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Invenção do limpador de carro - Uma história de brilhantismo da engenharia
Invenção do limpador de carro - Uma história de brilhantismo da engenharia
Olá! Você sabia que a moderna tecnologia de limpadores, que todos nós damos como comum, nasceu por causa do lampejo de génio de um homem?
O professor Robert Kearns, quem inventou essa tecnologia eficiente de limpador, se inspirou no olho humano. As tecnologias de limpador antes dele eram muito ruins e obstruíam a visão do motorista.
A tecnologia de limpadores do senhor Kearns era tão original e brilhante que a empresa Ford tentou roubá-la.
Vamos explorar os detalhes de sua brilhante invenção.
Primeiro, precisamos entender os erros que os engenheiros antes do professor Kearns cometeram ao desenvolver sua tecnologia de limpadores. Você pode ver que as palhetas do limpador realizam um movimento oscilante com a ajuda de um mecanismo de articulação de quatro barras.
O motor CC aciona um sem-fim. O conjunto de engrenagem helicoidal aqui é usado para multiplicação do torque. Este mecanismo dá movimento contínuo ao limpador.
Mas esses limpadores em movimento contínuo podem obstruir a visão. E os limpadores em movimento contínuo afetam muito sua visão, mesmo durante uma chuva leve.
Aí vem a genialidade do senhor Robert Kearns, que introduziu a ideia de limpeza intermitente. Ele observou que os humanos piscam as pálpebras, mas esse piscar nunca obstrui sua visão.
A razão pela qual estamos inconscientes do nosso piscar é que ele é intermitente. Nossas pálpebras descansam muito depois de cada piscada. Esse longo descanso nas extremidades é a razão pela qual nosso piscar de olhos não interrompe nossa visão.
Em termos de direção, se pararmos a palheta do limpador por um determinado período após cada ciclo de limpeza, isso reduz a interferência na visão do motorista. Esse momento "hahaha" foi o lampejo de génio de Kearns.
Nós podemos obter esse projeto de limpador intermitente usando um arranjo de cames, como mostrado. A saída do motor pode ser conectada ao came, que moverá o limpador por um curto período de tempo e parará por um período de permanência na parte inferior do para-brisa.
Voilà, conseguimos a limpeza intermitente! Ou... não?
E aí, você consegue perceber o problema com este design?
O fato é que o tempo de permanência, ou o tempo de descanso, de uma tecnologia de limpador deve ser variado com base na quantidade de chuva. Em uma situação de chuva leve, você precisa de um tempo de permanência longo. E, considerando que em uma situação de chuva forte, você obviamente precisa de um tempo de permanência mais curto.
Variar o tempo de permanência usando um arranjo puramente mecânico não é prático. Na verdade, o professor Kearns era tão inteligente que percebeu a questão dos limpadores intermitentes puramente mecânicos e nem tentou esse projeto.
Para obter um projeto de limpador com tempo de permanência variável, a solução não pode ser puramente mecânica: deve incluir eletrônica também. Essa percepção foi o segundo lampejo de génio de Kearns.
Para isso, ele desenvolveu um circuito eletrônico com todos esses recursos embutidos nele.
Para entender o circuito, vamos rever algumas informações básicas sobre transistores.
O transistor liga quando sua base está com polarização direta, e desliga quando está com polarização reversa.
Vamos introduzir uma chave de acionamento duplo para facilitar a comutação dos estados de polarização direta e reversa. Quando a chave está nesta condição, a base está com polarização direta e o circuito está ligado. Quando a chave está no estado B, a base vai para uma condição de polarização reversa, e o fluxo de corrente para no circuito.
Vamos usar este circuito de transistor para alimentar o motor do limpador.
Aqui, o mecanismo do limpador é conectado diretamente à saída do motor. Esta é, obviamente, uma limpeza contínua.
O professor Robert Kearns, quem inventou essa tecnologia eficiente de limpador, se inspirou no olho humano. As tecnologias de limpador antes dele eram muito ruins e obstruíam a visão do motorista.
A tecnologia de limpadores do senhor Kearns era tão original e brilhante que a empresa Ford tentou roubá-la.
Vamos explorar os detalhes de sua brilhante invenção.
Primeiro, precisamos entender os erros que os engenheiros antes do professor Kearns cometeram ao desenvolver sua tecnologia de limpadores. Você pode ver que as palhetas do limpador realizam um movimento oscilante com a ajuda de um mecanismo de articulação de quatro barras.
O motor CC aciona um sem-fim. O conjunto de engrenagem helicoidal aqui é usado para multiplicação do torque. Este mecanismo dá movimento contínuo ao limpador.
Mas esses limpadores em movimento contínuo podem obstruir a visão. E os limpadores em movimento contínuo afetam muito sua visão, mesmo durante uma chuva leve.
