.
‹ Dicas
1. Use cuidado com crianças mais novas e as pás do ventilador.
2. Se o tempo disponível permitir, dê aos estudantes a oportunidade de reprojetar seu
carro, se eles determinarem que alterações podem melhorar o desempenho.
‹ Tempo necessário
De duas a quatro sessões de 45 minutos.
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 7 de 12
Testes de túnel de vento
Recurso do aluno:
Tudo sobre túneis de vento
O que são túneis de vento?
Como o nome sugere, um túnel de vento é um tubo ou túnel
por onde passa um vento criado artificialmente, a uma
velocidade determinada. Cientistas e engenheiros colocam um
modelo (por exemplo, de avião) no túnel, e então estudam
como o ar se desloca ao redor do modelo. Observando como
esse modelo (geralmente em escala reduzida) reage no túnel
de vento, eles têm uma idéia razoavelmente boa de como um
avião em escala real do mesmo projeto provavelmente voaria.
É muito mais fácil, barato e seguro construir e testar um
modelo do que construir e fazer voar um avião real.
‹
Como os túneis de vento funcionam?
Os túneis de vento funcionam com base na idéia de que um modelo estacionário com ar se
deslocando ao redor dele se comporta da mesma maneira de que um avião (ou outro veículo)
em escala real se movendo através de ar estacionário. Às vezes apenas uma parte de um
avião, como uma asa ou motor, é testada em um túnel de vento. Os modelos a serem
testados, normalmente feitos de aço ou alumínio, são carregados com muitos instrumentos e
sensores, que mandam dados a computadores na sala de controle. É ali que os cientistas,
engenheiros e técnicos podem começar a entender qual está sendo o desempenho do avião.
‹
Como túneis de vento são usados na pesquisa aeroespacial?
Os cientistas e engenheiros usam túneis de vento para estudar as
pressões, forças e direções de fluxo de ar que afetam uma
aeronave. A pressão é medida por pequenos dispositivos chamados
de tomadas de pressão, que são colocados em diversos locais da
superfície do modelo. As forças são registradas por sensores nas
estruturas que suportam o modelo na seção de teste. A direção em
que o ar flui ao redor do modelo pode ser vista por penachos de
superfície, pequenos tufos de fibra presos ao modelo, se agitam ao
redor dele. Às vezes é soprada fumaça na seção de teste, para
facilitar a visualização de como o ar está fluindo. A partir desses diferentes tipos de medições,
muito pode ser aprendido sobre o modelo sendo testado.
Os túneis de vento variam em tamanho, de acordo com sua função. Alguns dos túneis de
vento menores têm seções de teste com apenas alguns centímetros de largura e, assim, só
podem ser usados com modelos muito pequenos. Outros túneis de vento têm seções de teste
de diversos metros. O maior túnel de vento do mundo é o Complexo Aerodinâmico Nacional
de Escala Plena do Centro de Pesquisas Ames da NASA, nos Estados Unidos. Sua seção de
teste, de 24,4 x 35,6 m, permite acomodar um Boeing 737 de verdade dentro dela! Túneis
de vento não são usados para testar apenas aeronaves. Qualquer coisa que tenha vento
soprando ao redor dela ou passando por ela pode ser testada em um túnel de vento.
Engenheiros já colocaram modelos de naves espaciais, carros, caminhões, trens, placas de
trânsito, edifícios e até cidades inteiras em túneis de vento, para ver como melhorar
seus projetos.
‹
(Alguns recursos desta página foram fornecidos por cortesia da NASA.)
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 8 de 12
Testes de túnel de vento
Folha de trabalho do aluno: simulador de túnel
de vento
Vocês são uma equipe de engenheiros que recebeu a incumbência de construir um novo
protótipo de automóvel que ofereça a melhor eficiência de combustível, através da criação
do mínimo de arrasto ou resistência ao vento.
‹
Fase de pesquisa/preparação
1. Revisem as diversas folhas de referência do aluno e, se houver acesso à internet
disponível, experimentem o túnel de vento virtual on-line em
http://wright.nasa.gov/airplane/tunnl2int.html.
‹
Planejando em equipe
1. Sua equipe receberá alguns “materiais de construção”
de seu professor. Vocês receberão fita, barbante, filme
plástico (usado para cobrir/proteger alimentos), papel
alumínio, palitos de sorvete, palitos de dente, clipes de
papel, papel, lápis, papelão, um tubo de papelão (de rolo
de toalhas de papel ou de papel higiênico) e devem usar
todos os materiais fornecidos, para que todos os carros
tenham o mesmo peso.
2. Comecem reunindo-se em equipe e criando um plano para seu carro. Sintam a força do
vento do túnel de vento da sua sala de aula, para que possam prever o quanto seu carro
precisará ser forte. Seu carro deve manter seu formato em todos os níveis de vento e se
mover o mínimo, para indicar que ele tem a menor resistência ao vento.
3. Escrevam ou desenhem seu plano no quadro abaixo, incluindo a projeção dos materiais
de que precisarão para realizar a construção. Apresentem seu projeto à turma e
expliquem sua escolha de materiais. Vocês podem, se quiserem, revisar o plano da equipe
depois de receberem feedback da turma.
Materiais necessários:
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 9 de 12
Testes de túnel de vento
Folha de trabalho do aluno: simulador de túnel
de vento
‹
Fase de construção
1. Construam seu carro!
‹ Teste da rampa
Seu carro precisa passar pelo teste da rampa antes do teste do ventilador. Ele deve
descer uma rampa montada com um ângulo de 15 graus e se movimentar pelo menos 1,2
m antes de estar “certificado” para o teste no túnel de vento.
O teste no túnel de vento!
1. Observe sua equipe e as demais testarem seus protótipos no túnel de vento de sua sala
de aula. Vocês devem realizar três testes cada e fazer a média dos valores encontrados.
Registrem os resultados de sua equipe no quadro abaixo, incluindo pontos e observações.
‹
Teste nº 1 - resultados e observações
Teste nº 2 - resultados e observações
Teste nº 3 - resultados e observações
Média dos resultados
‹ Reengenharia
Se o tempo disponível permitir, vocês podem reprojetar seu carro, se determinarem que
alterações podem melhorar o desempenho.
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 10 de 12
Testes de túnel de vento
Folha de trabalho do aluno: avaliação
‹ Reflexão
1. Que distância seu carro percorreu quando o túnel de vento estava ligado? Como isso se
compara às distâncias percorridas pelos outros modelos de carro de sua turma?
2. Qual vocês acham que foi o aspecto do projeto do carro que se moveu menos que fez
dele o melhor no teste?
3. Vocês acham que os engenheiros têm de adaptar seus planos originais durante o
processo de manufatura? Por que eles teriam de fazer isso?
4. Se fossem fazer tudo de novo, como seu projeto planejado mudaria? Por quê?
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 11 de 12
Testes de túnel de vento
Folha de trabalho do aluno: avaliação
(continuação)
5. Que projetos ou métodos outras equipes usaram que vocês acham que
funcionaram bem?
6. Vocês acham que houve muitos projetos em sua sala que atenderam o objetivo do
projeto? O que isso lhes diz sobre planos em engenharia?
7. Vocês acham que teria sido mais fácil fazer este projeto se estivessem trabalhando
individualmente? Expliquem como o trabalho em equipe influenciou este projeto.
8. Listem vários produtos que vocês podem achar que tirariam proveito de testes em
túnel de vento.
Testes de túnel de vento
Desenvolvido pelo IEEE como parte do TryEngineering
www.tryengineering.org
Página 12 de 12