Engenharia Mecânica - Série Engenharia & Arte

Coordenador.: Jefferson Rodrigues da Silva Coautor: Luiz A. F. de C. Viana Bolsistas: André Luís dos Santos Geovanne T. Faria Leandra C. Gabriel Wesley José de Oliveira

Engenharia Mecânica Série:

Engenharia & arte

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Série: Engenharia & arte Edição: Engenharia Mecânica Copyright © 2018, Jefferson Rodrigues da Silva jefferson.silva@ifmg.edu.br Coordenador: Jefferson Rodrigues da Silva; Coautor: Luiz Augusto Ferreira de Campos Viana; Bolsistas: André Luís dos Santos; Geovanne Tavares Faria; Leandra de Campos Gabriel; Wesley José de Oliveira Revisão: Fabrício Ademar Fernandes Capa e diagramação: Julia Pinheiro Benatti Fotografia: Reginaldo Gonçalves Leão Junior Todos os direitos autorais reservados.

A reprodução não autorizada desta publicação, no todo ou em parte, constitui violação de direitos autorais. (Lei 9.610/98).

Catalogação na publicação elaborada pela bibliotecária Meriely Ferreira de Almeida - CRB-6/ 2760 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) S586e

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Silva, Jefferson Rodrigues da.

Engenharia Mecânica / Jefferson Rodrigues da Silva, Luiz Augusto Ferreira de Campos Viana, Leandra de Campos Gabriel. - Arcos : Editor Jefferson Rodrigues da Silva, 2018.

56p. :il. - (Engenharia & arte, v. 1)

ISBN 978-85-906477 - 1 -3

1. Engenharia. 2. Arte. 3. Mosaico. 4. Exposição 5.

Mecânica. I. Viana, Luiz Augusto Ferreira de Campos. II. Gabriel, Leandra

de Campos. III. Título

CDD 620.1

CDU 621

Jefferson Rodrigues da Silva Luiz A. F. de C. Viana Leandra C. Gabriel

Engenharia mecânica 1ª Edição Série: Engenharia & arte Volume: 1

Arcos Jefferson Rodrigues da Silva 2018

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Espero que, com a série Engenharia & Arte e a exposição de arte Eu vos Declaro Engenharia & Arte, o potencial artístico da engenharia seja apreciado e valorizado.

Sinto-me orgulhoso pelos resultados obtidos com projeto Engenharia & Arte e grato a todos que contribuíram de alguma forma nessa edição: Engenharia Mecânica. Um agradecimento em especial aos alunos bolsistas e voluntários da Engenharia Mecânica do Instituto Federal de Minas Gerais Campus Arcos, aos diretores e servidores das escolas participantes e a todos os alunos do ensino fundamental que fizeram as oficinas de criação dos mosaicos.

Um número, é um número!

Com criatividade: é engenharia!

Jefferson Rodrigues da Silva Professor de Engenharia Mecânica do IFMG Campus Arcos Coordenador do projeto Engenharia & Arte jefferson.silva@ifmg.edu.br

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ÍNDICE Sobre a série Engenharia & arte Edição: Engenharia Mecânica Estática Dinâmica Física Elementos de máquinas Ensaios mecânicos Máquinas de fluxo Hidráulica e pneumática Processos de fabricação Metrologia Termodinâmica Transferência de calor Vibrações mecânicas Resistência dos materiais Materiais metálicos Materiais não metálicos Ciência dos materiais Mecânica dos fluidos Eletrotécnica industrial Química Estatística Bibliografia

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Sobre a série Engenharia & arte A série Engenharia & Arte é fruto de um projeto de mesmo nome realizado pelo Instituto Federal de Minas Gerais (IFMG) Campus Arcos. O projeto propõe a apresentação da engenharia e suas vertentes de atuação para a sociedade por meio de sua relação com a arte.

A cada edição é feito um estudo sobre um tema a ser retratado, e posteriormente, ocorre a criação de quadros, com a técnica mosaico, em oficinas com estudantes do ensino fundamental.