Aí vem a genialidade do senhor Robert Kearns, que introduziu a ideia de limpeza intermitente. Ele observou que os humanos piscam as pálpebras, mas esse piscar nunca obstrui sua visão.
A razão pela qual estamos inconscientes do nosso piscar é que ele é intermitente. Nossas pálpebras descansam muito depois de cada piscada. Esse longo descanso nas extremidades é a razão pela qual nosso piscar de olhos não interrompe nossa visão.
Em termos de direção, se pararmos a palheta do limpador por um determinado período após cada ciclo de limpeza, isso reduz a interferência na visão do motorista. Esse momento "hahaha" foi o lampejo de génio de Kearns.
Nós podemos obter esse projeto de limpador intermitente usando um arranjo de cames, como mostrado. A saída do motor pode ser conectada ao came, que moverá o limpador por um curto período de tempo e parará por um período de permanência na parte inferior do para-brisa.
Voilà, conseguimos a limpeza intermitente! Ou... não?
E aí, você consegue perceber o problema com este design?
O fato é que o tempo de permanência, ou o tempo de descanso, de uma tecnologia de limpador deve ser variado com base na quantidade de chuva. Em uma situação de chuva leve, você precisa de um tempo de permanência longo. E, considerando que em uma situação de chuva forte, você obviamente precisa de um tempo de permanência mais curto.
Variar o tempo de permanência usando um arranjo puramente mecânico não é prático. Na verdade, o professor Kearns era tão inteligente que percebeu a questão dos limpadores intermitentes puramente mecânicos e nem tentou esse projeto.
Para obter um projeto de limpador com tempo de permanência variável, a solução não pode ser puramente mecânica: deve incluir eletrônica também. Essa percepção foi o segundo lampejo de génio de Kearns.
Para isso, ele desenvolveu um circuito eletrônico com todos esses recursos embutidos nele.
Para entender o circuito, vamos rever algumas informações básicas sobre transistores.
O transistor liga quando sua base está com polarização direta, e desliga quando está com polarização reversa.
Vamos introduzir uma chave de acionamento duplo para facilitar a comutação dos estados de polarização direta e reversa. Quando a chave está nesta condição, a base está com polarização direta e o circuito está ligado. Quando a chave está no estado B, a base vai para uma condição de polarização reversa, e o fluxo de corrente para no circuito.
Vamos usar este circuito de transistor para alimentar o motor do limpador.
Aqui, o mecanismo do limpador é conectado diretamente à saída do motor. Esta é, obviamente, uma limpeza contínua.
Curiosamente, um came conectado ao motor pode facilmente operar o interruptor — e o circuito é desligado. O limpador está no estágio de permanência agora.
Contudo, este é um mecanismo de tempo de permanência infinito. Este circuito não será capaz de ligar o motor novamente.
Vamos voltar ao estágio ativo e tentar corrigir esse problema.
Esse circuito está em estágio ativo agora. Vamos pausar a cena e introduzir um par de resistor–capacitor no circuito, como mostrado. A direção do fluxo de corrente no resistor é mostrada.
Devido a essa resistência, haverá diferença de potencial entre os dois terminais do capacitor. Isso fará com que o capacitor seja carregado, conforme mostrado.
Quando o came opera a chave, o circuito desliga — o estado, como vimos anteriormente. Agora, o capacitor carregado atua como um herói: está pronto para descarregar.
O potencial no ponto B é sempre fixo. Contudo, o potencial no ponto A mudará durante a descarga.
Vamos supor que, quando o capacitor está totalmente carregado, o potencial no ponto A é maior do que no ponto B. O transistor é obviamente polarizado inversamente. Contudo, quando o capacitor começa a descarregar, a tensão no ponto A cai. Em algum momento, a tensão no ponto A se torna menor do que no ponto B — e o transistor se torna ativo.
O tempo de duração da descarga do circuito até a ativação da base é o tempo de permanência deste limpador. O interessante é que podemos ajustar facilmente esse tempo de permanência ajustando o valor da resistência. Quanto maior a resistência, maior o tempo de permanência.
Dessa forma, usando eletrônica inteligente, o professor Kearns conseguiu um mecanismo de limpador com tempo de permanência variável.
O coração desta invenção é um circuito eletrônico brilhante — mas é acionado por um interruptor mecânico. Absolutamente genial, não é?
Contudo, durante uma chuva forte, precisamos de quase zero tempo de permanência. Não é prático atingir resistência zero e, portanto, tempo de permanência zero.
Durante uma chuva forte, o atrito entre o vidro e o limpador é muito baixo. Vamos ver como esse baixo atrito afeta nosso circuito durante seu estágio de permanência ou não ativo.
