Akademisk avhandling--Lund. / Thesis note on added t.p. Imprint on cover: Lund, Gleerupska univ.-bokhandeln. Includes bibliographical references.

Thirty trials of each of three roughness conditions were examined. The first condition consisted of a baseball pitched so that two of the roughness elements opposed the flow. The second condition consisted of a pitched baseball with four of the roughness elements opposing the flow. The third consisted of a pitched uniformly rough sphere. The conclusions were that roughness elements increase horizontal flight deviations when a baseball rotates about a vertical axis; roughness elements on the surface of a baseball may cause a decrease in the encountered drag forces; linear velocity has a dominating effect on the trajectory of a spinning baseball; previously developed mathematical models do not adequately predict flight deviations.

This work deals with an unconventional wind energy conversion system, in which the wind turbine has rotating cylinders rather than traditional blades. These cylinders can be driven by a brushless DC motor. The turbine operates on the physical principle called Magnus Effect. It presents the mathematical modeling of Magnus turbine and based on this modeling were carried out simulations in PSIM® software. It was implemented and was tested MPPT algorithms type HCC (Hill Climbing Control) for DC brushless motor control for operating the cylinders and hence the power generated by the Magnus turbine. Prototypes of Magnus effect wind system (turbine, generator PMSG, AC / DC converter, DC / DC converter) were built to perform wind tunnel experiments comparing the experimental results with simulated results. We sought to optimize the extraction of wind energy through concepts and innovative solutions in the construction of the turbine, brushless DC servo for rotating cylinders, implementing MPPT algorithms to control the rotation of the cylinder and the static converter. Three turbine concepts are presented and three prototypes were built. Loose cylinders were tested in the wind tunnel and it was measured the lift and drag forces. The "Prototype 3" is 3 m in diameter with two cylinders of 150 mm diameter showed the best experimental results, but still generated mechanical power did not provide an effective net power. / O presente trabalho trata de um sistema eólico não convencional, cuja turbina eólica possui cilindros girantes no lugar das pás tradicionais. Estes cilindros podem ser acionados por um motor brushless CC (sem escovas). O princípio físico de funcionamento desta turbina baseia-se no que se denomina de “Efeito Magnus”. Apresenta-se a modelagem matemática da turbina Magnus e com base nesta modelagem realizam-se simulações no software PSIM®. Programa-se e testa-se algoritmos de rastreamento da máxima potência líquida MPPT (Maximum Power Point Tracking), do tipo HCC (Hill Climbing Control) no controle do motor brushless CC de acionamento dos cilindros e, consequentemente, da potência gerada pela turbina Magnus. Protótipos de sistema eólico de efeito Magnus (turbina, gerador PMSG, conversores CA/CC, CC/CC) foram construídos para realizar experimentos em túnel de vento, possibilitando comparações dos resultados experimentais com os resultados simulados. Busca-se otimizar a extração da energia dos ventos, através de concepções e soluções inovadoras na construção da turbina, servo acionamento CC brushless para os cilindros girantes, implementação de algoritmos MPPT no controle da rotação dos cilindros e do conversor estático. Três concepções da turbina Magnus são apresentadas e três protótipos construídos. Ensaios de cilindros girantes avulsos com variações nos diâmetros e nas espirais sobrepostas são realizados em túnel de vento com colméias e medem-se as forças de sustentação e de arrasto. O “Protótipo 3” de 3 m de diâmetro com dois cilindros lisos de 150 mm de diâmetro apresentou os melhores resultados experimentais, mas ainda a potência mecânica gerada não proporcionou uma potência líquida efetiva.

