sábado, 2 de maio de 2015

Estudo aprofundado do foguete - 2º parte - A Base

Para esta postagem nos baseamos no ditado de que "Uma imagem vale mais que mil palavras", e resolvemos postar também tutoriais de base de foguete de garrafa PET em vídeo, ao invés de explicações escritas, que podem ser confusas às vezes. 
Todos os três abaixo seguem praticamente o mesmo estilo de base. Uns são apenas mais rápidos de fazer, e outros, mais trabalhosos.





Relatório referente ao projeto do foguete de água - 1º semana

Durante a 1° semana de Maio, o grupo organizou as tarefas das quais cada membro estaria encarregado de realizar, foram feitas as pesquisas dos temas das duas primeiras postagens obrigatórias do mês e postada a primeira delas; Estudo Aprofundado do Foguete de Água.
Além, de uma pequena reunião de dois integrantes do grupo para decidir a primeira data de teste do foguete e inicio da seleção dos materiais necessários para tal.

Estudo aprofundado do foguete de água - 1º parte - O Foguete

Considerando a grande divergência de informações encontradas em uma pesquisa sobre as origens do foguete à água, aqui estão os três argumentos mais concisos e suas respectivas fontes:


Os primeiros foguetes que surgiram na humanidade eram de tubos de bambu cheios de uma espécie de pólvora que eram utilizados em festividades religiosas na China. Os chineses foram os primeiros a experimentar tubos cheios de pólvora com arcos para fins militares. Nestes lançamentos acabaram descobrindo que os tubos contendo pólvora poderiam lançar-se com a impulsão dos gases liberados pela reação química. Nascia o primeiro foguete. 



Na década de 1960, o Japão importou foguetes de água de brinquedo feitos na Alemanha e nos Estados Unidos.
Em meados dos anos 1980, competições de foguetes de água foram realizadas na Escócia.
Em 1974, nos Estados Unidos, garrafas PET para bebidas carbonatadas - agora o predominante material de foguete de água - foram empregados em primeiro lugar. O uso de garrafas PET tornou-se comum com a popularização dessas garrafas entre os consumidores.
 Talvez a primeira publicação que abordou a fabricação de foguetes de água à base de garrafas PET foi em agosto de 1983, na edição da revista americana "Notícias da Mãe Terra ."




1930 Prof Jean Le Bot, Rennes, França
Enquanto ainda estava na escola e com uma mente inventiva, o jovem Jean Le Bot experimentou com uma garrafa de champanhe preenchido parcialmente com água e  por ar comprimido a partir de uma bomba de bicicleta, alimentado através de uma rolha com uma válvula de tubo interior no seu centro.
O foguete foi lançado de uma prancha inclinada formando uma rampa.
Os foguetes de garrafa de vidro de champanhe invariavelmente quebravam na aterrizagem.
Jean Le Bot mais tarde se tornou professor de Física na Universidade de Rennes.       
 - Isso é baseado em uma conversa com Jean Le Bot em 1997 - 
         

Conceitos físicos envolvidos no projeto do foguete

1. PROPULSÃO DOS FOGUETES                                                                                                         

Baseados na Terceira Lei de Newton, Ação e Reação, o combustível do foguete -água e ar pressurizado, no caso- são liberados, fazendo o foguete se deslocar no sentido contrário da saída do combustível. Essas forças (para baixo, ar e água; para cima, foguete) apresentam a mesma intensidade e direção, porém, sentidos contrários.                                                                       

https://sites.google.com/site/projetostiengenharia/home/fisica-na-pratica
2. CONTROLE E ESTABILIDADE DOS FOGUETES                                                                    Estabilidade é a capacidade de um objeto de manter sua trajetória, e depende do Centro de massa e do Centro de Pressão.                               
Centro de Massa é o ponto de equilíbrio do foguete. Já o Centro de Pressão é onde atuam a resultante das forças aerodinâmicas, as quais o projétil está sujeito. Depende do comprimento da ponta do foguete, do comprimento dele em si e da forma e dimensões das aletas.                    
Para que o foguete tenha estabilidade e mantenha sua trajetória, seu CM deve ser próximo à ponta do projétil, e o CP, logo abaixo.                                                                                                                                            
3. NOÇÕES DE AERODINÂMICA                                                                                                         Aerodinâmica é a ciência que estuda as forças que atuam sobre corpos em movimento, em meios fluidos (líquidos e gases).                                                                                                     
Tal conhecimento obtido através de observações em um túnel de vento possibilitou a definição das melhores formas para o deslocamento de objetos em fluidos.    
                                                
 4. FORÇA DE RESISTÊNCIA FLUIDA                                                                                                Um corpo que se desloca em um meio fluido sofre ação de uma força que se opõe ao seu movimento (contrária ao movimento); a Força de Resistência Fluida.     
                                       