O circuito está desconectado, mas os limpadores ainda têm um bom impulso. Eles continuarão o movimento descendente, pois a força de atrito é baixa. Devido ao alto impulso do limpador, eles fornecem força motriz para o resto do mecanismo — e o came gira.
Isso leva à ativação do motor novamente.
Em suma, a inércia dos limpadores ajuda a pular o período de permanência do mecanismo. Este é, obviamente, um método grosseiro para obter uma limpeza contínua de um mecanismo intermitente.
Na patente do professor Kearns, ele até elaborou circuitos mais sofisticados para conseguir a limpeza contínua.
Os limpadores modernos consistem em relés, em vez de cames, para acionar o motor do limpador. O tempo de permanência pode ser medido e alterado com precisão usando circuitos temporizadores e microcontroladores.
Além disso, esses microcontroladores recebem informações de sensores de umidade ou sensores de chuva presentes no para-brisa para limpar automaticamente o para-brisa se estiver molhado.
Depois de desenvolver um projeto de limpador tão brilhante, o que aconteceu com o professor Kearns foi trágico.
Ele teve que passar boa parte de sua vida em batalhas judiciais contra a empresa Ford Motor por infringir sua patente. Finalmente, ele ganhou a batalha legal.
Nós esperamos que você se inspire no fato de que observações simples podem levar a invenções incríveis.
Nos vemos na próxima!
Contudo, este é um mecanismo de tempo de permanência infinito. Este circuito não será capaz de ligar o motor novamente.
Vamos voltar ao estágio ativo e tentar corrigir esse problema.
Esse circuito está em estágio ativo agora. Vamos pausar a cena e introduzir um par de resistor–capacitor no circuito, como mostrado. A direção do fluxo de corrente no resistor é mostrada.
Devido a essa resistência, haverá diferença de potencial entre os dois terminais do capacitor. Isso fará com que o capacitor seja carregado, conforme mostrado.
Quando o came opera a chave, o circuito desliga — o estado, como vimos anteriormente. Agora, o capacitor carregado atua como um herói: está pronto para descarregar.
O potencial no ponto B é sempre fixo. Contudo, o potencial no ponto A mudará durante a descarga.
Vamos supor que, quando o capacitor está totalmente carregado, o potencial no ponto A é maior do que no ponto B. O transistor é obviamente polarizado inversamente. Contudo, quando o capacitor começa a descarregar, a tensão no ponto A cai. Em algum momento, a tensão no ponto A se torna menor do que no ponto B — e o transistor se torna ativo.
O tempo de duração da descarga do circuito até a ativação da base é o tempo de permanência deste limpador. O interessante é que podemos ajustar facilmente esse tempo de permanência ajustando o valor da resistência. Quanto maior a resistência, maior o tempo de permanência.
Dessa forma, usando eletrônica inteligente, o professor Kearns conseguiu um mecanismo de limpador com tempo de permanência variável.
O coração desta invenção é um circuito eletrônico brilhante — mas é acionado por um interruptor mecânico. Absolutamente genial, não é?
Contudo, durante uma chuva forte, precisamos de quase zero tempo de permanência. Não é prático atingir resistência zero e, portanto, tempo de permanência zero.
Durante uma chuva forte, o atrito entre o vidro e o limpador é muito baixo. Vamos ver como esse baixo atrito afeta nosso circuito durante seu estágio de permanência ou não ativo.
O circuito está desconectado, mas os limpadores ainda têm um bom impulso. Eles continuarão o movimento descendente, pois a força de atrito é baixa. Devido ao alto impulso do limpador, eles fornecem força motriz para o resto do mecanismo — e o came gira.
Isso leva à ativação do motor novamente.
Em suma, a inércia dos limpadores ajuda a pular o período de permanência do mecanismo. Este é, obviamente, um método grosseiro para obter uma limpeza contínua de um mecanismo intermitente.
Na patente do professor Kearns, ele até elaborou circuitos mais sofisticados para conseguir a limpeza contínua.
Os limpadores modernos consistem em relés, em vez de cames, para acionar o motor do limpador. O tempo de permanência pode ser medido e alterado com precisão usando circuitos temporizadores e microcontroladores.
Além disso, esses microcontroladores recebem informações de sensores de umidade ou sensores de chuva presentes no para-brisa para limpar automaticamente o para-brisa se estiver molhado.
Depois de desenvolver um projeto de limpador tão brilhante, o que aconteceu com o professor Kearns foi trágico.
Ele teve que passar boa parte de sua vida em batalhas judiciais contra a empresa Ford Motor por infringir sua patente. Finalmente, ele ganhou a batalha legal.
Nós esperamos que você se inspire no fato de que observações simples podem levar a invenções incríveis.
Nos vemos na próxima!