Não porque faltem bons alunos, mas pelo motivo de que aprender Física é importante, por se tratar de uma cultura necessária a qualquer cidadão de uma sociedade e não apenas aos mais vocacionados, trago uma sugestão para que a predisposição em aprender Física dos alunos de ensino médio melhore. Assim este trabalho se ocupa em apresentar recursos e atividades que buscam aproximar a vida do aluno contemporâneo ao ensino de Física, através de uma abordagem com tecnologias de informação e comunicação (TICs). Nosso foco disciplinar é o ensino de Mecânica em um ambiente favorável à aprendizagem significativa e que busca tratar a Física, bem como a Ciência, sob o viés epistemológico de Mario Bunge, isto é, trazendo a modelização subjacente na análise dos fenômenos físicos referentes a esse estudo, além de aplicar essa concepção em atividades computacionais com a planilha eletrônica Calc e os softwares Tracker e Modellus. Também é apresentada a aplicação desta proposta para uma turma de escola pública no horário extracurricular que, além de ressaltar tópicos tradicionalmente importantes sobre Mecânica, inova com atividades experimentais computacionais, tratando a resistência do ar e o efeito Magnus em lançamentos com bolas de basquete e vôlei. Os alunos chegam a perceber que não é a 45º que uma bola deve ser lançada para ir mais longe em situações práticas. Os resultados apresentados foram possíveis por ser exposta ao aluno uma visão da Física menos ingênua e mais próxima da sua realidade com algumas ferramentas essenciais como o software Modellus, determinando um alcance exploratório muito maior, para situações envolvendo esportes como futebol, basquete e vôlei, que a modelização mais idealizada, a qual apenas leva em conta a interação gravitacional dos corpos com a Terra. Ao final deste trabalho, encontra-se o respectivo produto educacional (Apêndice B), contendo toda sequência didática aplicada com algumas melhorias, organizada em guias para o professor e para os alunos. / Not because there are no good students, but for the fact that learning Physics is important, because it is a necessary culture for any citizen of a society and not only for the most educated, I bring a suggestion so that the predisposition to learn Physics of the high school students improve. Thus, this work is focused on presenting resources and activities that seek to bring the contemporary student's life closer to the teaching of Physics, through an approach with information and communication technologies (ICTs). Our disciplinary focus is the teaching of mechanics in an conducive environment to meaningful learning that seeks to treat Physics, as Science, under the epistemological bias of Mario Bunge, namely that, bringing the underlying modeling in the analysis of the physical phenomena related to this study, besides applying this conception in computational activities with the spreadsheet Calc and the softwares Tracker and Modellus. It is also presented the application of this proposal to a public-school class in extracurricular hours that, in addition to highlighting topics traditionally important on Mechanics, innovates with experimental computational activities, dealing with air resistance and Magnus effect in launches with basketball and volleyball. Students can realize that it is not at 45º that a ball should be thrown to go further in practical situations. The results presented were possible because the student was exposed to a less naive view of Physics and closer to his reality with some essential tools such as Modellus software, determining a exploratory reach far greater, for situations involving sports such as soccer, basketball and volleyball, than the most idealized modeling, which only considers the gravitational interaction of bodies with the Earth. At the end of this work, the respective educational product (Appendix B), containing all didactic sequence applied with some improvements, organized in guides for the teacher and for the students.

Não porque faltem bons alunos, mas pelo motivo de que aprender Física é importante, por se tratar de uma cultura necessária a qualquer cidadão de uma sociedade e não apenas aos mais vocacionados, trago uma sugestão para que a predisposição em aprender Física dos alunos de ensino médio melhore. Assim este trabalho se ocupa em apresentar recursos e atividades que buscam aproximar a vida do aluno contemporâneo ao ensino de Física, através de uma abordagem com tecnologias de informação e comunicação (TICs). Nosso foco disciplinar é o ensino de Mecânica em um ambiente favorável à aprendizagem significativa e que busca tratar a Física, bem como a Ciência, sob o viés epistemológico de Mario Bunge, isto é, trazendo a modelização subjacente na análise dos fenômenos físicos referentes a esse estudo, além de aplicar essa concepção em atividades computacionais com a planilha eletrônica Calc e os softwares Tracker e Modellus. Também é apresentada a aplicação desta proposta para uma turma de escola pública no horário extracurricular que, além de ressaltar tópicos tradicionalmente importantes sobre Mecânica, inova com atividades experimentais computacionais, tratando a resistência do ar e o efeito Magnus em lançamentos com bolas de basquete e vôlei. Os alunos chegam a perceber que não é a 45º que uma bola deve ser lançada para ir mais longe em situações práticas. Os resultados apresentados foram possíveis por ser exposta ao aluno uma visão da Física menos ingênua e mais próxima da sua realidade com algumas ferramentas essenciais como o software Modellus, determinando um alcance exploratório muito maior, para situações envolvendo esportes como futebol, basquete e vôlei, que a modelização mais idealizada, a qual apenas leva em conta a interação gravitacional dos corpos com a Terra. Ao final deste trabalho, encontra-se o respectivo produto educacional (Apêndice B), contendo toda sequência didática aplicada com algumas melhorias, organizada em guias para o professor e para os alunos. / Not because there are no good students, but for the fact that learning Physics is important, because it is a necessary culture for any citizen of a society and not only for the most educated, I bring a suggestion so that the predisposition to learn Physics of the high school students improve. Thus, this work is focused on presenting resources and activities that seek to bring the contemporary student's life closer to the teaching of Physics, through an approach with information and communication technologies (ICTs). Our disciplinary focus is the teaching of mechanics in an conducive environment to meaningful learning that seeks to treat Physics, as Science, under the epistemological bias of Mario Bunge, namely that, bringing the underlying modeling in the analysis of the physical phenomena related to this study, besides applying this conception in computational activities with the spreadsheet Calc and the softwares Tracker and Modellus. It is also presented the application of this proposal to a public-school class in extracurricular hours that, in addition to highlighting topics traditionally important on Mechanics, innovates with experimental computational activities, dealing with air resistance and Magnus effect in launches with basketball and volleyball. Students can realize that it is not at 45º that a ball should be thrown to go further in practical situations. The results presented were possible because the student was exposed to a less naive view of Physics and closer to his reality with some essential tools such as Modellus software, determining a exploratory reach far greater, for situations involving sports such as soccer, basketball and volleyball, than the most idealized modeling, which only considers the gravitational interaction of bodies with the Earth. At the end of this work, the respective educational product (Appendix B), containing all didactic sequence applied with some improvements, organized in guides for the teacher and for the students.