5. COEFICIENTE DE ARRASTO DE UM CORPO
Arrasto é a resistência de um objeto, o foguete, em um meio fluido, no caso, o ar.
Seu cálculo depende da força de arrasto, densidade do fluido, velocidade do objeto e a área de referência ( parte do foguete)

6. ÁREA DO CORPO VOLTADA PARA O MOVIMENTO                                                                  Quanto menor a superfície de contato com o ar, menor sua resistência sobre o foguete. Por isso as pontas dos foguetes são sempre mais finas que o restante deles.      
                                        
7. DENSIDADE DO AR                                                                                                                            Se o ar estiver muito denso, vai oferecer maior resistência ao movimento do foguete; se estiver pouco denso, o contrário. Temperatura, pressão, altitude e umidade do ar são fatores que influenciam a densidade.                                                                                                                 
Como exemplo, quanto maior a temperatura, menos denso é o ar.             
                                     
8. VELOCIDADE RELATIVA                                                                                                              Quanto maior a velocidade do foguete, maior é a força de resistência do ar sobre ele.  
                    
9. ACELERAÇÃO DA GRAVIDADE                                                                                                     Como o foguete não sairá da atmosfera terrestre, sua Aceleração da Gravidade será sempre de 9,8 m/s².  E essa força fará resistência ao movimento de subida do foguete.        
                              
10. VELOCIDADE DE DESCARGA DO COMBUSTÍVEL DO FOGUETE                                     Cada molécula de água expelida pelo foguete possuem uma Velocidade diferente, por isso se considera apenas a Velocidade Média delas.                                                                                             A  pressão do ar, altura do líquido em relação à base da garrafa, velocidade de descida, aceleração da gravidade e densidade da água são fatores levados em consideração no cálculo da Velocidade de descarga da água.                                                                                                   
Obviamente, quanto maior o V, mais rápido e mais alto o foguete subirá.




Sites:
https://www.ucb.br/sites/100/118/TCC/2%C2%BA2008/TCC05MarcoSodre.pdf
http://pt.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_resist%C3%AAncia_aerodin%C3%A2mica

Estudo aprofundado do foguete de água

Os potentes foguetes espaciais  de hoje são o resultado de mais de 2.000 anos de invenções, experimentação e descobertas. Primeiro por observação e inspiração e, em seguida, por pesquisa metódica, as bases para o foguetismo moderno foram estabelecidas.

Muitas vezes perdido nas sombras do tempo, os pioneiros dos foguetes primeiros "empurraram o envelope" através da criação de dispositivos de propulsão de foguetes para terra, mar, ar e espaço. Quando os princípios científicos que regem o movimento foram descobertos, foguetes graduaram-se de brinquedos e novidades à dispositivos  para o comércio, guerras, viagens e investigação. Este trabalho nos levou à  muitas das mais surpreendentes descobertas do nosso tempo.

O início dos Rockets

Archytas, 428-347 aC
Filósofo grego, matemático e astrônomo.
Relatos dizem que construiu e fez voar um pequeno dispositivo em forma de pássaro, impulsionado por um jato de vapor ou ar comprimido. O "pássaro" pode ter sido suspensos por um fio ou montado na extremidade de uma barra que girava em torno de algum tipo de articulação. Este foi o primeiro dispositivo, de que se tem conhecimento, que usava propulsão de foguetes.




Mecanismo do herói, c. A. D. 10 à 70
Apesar de não ser um foguete, o princípio fundamental por trás do foguete, propulsão, foi empregada em um motor a vapor inventado pelo Herói de Alexandria. 
A aparência exata do motor do herói não é conhecida, mas
consistia em uma espécie de vaso de cobre aquecido por uma fogueira embaixo.
A água na embarcação se transformava em vapor e viajava por dois tubos até uma esfera oca que era livre para girar. Dois tubos em forma de L da esfera permitiam que o vapor escapasse em jatos de gás. 
A esfera rodado rapidamente na direção oposta dos jatos. O motor de herói foi visto como um brinquedo divertido, e seu potencial não recebeu o devido reconhecimento por cerca de mil anos.






Setas de fogo chinesas, AD 1232
As origens da pólvora não são claras, mas os chineses alegadamente tinha uma forma rudimentar de que, no primeiro século, AD Uma mistura de salitre, enxofre e carvão em pó produzia faíscas coloridas e fumaça quando inflamado.Tal  pó foi usado para fazer fogos de artifício. Tubos de bambu e couro, fechados em uma extremidade, foram enchidos com pólvora. Dependendo de como o pó era embalado e o tamanho da abertura, uma fonte de faíscas ou um estrondo ocorreriam quando o  pó fosse inflamado. É provável que alguns fogos de artifício deslizaram por causa do impulso produzido a partir dos gases que escapavam da extremidade aberta. Assim, o foguete nasceu. 