As obras compõem a exposição itinerante intitulada Eu vos declaro Engenharia e Arte que percorre escolas, museus, centros culturais e eventos que sejam relacionados ao tema. Os registros fotográficos dos quadros e breves explicações sobre eles são apresentados nos livros da série.

Mais informações em www.ifmg.edu.br/arcos/engenhariaearte 9

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Edição:

Engenharia Mecânica: A presente edição da série Engenharia & arte retrata a Engenharia Mecânica.

Os mosaicos foram feitos em oficinas realizadas nas escolas públicas da cidade de Arcos, Minas Gerais: Escola Estadual Dona Maricota Pinto, Escola Estadual Yolanda Jovino Vaz e Escola Estadual José Geraldo de Melo.

Alunos da Engenharia Mecânica do Instituto Federal de Minas Gerais (IFMG) Campus Arcos que foram voluntários nas oficinas de criação dos mosaicos: Ana Helena do Rosário Matias Gonçalves, Douglas Melo dos Santos, Joice Paloma Faria; Lara Ellen de Sousa, Larissa Stéphanie Alves Machado, Vitor Matins Fonseca, Vitória Rodrigues Calvo e Túlio de Paulo Corrêa.

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Figura 1: Museu de Arte de São Paulo Autores: Édna Eduarda Dias, Hester Teixeira Guimarães, Jamily Victória Sousa Coutinho e Juliana Gonçalves da Silva.

Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

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1- Estática

A mecânica é dividida em mecânica dos corpos rígidos, mecânica dos corpos deformáveis e mecânica dos fluidos.

As disciplinas Dinâmica e Estática são contribuições para o estudo da mecânica dos corpos rígidos, sendo que a primeira estuda aspectos de movimento, já a segunda se dedica ao estudo de objetos projetados com a intenção de permanecer em equilíbrio como, por exemplo, a construção do Museu de Arte de São Paulo (MASP) representado nesse mosaico.

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Figura 2: Pião.

Autores: Anita Cristine do Amaral, Carlos Henrique Lino Bastos, Gian Carlos Bento da Silva, Leonardo Ferreira Araújo, Maísa Loren Aparecida Elias.

Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

Voluntárias: Larissa Stéphanie Alves Machado e Vitória Rodrigues Calvo.

2- Dinâmica

Dinâmica é o estudo do movimento de corpos e suas causas. Ela trata das relações entre as forças agentes num corpo e os seus movimentos. Ela está presente na física e em estudos mecânicos, nos quais utiliza os conceitos de força, princípio de inércia de massa e efeitos dinâmicos relacionados à acelerações.

Nesse mosaico, observa-se um pião em rotação, apoiado em um ponto fixo, em relação ao seu eixo de simetria.

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Figura 3: Imã atraindo pregos.

Autores: Ana Carolina Cesário, Ana Júlia de Souza Nascimento, Bárbara Letícia Silva Teixeira, Isabela Silva de Carvalho, Maraysa Cristina da Costa Silva, Silas Gabriel Lopes Lourenço, Vitor Lourenço Silva Alves e Yuri Brás Nascimento.

Escola Estadual Yolanda Jovino Vaz.

3- Física

A etimologia de física remete à palavra grega φυσικός (phusikos na forma latina), que é um adjetivo cuja tradução se aproxima do sentido da palavra “natural”.

A física é definida como a ciência que estuda a natureza. Ela pode ser dividida em seis áreas: Mecânica Clássica; Relatividade; Termodinâmica; Eletromagnetismo, Óptica e Mecânica Quântica.

Podemos citar como exemplo de aplicação da disciplina o estudo do eletromagnetismo: um imã gera um campo magnético à sua volta, sendo capaz de atrair determinados tipos de materiais.

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Figura 4: Engrenagem.

Autores: Antônio Miguel Santos Ribeiro, Kauã Carvalho de Castro, Matheus Borges e Raynan da Silva Leal.

Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

Voluntária: Joice Paloma Faria.

4- Elementos de máquina

Elementos de Máquinas é o estudo dos processos de tomada de decisão usado na formulação de planos para a construção de máquinas, dispositivos e sistemas.