Não porque faltem bons alunos, mas pelo motivo de que aprender Física é importante, por se tratar de uma cultura necessária a qualquer cidadão de uma sociedade e não apenas aos mais vocacionados, trago uma sugestão para que a predisposição em aprender Física dos alunos de ensino médio melhore. Assim este trabalho se ocupa em apresentar recursos e atividades que buscam aproximar a vida do aluno contemporâneo ao ensino de Física, através de uma abordagem com tecnologias de informação e comunicação (TICs). Nosso foco disciplinar é o ensino de Mecânica em um ambiente favorável à aprendizagem significativa e que busca tratar a Física, bem como a Ciência, sob o viés epistemológico de Mario Bunge, isto é, trazendo a modelização subjacente na análise dos fenômenos físicos referentes a esse estudo, além de aplicar essa concepção em atividades computacionais com a planilha eletrônica Calc e os softwares Tracker e Modellus. Também é apresentada a aplicação desta proposta para uma turma de escola pública no horário extracurricular que, além de ressaltar tópicos tradicionalmente importantes sobre Mecânica, inova com atividades experimentais computacionais, tratando a resistência do ar e o efeito Magnus em lançamentos com bolas de basquete e vôlei. Os alunos chegam a perceber que não é a 45º que uma bola deve ser lançada para ir mais longe em situações práticas. Os resultados apresentados foram possíveis por ser exposta ao aluno uma visão da Física menos ingênua e mais próxima da sua realidade com algumas ferramentas essenciais como o software Modellus, determinando um alcance exploratório muito maior, para situações envolvendo esportes como futebol, basquete e vôlei, que a modelização mais idealizada, a qual apenas leva em conta a interação gravitacional dos corpos com a Terra. Ao final deste trabalho, encontra-se o respectivo produto educacional (Apêndice B), contendo toda sequência didática aplicada com algumas melhorias, organizada em guias para o professor e para os alunos. / Not because there are no good students, but for the fact that learning Physics is important, because it is a necessary culture for any citizen of a society and not only for the most educated, I bring a suggestion so that the predisposition to learn Physics of the high school students improve. Thus, this work is focused on presenting resources and activities that seek to bring the contemporary student's life closer to the teaching of Physics, through an approach with information and communication technologies (ICTs). Our disciplinary focus is the teaching of mechanics in an conducive environment to meaningful learning that seeks to treat Physics, as Science, under the epistemological bias of Mario Bunge, namely that, bringing the underlying modeling in the analysis of the physical phenomena related to this study, besides applying this conception in computational activities with the spreadsheet Calc and the softwares Tracker and Modellus. It is also presented the application of this proposal to a public-school class in extracurricular hours that, in addition to highlighting topics traditionally important on Mechanics, innovates with experimental computational activities, dealing with air resistance and Magnus effect in launches with basketball and volleyball. Students can realize that it is not at 45º that a ball should be thrown to go further in practical situations. The results presented were possible because the student was exposed to a less naive view of Physics and closer to his reality with some essential tools such as Modellus software, determining a exploratory reach far greater, for situations involving sports such as soccer, basketball and volleyball, than the most idealized modeling, which only considers the gravitational interaction of bodies with the Earth. At the end of this work, the respective educational product (Appendix B), containing all didactic sequence applied with some improvements, organized in guides for the teacher and for the students.