A ciências dos Rockets

Galileu Galilei, 1564-1642

Além de suas muitas outras realizações, este astrônomo italiano
e matemático reacendeu o espírito de experimentação científica e desafiou velhas crenças relativas à massa e a gravidade. Provou que um objeto em movimento não precisa da aplicação contínua de força para se manter em movimento. Ele chamou isso de propriedade da matéria, que causa resistência às mudanças na velocidade; inércia. A inércia é um das propriedades fundamentais que Isaac Newton viria a incorporar em suas leis do movimento, mais tarde.




Leis de Newton sobre movimento, 1642-1727
Resultado de imagem para isaac newtonCientista inglês, Sir Isaac Newton resumia toda a ciência de foguetes em três leis científicas. Publicado em Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, suas leis previamente compreendidas intuitivamente por construtores de foguetes anteriores, proporcionou a base para a ciência moderna de foguetes. (O capítulo "Princípios dos Foguetes" centra-se sobre estas leis e o capítulo "Foguetismo Prático" demonstra as aplicações dessas leis.)




Pioneiros dos foguetes modernos

Konstantin E. Tsiolkovski, 1857-1935
Era professor, teórico e pioneiro astronáutico. 
Filho de um engenheiro florestal polonês que emigrou para a Rússia, ele escreveu e ensinou extensivamente sobre  viagem espacial humana e é considerado o pai da cosmonáutica e dos voos tripulados. Tsiolkovski defendia e apoiava os motores de foguete de propulsão líquida, estações espaciais orbitais, energia solar e colonização do Sistema Solar. Seu trabalho mais famoso,  "Research into Interplanetary Space by Means of Rocket Power" (Pesquisa no Espaço Interplanetário por Meio da Capacidade do Foguete), foi publicado em 1903, mesmo ano em que os irmãos Wright conseguiram realizar um voo de avião controlado. Sua equação sobre foguetes, com base na segunda lei do movimento de Newton, relaciona a velocidade de exaustão do motor do foguete com a mudança de velocidade  do próprio foguete.


Robert H. Goddard, 1882-1945
Professor universitário americano e cientista.
Construiu e fez voar o primeiro foguete de propulsão líquida do mundo, em 16 de Março de 1926. Seu voo, embora não impressionante (subiu apenas 12,5 metros), foi o precursor do foguete Saturn V Lua, 43 anos mais tarde. 
Também desenvolveu um  sistema giroscópio para controlar seus foguetes em voo, compartimentos de carga e um sistemas de recuperação de paraquedas. É muitas vezes referido como o "pai dos foguetes modernos."



A Era do Espaço tem inicio

O primeiro satélite artificial do mundo
Resultado de imagem para O primeiro satélite artificial do mundoNa conclusão da Segunda Guerra Mundial, os Estados Unidos e a União Soviética estavam envolvidos em uma corrida para o espaço. A União Soviética venceu a primeira rodada com o lançamento de seu satélite Sputnik I em 4 de outubro de 1957. O satélite tinha um design esférico com quatro antenas e pesava 83,6 quilogramas. Dois meses depois,  Sputnik II atingiu o espaço com um passageiro vivo.
Laika, um cão pequeno, orbitou a Terra por algumas horas. Embora tenha morrido no espaço,ela abriu o caminho para todos os seres humanos que se seguiram.



Yuri Gagarin entra em órbita
Em 12 de abril de 1961, o espaço tornou-se o domínio dos seres humanos com o lançamento do cosmonauta Yuri Gagarin. Seu voo espacial durou 1 hora e 48 minutos. Durante esse tempo, Gagarin orbitou a Terra uma vez dentro de sua
Vostok 1 cápsula espacial, alcançando uma altitude máxima de 315 km (196 milhas). Após a reentrada, Gagarin ejetou-se da cápsula à uma altitude de 6.100 metros (20.000 pés) e desceu de paraquedas até o chão, em segurança.









Referências da informações e das imagens:
https://www.nasa.gov/pdf/153410main_Rockets_History.pdf
http://en.kunming.cn/index/content/2011-01/27/content_2410031.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitas_de_Tarento
http://equipedeluz.blogspot.com.br/2014/12/galileu-galilei-1564-1642.html
http://parquedaciencia.blogspot.com.br/2014/03/isaac-newton-o-pai-da-fisica-moderna.html
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_781.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Konstantin_Tsiolkovsky
http://topazio1950.blogs.sapo.pt/275890.html
http://www.dw.de/1961-yuri-gagarin-no-espa%C3%A7o/a-495389
http://www.sussexsteam.co.uk/Hero.html