Esses processos aplicam-se a todo o campo do projeto de engenharia - e não somente ao projeto mecânico. A ênfase de sua utilização está no emprego de materiais, processos disponíveis e em abordagens apropriadas para a execução de um projeto seguro e eficiente como, por exemplo, o projeto da engrenagem de uma máquina.

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Figura 5: Ensaio de impacto Charpy.

Autores: Gabriella de Paula, Gabriella Luiza, Isabela Alexandrina da Silva, Maria Rita do Santos e Pâmela Aparecida dos Santos Silva.

Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

VoluntĂĄrio: Vitor Martins Fonseca.

5- Ensaios mecânicos

Ensaios mecânicos são realizados para determinar as propriedades mecânicas de um material, testes de produtos acabados, manutenção de equipamentos, dentre outros. Eles podem ser classificados em ensaios não-destrutivos como no caso de raios-x, ultrassom, etc. Ou em ensaios destrutivos, como representado no mosaico, em que tem-se o ensaio de Charpy, este avalia a tenacidade ao impacto de um material, medindo-se a energia absorvida para promover a fratura de um corpo de prova entalhado.

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Figura 6: Ventilador.

Autores: Julia Gabriela Rodrigues Silva, Lauriane Silva Correia, Maria Clara de Barros, Maria Eliza Teixeira e Maria Luiza da Silva Melo.

Escola Estadual JosĂŠ Geraldo de Melo.

6- Máquinas de fluxo

Máquinas de fluxo são aquelas capazes de transformar energia. Elas surgem da necessidade de se transportar massas de fluidos. Além disso, elas operam, basicamente, por meio de um fluido, transformando energia mecânica em energia de fluido, ou vice-versa. Tais equipamentos podem fornecer trabalho mecânico a partir de energia hidráulica ou térmica, já a operadora recebe trabalho do meio e transforma-o em energia hidráulica ou térmica de pressão. Suas aplicações podem ser observadas em turbinas hidráulicas para geração de energia elétrica, ventiladores que adicionam energia ao fluido, convertendo energia mecânica em aumento do fluxo de ar, etc.

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Figura 7: Pistões.

Autores: Luiz Miguel dos Santos Rabelo, Milena Ramos Silva, Sérgio Augusto Leão Cunha e Suzane Kétane Oliveira Santos.

Escola Estadual José Geraldo de Melo.

Voluntário: Douglas Melo dos Santos.

7- Hidráulica e Pneumática

A característica da Pneumática é empregar o ar comprimido para a transmissão de potência que é utilizada em cilindros e motores. Já a Hidráulica, é uma área da física que se dedica ao estudo do comportamento dos fluidos em movimento e em repouso. Exemplo o pistão de um motor que é uma peça cilíndrica, normalmente feita de alumínio ou liga de alumínio, que se movimenta retilineamente em dois sentidos, para cima e para baixo no interior do cilindro dos motores de explosão, por meio de uma compressão de ar e combustível.

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Figura 8: Torno.

Autores: Ana Julia Malta, Ana Luiza Souza Ferreira e StĂŠfany Cassia de Almeida.

Escola Estadual JosĂŠ Geraldo de Melo.

8- Processos de fabricação

Os processos de fabricação são utilizados para produção de peças, produtos, ferramentas, etc. Itens usados pelo homem, que têm como matéria-prima o metal, são obtidas por meio desses processos. Estes podem ser classificados como processos de moldagem e corte. Cada um deles atende a um ou vários objetivos e são usados de acordo com a necessidade e melhor resultado.

Como exemplo de um processo de fabricação, podemos citar o torneamento, que é baseado no trabalho de movimento de peças cilíndricas em torno do seu próprio eixo.

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Figura 9: MicrĂ´metro.

Autores: Giovana Alves da Silva, Lucas Oliveira Xavier, MĂĄrio Vilela Reis, Natalia Ribeiro Gonzaga, Paulo Roberto Martins da Silva e Pedro Miguel de Paula Silva e Neto.

