Introdução à engenharia

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Introdução à Engenharia apresenta conceitos fundamentais de engenharia a estudantes do primeiro ano de cursos de graduação em engenharia. Seu objetivo principal é motivar positivamente os estudantes para o resto de seus estudos de formação, assim como em suas futuras carreiras profissionais. Devido a sua apresentação concisa, mas abrangente, o livro pode ser adotado em uma variedade de cursos introdutórios. Os objetivos específicos do livro incluem motivar os estudantes em relação à engenharia; desenvolver aptidões para a solução de problemas; cultivar o profissionalismo; prover informação que os estudantes provavelmente não encontrarão em outras fontes; apresentar o processo de projeto; enfatizar a importância de aptidões de comunicação.

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CAPÍTULO 1: O Engenheiro

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CAPÍTULO 1

O Engenheiro

Praticamente todos os objetos feitos pelo homem que você vê à sua volta resultaram do esforço de engenheiros. Pense, por exemplo, sobre tudo o que foi necessário para fazer a cadeira em que você se senta. Seus componentes metálicos vieram de minérios extraídos de minas projetadas por engenheiros de minas. Os minérios foram refinados por engenheiros metalúrgicos em usinas que engenheiros civis e mecânicos ajudaram a construir. Engenheiros mecânicos projetaram os componentes da cadeira, assim como as máquinas em que foram construídos. Os polímeros e tecidos presentes na cadeira foram, provavelmente, obtidos a partir de óleo produzido por engenheiros de petróleo e refinado por engenheiros químicos. A cadeira pronta foi transportada até você em um caminhão projetado por engenheiros mecânicos, aeroespaciais e eletricistas em instalações que engenheiros industriais otimizaram para melhor utilização de espaço, capital e trabalho. As estradas nas quais o caminhão trafegou foram projetadas e construídas por engenheiros civis.

 

CAPÍTULO 2: Ética da Engenharia

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CAPÍTULO 2

Ética da Engenharia

A engenharia é uma atividade profissional, assim como o direito, a medicina, a odontologia e a farmácia. Uma característica de todas essas atividades é que seus profissionais são altamente qualificados. Os engenheiros são contratados por clientes (e empregadores) precisamente por seu conhecimento especializado. Em geral, os clientes sabem menos sobre o assunto que os engenheiros. Portanto, os engenheiros têm obrigações éticas para com os clientes, pois estes geralmente não podem avaliar a qualidade das sugestões técnicas feitas pelos engenheiros. Tais obrigações são parte da ética da engenharia, o conjunto de padrões comportamentais que todos os engenheiros devem respeitar. A ética da engenharia é uma extensão dos padrões éticos que todos nós, como seres humanos, devemos respeitar.

Os engenheiros possuem uma longa tradição de comportamento ético que é amplamente reconhecida. Pesquisas de opinião pública consistentemente listam a engenharia entre as atividades profissionais mais éticas.

 

CAPÍTULO 3: Solucionando Problemas

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CAPÍTULO 3

Solucionando Problemas

Os engenheiros buscam a solução de problemas; eles são contratados justamente por suas aptidões para solucionar problemas. Embora seja uma atividade essencial, é impossível ensinar uma técnica específica que sempre levará à solução de um problema. Conquanto os engenheiros usem a ciência para solucionar problemas, sua aptidão é mais artística que científica. A única forma de aprender a solucionar problemas é resolvendo-os; assim, seu curso de engenharia exigirá que você literalmente solucione milhares de problemas.

No mundo moderno, os computadores são freqüentemente empregados na solução de problemas. O estudante novato pode pensar que o computador está realmente solucionando o problema, mas essa impressão é falsa. Apenas um humano pode solucionar problemas; o computador é tão-somente uma ferramenta.

3.1 TIPOS DE PROBLEMAS

Um problema é uma situação, enfrentada por um indivíduo ou um grupo de indivíduos, para a qual não há uma solução óbvia. Há diversos tipos de problemas com os quais nos confrontamos:

 

CAPÍTULO 4: Introdução ao Projeto

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CAPÍTULO 4

Introdução ao Projeto

A possibilidade de criar algo a partir do zero torna o projeto um dos mais excitantes aspectos da engenharia. Para serem bem-sucedidos, os engenheiros de projeto devem ter uma gama variada de talentos, incluindo conhecimento, criatividade, habilidade com pessoas e habilidade de planejamento. Como descrevemos sucintamente no capítulo de introdução, os engenheiros de projeto seguem o método de projeto de engenharia.