[pt] O efeito magnus é verificado experimentalmente em túnel de vento, para escoamentos com números de Reynolds variando de 1,3 x 10 elevado 4 a 4,3 x 10 elevado a 4. Os resultados são avaliados em termos absolutos e adimensionalizados. Levando-se em conta as incertezas provenientes do método de ensaio, são feitas comparações com da dos obtidos por outros pesquisadores. São avaliadas as possibilidades de utilização do efeito em captação de energia eolica, e é também realizado um estudo da influência da forma de Magnus na trajetória de projetis estabilizados giroscopicamente. / [en] The Magnus effect is experimentally studied in a wind tunnel for Reynolds number range from 1,3 x 10 (to) 4 to 4,3 x 10 (to) 4. The results are analysed and compared for both dimensionless and dimensionalized parameters. The uncertainties are estimated and the results compared to those of other investigators. The possibilities of utilization of Magnus effect in wind power generation are analyzed together with its influence in trajectories of spin-stabilized projectiles.

A wing was designed with a moving surface high-lift device in the form of a rotating cylinder at the leading edge to improve low speed flight characteristics. This rotating cylinder accelerates the air flow over the top of the wing, effectively combining the concept of lift generated by an airfoil and lift generated by a rotating cylinder. This faster moving air over the top of the wing increases the pressure differential, thus increasing lift. The added momentum to the air flow results in delayed flow separation and a decrease in drag. For experimental testing, a wing was built using balsawood, basswood and MonoKote and was tested in a subsonic wind tunnel using two different tests stands. For validation and further testing, the high-lift device was modeled in Gambit and numerical simulations were performed using ANSYS Fluent. Experimental and numerical data show the high-lift device to be effective.

No trabalho desenvolvido estudaram-se as forças que atuam em uma partícula quando esta se movimenta em escoamentos, com intuito de obter uma metodologia capaz de representar o movimento de uma partícula em um escoamento. A equação do movimento da partícula foi integrada numericamente considerando os termos de massa aparente, arrasto estacionário, arrasto não estacionário (forças de Boussinesq/Basset) e forças de sustentação; efeito Magnus e efeito Saffman. O método dos volumes finitos foi utilizado para simulação do escoamento. Na análise das forças utilizamos tanto experimentos quanto simulações numéricas (FLUENT) para avaliar e aumentar a validade dos modelos apresentados na revisão bibliográfica. O FLUENT foi validado para obtenção do coeficiente de arrasto estacionário e sustentação devido ao efeito Magnus. Palavras-chaves: Efeito Magnus, efeito Saffman, força de Bousinesq/Basset, movimento de partículas e solução numérica. / In the developed work was studied the forces which act on a particle when these is a moving inside of a flow, in order to find out a methodology which is able to represent the particle dynamics on a flow. The equation of particle motion was integrated with a numerical approach taking in account the apparent mass, static drag, dynamic drag (history term; Boussinesq/Basset force) and lift force; Magnus effect and Saffman effect. The finite volume method was used to simulate the flow. In the force analyses we used experimental and numerical simulation (FLUENT) to evaluate and extend the models shown on the review. FLUENT was validated to determine the static drag coefficient and lift coefficient due to Magnus effect.

No trabalho desenvolvido estudaram-se as forças que atuam em uma partícula quando esta se movimenta em escoamentos, com intuito de obter uma metodologia capaz de representar o movimento de uma partícula em um escoamento. A equação do movimento da partícula foi integrada numericamente considerando os termos de massa aparente, arrasto estacionário, arrasto não estacionário (forças de Boussinesq/Basset) e forças de sustentação; efeito Magnus e efeito Saffman. O método dos volumes finitos foi utilizado para simulação do escoamento. Na análise das forças utilizamos tanto experimentos quanto simulações numéricas (FLUENT) para avaliar e aumentar a validade dos modelos apresentados na revisão bibliográfica. O FLUENT foi validado para obtenção do coeficiente de arrasto estacionário e sustentação devido ao efeito Magnus. Palavras-chaves: Efeito Magnus, efeito Saffman, força de Bousinesq/Basset, movimento de partículas e solução numérica. / In the developed work was studied the forces which act on a particle when these is a moving inside of a flow, in order to find out a methodology which is able to represent the particle dynamics on a flow. The equation of particle motion was integrated with a numerical approach taking in account the apparent mass, static drag, dynamic drag (history term; Boussinesq/Basset force) and lift force; Magnus effect and Saffman effect. The finite volume method was used to simulate the flow. In the force analyses we used experimental and numerical simulation (FLUENT) to evaluate and extend the models shown on the review. FLUENT was validated to determine the static drag coefficient and lift coefficient due to Magnus effect.