Escola Estadual Yolanda Jovino Vaz.

9- Metrologia

Metrologia é a ciência da medição e de suas aplicações. Ela engloba o processo de medir algo a fim de comparar, corrigir ou controlar com sistemas e padrões já estabelecidos e, assim, garantir um alto nível de qualidade e confiabilidade às medições. Suas primeiras aplicações surgiram há milhares de anos quando o homem necessitava de métodos confiáveis e padronizados para alavancar negócios.

Nesse mosaico, observa-se um micrômetro, equipamento de medição muito usado na engenharia.

Ele possui precisão em micrômetros (milionésima parte do metro).

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Figura 10: Placa solar.

Autores: Arthur Pedroso Fonseca, JoĂŁo Gabriel Ribeiro de Carvalho, Larissa Raphaela de Souza Rabelo, Maria LuĂ­za Gonzaga, Pedro Augusto da Silva Pires e Wellington Marcos P. da Silva.

Escola Estadual Yolanda Jovino Vaz.

10- Termodinâmica

A termodinâmica é o ramo da física que trata do estudo, trabalho e das propriedades das substâncias relacionadas ao calor. Ela é considerada de extrema importância para o estudo na área de engenharia nos dias atuais, visto que o uso eficiente de fontes renováveis e naturais de energia é, sem dúvidas, o principal objetivo desse ramo para o século XXI. Sua relevância merece destaque ao considerarmos os aspectos sociais, técnicos, políticos e ambientais de sua utilização como, por exemplo, na construção de uma placa fotovoltaica desenvolvida para transformar a energia proveniente do sol em energia elétrica.

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Figura 11: Geladeira.

Autores: Bianca Sarah de Oliveira Silva, Daniel Garcia Rodrigues, Erick Nathan Santos de Jesus, Gabriel de Souza Bento, LavĂ­nia Fonseca Silva, Leandra Lorrane Ferreira Rocha, Luiz Gustavo Rodrigues Cavalcante, Maria Clara Lopes Costa, Nicolly Poveda de Souza e Rafael JĂşnior Souza Santos.

Escola Estadual Yolanda Jovino Vaz.

11- Transferência de calor

Calor pode ser definido como a energia térmica em trânsito devido a uma diferença de temperatura entre dois sistemas. Em projetos de engenharia, a análise da transferência de calor é de suma importância e não pode ser desconsiderada, pois a compreensão desse mecanismo desempenha um papel crucial na concepção de vários elementos do dia-a-dia. Como exemplo de sua aplicabilidade, podemos citar o funcionamento de uma geladeira que é capaz de resfriar seu interior por meio das trocas de calor com o meio externo.

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Figura 12: Pêndulo de Newton.

Autores: Ana Beatriz Soares Camargo, Ana Clara Silva Ramos, Elhen Bruna Teixeira, Giovanna Borges Faria, João Gabriel Ribeiro, Larissa Teixeira Assis, Luiza Gabrielle Teixeira, Pedro Henrique Borges Ribeiro do Vale, Stephany Caroline de Freitas Brito e Thiago Alves Medola.

Escola Estadual Yolanda Jovino Vaz. Voluntárias: Larissa Stéphanie Alves Machado e Vitória Rodrigues Calvo.

12- Vibrações mecânicas

Vibração pode ser definida como qualquer movimento que se repete após um determinado intervalo de tempo. A teoria da vibração trata do estudo de movimentos oscilatórios de corpos e forças associadas a eles.

Um sistema vibratório é composto por um meio para armazenar a energia potencial (mola ou elasticidade), um meio para armazenar a energia cinética (massa ou inércia) e um meio de perda gradual de energia (amortecedor). Um exemplo de vibração é o movimento realizado por um pêndulo simples, como o desse mosaico, tendo em vista que ele intercala, entre suas posições, diferentes formas de energia (cinética e potencial gravitacional).

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Figura 13: Viga em I sendo suspensa.