Neste capítulo, examinaremos o método de projeto de engenharia detalhadamente. Embora existam diversas variações, seguiremos as etapas ilustradas na Figura 4.1. As primeiras quatro etapas do método de projeto de engenharia são seqüenciais. As quatro etapas seguintes são repetidas três vezes: a primeira é um estudo de viabilidade, quando as idéias são alinhavadas; a segunda é um projeto preliminar, quando algumas das idéias mais promissoras são exploradas com mais detalhe; e a terceira é um projeto detalhado, quando desenhos e especificações altamente detalhados são preparados para a melhor opção de projeto. Finalmente, as últimas duas etapas seguem em seqüência. O resultado final do método de projeto de engenharia é um produto, um serviço ou um processo que atende às necessidades da humanidade. Freqüentemente, depois que o método é completado, o resultado final ainda pode ser melhorado, de forma que o processo é repetido, retornando à primeira etapa.

 

CAPÍTULO 5: A Comunicação na Engenharia

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CAPÍTULO 5

A Comunicação na Engenharia

No currículo da especialidade de engenharia de sua escolha, você encontrará muitos cursos

“difíceis” (matemática, ciências e engenharia) e apenas alguns cursos mais superficiais, considerados “fáceis” (português, história e outras humanidades). Os cursos difíceis enfatizam os cálculos, enquanto os cursos fáceis enfatizam a comunicação, principalmente na forma escrita.

Uma vez que o currículo de engenharia dá uma ênfase consideravelmente maior aos cursos difíceis, o estudante pode ser levado a concluir que a comunicação não é importante em engenharia.

Nada poderia ser mais falso. A ênfase em cursos difíceis meramente reflete o equilíbrio que os professores devem alcançar ao elaborar um currículo compatível com a severa limitação de tempo. Na verdade, as comunicações oral e escrita são parte integrante do trabalho de um engenheiro; alguns engenheiros relatam que gastam 80% de seu tempo com essas atividades. Provavelmente, os cursos fáceis afetarão mais a promoção de um engenheiro que os difíceis, especialmente se o objetivo principal for de tornar-se um gerente.

 

CAPÍTULO 6: Números

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CAPÍTULO 6

Números

Enquanto você prossegue com seus estudos de engenharia, você certamente notará que os números estão por toda parte. Os engenheiros têm obsessão por números e querem quantificar tudo. Se uma pessoa típica fosse descrever seu carro novo, talvez descreveria a cor, o estofamento e o som estéreo. Um engenheiro, ao contrário, muito provavelmente, descreveria a potência do motor, a capacidade de aceleração e o peso, grandezas que podem ser quantificadas com números.

Assim como um escritor se preocupa com a comunicação precisa através das palavras, os engenheiros se preocupam com a comunicação precisa através dos números. Neste capítulo são descritas as formas apropriadas de uso dos números.

6.1 NOTAÇÃO NUMÉRICA

O sistema decimal padrão dos Estados Unidos é

4,378.1 (Padrão decimal dos Estados Unidos) onde a vírgula indica três ordens de grandeza, e o ponto indica decimais. No entanto, no Brasil e na Europa, a vírgula substitui o ponto para indicar decimais, e o ponto substitui a vírgula para indicar três ordens de grandeza:

 

CAPÍTULO 7: Tabelas e Gráficos

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CAPÍTULO 7

Tabelas e Gráficos

Muitas profissões, como advocacia, se baseiam totalmente na palavra escrita e oral. Embora os engenheiros também devam escrever e falar bem, isso, apenas, não é suficiente para comunicar uma informação complexa de engenharia. Para isto, uma comunicação gráfica ou visual é recomendada. Um gráfico bem preparado pode, em poucos segundos, comunicar com exatidão uma informação que exigiria muitas páginas de um texto escrito. Além disso, o gráfico pode fornecer aos leitores uma visão que eles não poderiam obter de outra forma. Os gráficos são preparados a partir de dados tabulados, de modo que a compreensão das tabelas é condição necessária para o entendimento dos gráficos.

