Física Mecânica - Foguete

Os foguetes consistem basicamente, em um projétil que leva combustível sólido ou líquido no seu interior. Esse combustível é descarregado continuadamente na câmara de combustão e são expelidos na abertura na traseira. Essa expulsão do combustível resulta no deslocamento do foguete para cima com grande impulso e velocidade. As aletas laterais, também auxiliam no controle e estabilidade do foguete modificando a resistência do ar, fazendo com que o mesmo siga a trajetória projetada.

O funcionamento de um foguete pode ser explicado utilizando um balão de ar. Uma vez cheio, o ar é liberado, o balão se desloca no sentido contrário ao da saída do ar. Um foguete ao ser disparado para o espaço funciona exatamente como um balão. Isso ocorre devido aos foguetes funcionarem baseados na Terceira Lei de Newton, a lei da ação e reação. Essas forças são iguais em intensidade e direção, porém tem sentidos contrários.

Figura 1: Diagrama da comparação de um foguete e um balão de ar.

Ainda se pode explicar o funcionamento do foguete comparando com um processo semelhante ao de se abrir uma garrafa de champanhe, onde ao agitar a garrafa dessa bebida é liberado gás que aumenta a pressão dentro da garrafa até o ponto em que a rolha escapa e sai, abrindo a garrafa.

Figura 1: Diagrama da comparação de um foguete e uma garrafa de champagne.

Para explicar esse lançamento de forma matemática pode-se usar as fórmulas que são do movimento parabólico:

y(t)= y_0+v_oy .t+1/2 .g.t^2 (Função do eixo y) (Eq. 1)

x(t)= x_0+v_0x .t (Função do eixo x) (Eq. 2)

v_0x=v_0.cosθ

v_0y=v_0.senθ

A=v_0.√(2H/g) (Função do alcance) (Eq. 3)

Em que:

A: alcance (m)

v_0: velocidade inicial (m/s)

H: altura da queda (m)

g: aceleração da gravidade (m/s^2)

Lembrando que quem atua como a força no eixo x é o vento que em condições normais do dia a dia interfere nesse lançamento. Caso não houvesse essa interferência esse movimento seria vertical apenas.

OBJETIVOS

Montar um foguete de propulsão a água com uma boa aerodinâmica juntamente com um paraquedas;

Perceber a aplicabilidade da terceira lei de Newton;

Entender as forças que atuam no processo de lançamento do foguete;

MATERIAIS E MÉTODOS

Materiais utilizados

Foram utilizados nesse experimento:

2 garrafas descartáveis (PET);

Isopor ;

Fita adesiva;

1 bomba com mangueira e válvula modificadas especialmente para lançamentos desse tipo;

1 saco plástico ;

1 metro de cordão ou linha;

Cartolina (para o cone que cobrirá o paraquedas);

Figura 3: Diagrama do aparato experimental utilizado.

3.2. Procedimento Experimental

Para a câmara de compressão foi utilizado uma garrafa inteira sem alterações. Esta é a parte do foguete em que estará contido o seu combustível (a água). Para a parte de cima, utilizou-se apenas a parte de cima da outra garrafa (cônica). Essa peça tem a função de minimizar o atrito do ar durante o vôo do foguete, fornecendo ao mesmo um formato mais aerodinâmico. Em seguida, fixou-se a parte cônica no fundo da outra garrafa inteira com a fita adesiva. O próximo passo é a construção das aletas do foguete. Cortou-se o isopor no formato de trapézios, de modo que eles se fixassem na parte cônica da garrafa inteira (câmara de compressão). Utilizando a fita adesiva, fixou-se as quatro aletas na parte cônica da garrafa inteira, de modo que fiquem igualmente distribuídas ao redor da garrafa.

Para fazer o paraquedas cortou-se um círculo um pouco arredondado (aproximando-se de uma semicircunferência oca), após isso coloque cordão em 4 extremidades e prenda no foguete com fita adesiva, ou coloque na tampa da garrafa (a que foi cortada e posteriormente encaixada no garrafa inteira). Para o cone corte de forma triangular um pedaço da cartolina e fixe-o com fita adesiva formando um cone (Esse cone deve ficar bem frouxo para que durante a queda do foguete ele solte e o paraquedas se arme).

Com o foguete montado colocou-se a base no local de lançamento, colocou-se água dentro do foguete o equivalente a 1/3 da garrafa em seguida encaixou-se a rolha com o tubo de caneta no bocal da garrafa, vedando-a para que a água não derramasse. A rolha deve ficar bem apertada, pois esse será um dos fatores mais importantes para maior ascensão do foguete.

Feito isso bombeou-se o ar para dentro do foguete até que o foguete foi lançado.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Foi notável que o foguete se movimenta segundo a terceira Lei de Newton, que diz: "A toda ação corresponde uma reação de igual intensidade, mesma direção e sentido contrário" assim como um foguete de verdade, apenas diferenciando o combustível (De gases resultantes da combustão para a água). Quando a “boca” da garrafa se desprende da base, o ar comprimido empurra a água para o exterior em grande velocidade, gerando uma força para baixo e uma reação para cima (o movimento do foguete). Observou-se que quanto menor a massa do foguete maior é a aceleração alcançada por ele, pois a força necessária para vencer a inércia será menor. Notou-se que a água é expelida para fora do foguete após o lançamento devido a pressão interna ser maior que a pressão externa impulsionando a água e promovendo o movimento. Além da pressão, foi percebido que a força peso e a resistência do ar tem grande participação nesse movimento.

CONCLUSÃO

A reprodução da experiência do Lançamento do foguete de propulsão a água mostrou que muitos fenômenos físicos são abordados em uma simples prática. Foi notada a interferência dos fatores externos, como o vento, a resistência do ar e a força gravitacional e peso do foguete (aumentaria a força gravitacional) que levarão os resultados práticos a serem diferentes dos resultados teóricos. Foi percebido também que esse lançamento é explicado pelas equações do movimento parabólico.

Por fim conclui-se que seguindo os passos com cautela o resultado tende a ser satisfatório já que o procedimento é simples.

BIBLIOGRAFIA

<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAASiIAL/trabalho-foguete> Acessado em 28 de Setembro de 2013.

<http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol8/Num2/v08n02a02.pdf> Acessado em 28 de Setembro de 2013.

<http://alfa-educacao.com.br/foguete-caseiro/> Acessado em 28 de Setembro de 2013.

<http://fisicanaengenharia.blogspot.com.br/2011/11/foguete-de-garrafa-pet.html> Acessado em 28 de Setembro de 2013.

<http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=32259> Acessado em 28 de Setembro de 2013.

<http://www.feiradeciencias.com.br/sala08/08_29.asp> Acessado em 28 de Setembro de 2013.

<http://www.ucb.br/sites/100/118/TCC/2%C2%BA2008/TCC05MarcoSodre.pdf> Acessado em 28 de Setembro de 2013.

<http://cloestilo.blogspot.com.br/2012_12_01_archive.html> Acessado em 29 de Setembro de 2013.

<http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem2_2009/LucasC_Luengo_RF2.pdf> Acessado em 29 de Setembro de 2013.

HEWITT, Paul G. Fundamentos de Física Conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2009.

440 p.; 28cm.