Autores: Clara Aparecida da Silva Morais, Gabriella Luiza da Silva, Maria Fernanda S. Ribeiro, Maria Paula Dias Moreira e Pamela Aparecida dos Santos Silva.

Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

Voluntรกria: Ana Helena do Rosรกrio Matias Gonรงalves.

13- Resistência dos materiais

Os materiais precisam ser testados para que seja possível analisar suas reações em função dos fenômenos que podem envolvê-los. Independente do tipo de material, ele demandará um cálculo específico para que seja possível observar quanto a sua estrutura suporta. O estudo da Resistência dos Materiais fornece uma explicação, mais satisfatória, do comportamento dos sólidos submetidos a esforços externos, considerando o efeito interno. Um exemplo de resistência é a utilização de uma viga em I, que é um elemento estrutural de edificações. A viga é usada no sistema laje-viga-pilar para transferir os esforços verticais recebidos da laje para o pilar ou para transmitir uma carga concentrada.

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Figura 14: Colheres metálicas.

Autores: Gabriel Vítor Martins, Iran Tiago da Silva Quirino, José Augusto Miranda de Carvalho e Luciano Berto de Miranda.

Escola Estadual José Geraldo de Melo.

Voluntário: Douglas Melo dos Santos.

14- Materiais metálicos

Os materiais metálicos são compostos por, no mínimo, um elemento químico metálico. Eles são caracterizados, principalmente, por não serem transparentes à luz visível, por serem excelentes condutores de calor e de eletricidade. A condutividade elétrica dos materiais metálicos está associada à mobilidade dos elétrons dos átomos de sua estrutura cristalina, onde são arranjados de maneira ordenada. Os materiais metálicos possuem diversas aplicações no cotidiano das pessoas como, por exemplo, na composição de um jogo de colheres, conforme representado nesse mosaico.

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Figura 15: Vasos cerâmicos.

Autoras: Ana Clara da Silva, Camily Vitoria Santos Pereira, Livia Estela Elias Ferreira e Maria Cecilia Rodrigues Ferreira Melo Costa.

Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

VoluntĂĄria: Lara Ellen de Sousa.

15- Materiais não metálicos

Os materiais não-metálicos compõem uma das classes de materiais mais antigos presentes na vida do homem. Eles apresentam alta rigidez, boa resistência mecânica em altas temperaturas, baixo peso e ótimas propriedades isolantes. Esses materiais são maus condutores de calor e eletricidade, isolantes térmicos e elétricos estáveis. Apesar disso, eles garantem a isolação de partes eletrônicas e vetam a transferência de calor de um motor para a parte de dentro dos carros. Vasos cerâmicos, como os ilustrados neste mosaico, são, geralmente, duros e frágeis, têm resistência à temperatura de fusão elevadas, alto limite elástico e modo de ruptura frágil.

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Figura 16: Célula hexagonal.

Autores: Gabriel Rodrigues da Costa, João Vitor Felicío Gomes, Luís Antonio Goulart Vitalino, Matheus Junior e Ruan Pablo Felício Gomes.

Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

16- Ciência dos materiais

Ciência dos Materiais é o campo da ciência que investiga a relação entre a estrutura e as propriedades dos materiais, posto que a estrutura de um material é o arranjo de seus constituintes internos, e propriedade é a resposta do material a algum estímulo externo.

Dentre várias estruturas dos materiais, destaca-se a Estrutura Cristalina Hexagonal Compacta que é formada por células unitárias hexagonais compactas, como representado neste mosaico. Essa estrutura tem como característica o fato de que cada átomo de uma dada camada está diretamente abaixo ou acima dos interstícios formados entre três átomos das camadas adjacentes.

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Figura 17: VĂĄlvula globo.

Autores: Ana Clara Lima Fernandes, Karla Eduarda de Souza, Keverson Michael, Lais Gabrielli e LĂ­via Stela Elias Ferreira.

Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

17- Mecânica dos fluidos

Mecânica dos Fluidos é o estudo do comportamento dos fluidos que estão em repouso ou em movimento. Assim como a termodinâmica, essa é uma das disciplinas de maior importância para a formação de um engenheiro.