Apresentar informação gráfica de maneira coerente e visualmente atraente é uma das artes da engenharia. O domínio dessa arte em muito ajudará você na sua carreira. Embora estilo e gosto pessoais afetem as apresentações gráficas, suas regras e modelos, aceitos quase universalmente, serão apresentados a seguir.

 

CAPÍTULO 8: Sistema de Unidades SI

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CAPÍTULO 8

Sistema de Unidades SI

Você provavelmente conhece o Sistema de Unidades SI (Le Système International d’Unités) como o “sistema métrico”. Esse sistema é usado em todo o mundo, exceto nos Estados Unidos,

Libéria e Myanmar (Burma). É o sistema preferido pela ciência, de modo que você, indubitavelmente, foi apresentado a ele em seus cursos de ciência.

8.1 HISTÓRICO

A necessidade de unidades de medidas ficou evidente, assim que se iniciou o comércio entre humanos. Se dois fazendeiros quisessem trocar grãos por um bode, eles necessitavam medir a quantidade de grãos e o peso do bode. No comércio primitivo, as unidades de medidas eram baseadas em itens comumente disponíveis. Por exemplo, o cesto1 usado para transportar grãos se tornou uma unidade de medida. (Na Grã-Bretanha, bushel foi, ao fim, padronizado como igual a oito galões imperiais.2) O peso do bode podia ser medido colocando o animal em uma balança e determinando o número de pedras3 necessário para contrabalançar o animal. (Na GrãBretanha, o stone foi, por fim, definido como igual a 14 libras.) A unidade de comprimento baseada no pé humano é usada na Grã-Bretanha há mais de mil anos. Rapidamente, ficou evidente que unidades de medidas tinham de ser subdivididas. Diversos sistemas de medidas primitivos eram baseados em frações da unidade, como metades, terços e quartos. Assim, a unidade foi subdividida em um número de segmentos que é facilmente divisível em frações. Por exemplo, o pé4 foi dividido em 12 polegadas, que podem ser divididas por 2, 3, 4 e 6, sem deixar resto.

 

CAPÍTULO 9: Conversão de Unidades

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CAPÍTULO 9

Conversão de Unidades

Os equívocos nas conversões de unidades são a mais freqüente causa de erros em cálculos de engenharia. Isso é particularmente verdadeiro nos Estados Unidos, onde sistemas de unidades habituais e científicos são utilizados. O engenheiro deve, portanto, ser bem versado em todos os sistemas e ser capaz de fazer conversões entre eles com facilidade.

9.1 O QUE SIGNIFICA “MEDIR” ALGO?

Toda vez que fazemos uma medida, esta é sempre feita em relação a um padrão. Por exemplo, suponhamos que desejássemos medir o comprimento do bastão na Figura 9.1. Poderíamos abordar esse problema emendando três réguas de um metro, uma na ponta da outra. Como o comprimento do bastão é equivalente ao das três réguas, registraríamos: “o bastão desconhecido tem comprimento de 3 metros”.

Nos Estados Unidos, provavelmente seria possível medir o comprimento do bastão desconhecido usando réguas graduadas em jardas. O comprimento do bastão desconhecido é equivalente a 3 ϩ 0,28 réguas de uma jarda. Assim, poderia ser registrado: “o comprimento do bastão desconhecido é de 3,28 jardas”.

 

APÊNDICES

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APÊNDICE A

FATORES DE CONVERSÃO DE

UNIDADES*

A.1 ÂNGULO PLANO

TABELA A.1

Fatores de conversão de ângulo plano (Referência)

grau ϭ minuto ϭ segundo ϭ radiano ϭ revolução ϭ angular mil

grados

[a] Todas a subdivisões de grados são indicadas com decimais, de modo que não há unidades equivalentes de minutos ou segundos. Este sistema não é largamente usado, exceto na França.

[b] Durante a Segunda Guerra Mundial, a artilharia dos Estados Unidos dividiu um ângulo reto em 1000 partes chamadas de angular mil.

Um ângulo plano ␪ é definido por

(A-1) sendo medido em radianos. Como o perímetro de uma circunferência é 2␲r, uma volta completa corresponde a um ângulo.

(A-2)

*Muitas das unidades consideradas neste Apêndice são usadas apenas nos países de língua inglesa e não têm equivalentes no Brasil. Os nomes originais dessas unidades foram mantidos. (N.T.)

Ap A-hole

197

6/13/06, 11:31 AM

198

APÊNDICE A

 

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