Ambas surgiram graças aos esforços da engenharia para suprir a mecânica com os conhecimento referentes à interpretação e modelagem dos fenômenos envolvidos no escoamento de fluidos. Nesse mosaico, temos um exemplo de funcionamento da mecânica dos fluidos representado por uma válvula globo, responsável pela regulação do fluxo de água em um sistema de tubulação.

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Figura 18: Multímetro.

Autores: Gian Carlos Bento da Silva, João Gabriel da Silva Ribeiro, João Vitor Felícios Gomes, Leandro Morais Ferreira e Leonardo Ferreira Araújo.

Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

18- Eletrotécnica

A Eletrotécnica Industrial possibilita a leitura da simbologia e a análise de projetos elétricos industriais. Além disso, ela estuda o dimensionamento básico de elementos para seccionamento e proteção de circuitos, alimentação e partida de motores elétricos. Nesse mosaico, podemos observar a representação de um multímetro, equipamento de medição que permite a análise de várias grandezas elétricas em um único instrumento.

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Figura 19: MolĂŠculas.

Autores: Ana Clara Lima Fernandes, Clara Aparecida da Silva Morais, Maria Fernanda S. Moreira e Maria Paula Dias Moreira.

Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

VoluntĂĄria: Joice Paloma Faria.

19- Química

A Química é a ciência que busca compreender as propriedades e o comportamento da matéria, por meio da análise das propriedades e do comportamento dos átomos e moléculas. Ela tem como principal objetivo estudar as transformações que envolvem a matéria. Pode-se definir matéria como tudo aquilo que ocupa lugar no espaço e possui massa. Já propriedade pode ser definida como a característica que nos permite distinguir os diversos tipos de matéria. Além disso, a Química abrange qualquer material, independente do formato, vivo ou não. Uma molécula formada por átomos de um ou mais elementos, como mostrado nesse mosaico, é apenas um exemplo dos vários tipos de moléculas existentes.

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Figura 20: Gráficos.

Autores: Gilson Neto, Jhoffre Antonio O. Alverenge, Júlia Gabriela, Nicolly Karla Gomes e Samuel Davi A. Escola Estadual Dona Maricota Pinto.

Voluntário: Túlio de Paulo Corrêa.

20- Estatística

A Estatística é uma parte da Matemática Aplicada que fornece métodos para a coleta, organização, descrição, análise e interpretação de dados que poderão ser utilizados na tomada de decisões, ou seja, “a Estatística nada mais é do que a ciência de trabalhar com dados de que dispomos e fazer interpretações sobre eles.” Por exemplo, a utilização de gráficos (em barra, pizza, etc.) é uma tentativa de expressar visualmente, de maneiras diferentes, dados ou valores numéricos, de modo a facilitar a compreensão dos mesmos.

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Bibliografia ANJOS, Talita Alves dos. “Dinâmica”; Brasil Escola. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/dinamica.htm>. Acesso em 05 de outubro de 2017.

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Caracteristicas deste livro: Formato: A5 Tipologia: GeosansLight/Cheveuxdange Papel: 1ª edição Impressão Digital: Para saber mais sobre o projeto Engenharia & Arte, acesse: www.ifmg.edu.br/arcos.engenhariaearte jefferson.silva@ifmg.edu.br

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A série Engenharia & arte é fruto de um projeto de mesmo nome realizado pelo Instituto Federal de Minas Gerais (IFMG) Campus Arcos. O projeto propõe a apresentação da engenharia e suas vertentes de atuação para a sociedade por meio de sua relação com a arte.

A presente edição da série Engenharia & arte retrata a Engenharia Mecânica.

Os mosaicos foram feitos em oficinas realizadas nas escolas públicas da cidade de Arcos, Minas Gerais: Escola Estadual Dona Maricota Pinto, Escola Estadual Yolanda Jovino Vaz e Escola Estadual José Geraldo de Melo.

Realização:

www.ifmg.edu.br/arcos/engenhariaearte jefferson.silva@ifmg.edu.br

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