foguetismo

de rodrigoriewe | trabalhosfeitos.com

Introdução

Um foguete espacial é uma máquina que se desloca expelindo atrás de si

um fluxo de gás a alta velocidade. Por conservação da quantidade de movimento

(massa multiplicada por velocidade), o foguete desloca-se no sentido contrário com

velocidade tal que, multiplicada pela massa do foguete, o valor da quantidade de

movimento é igual ao dos gases expelidos.

Por extensão, o veículo, geralmente espacial, que possui motor(es) de propulsão

deste tipo é denominado foguete, foguetão ou míssil. Normalmente, o seu objetivo é

enviar objetos (especialmente satélites artificiais e sondas espaciais) e/ou naves

espaciais e homens ao espaço (veja atmosfera).

Um foguete é constituído por uma estrutura, um motor de propulsão por reacção e

uma carga útil. A estrutura serve para albergar os tanques de combustível e oxidante

(comburente) e a carga útil. Chama-se também "foguete" ao motor de propulsão

apenas.

Existem várias formas de forçar os gases de escape para fora do foguete com energia

suficiente para conseguir propulsionar o foguete para a frente (i.e., vários tipos

de motor de foguete). O tipo mais comum, que inclui todos os foguetes espaciais que

existem atualmente e que voaram até hoje, são oschamados foguetes químicos, que

funcionam libertando a energia química contida no seu combustívela través de

processo de combustão. Estes foguetes necessitam de transportar também um

comburente para fazer reagir com o combustível. Esta mistura de gases

sobreaquecidos é depois expandida numa tubeira divergente, a Tubeira de

Laval também conhecida como Tubo de Bell, por forma a direccionar o gás em

expansão para trás, e assim conseguir propulsionar o foguete para a frente.

Existem no entanto outros tipos de motor, por exemplo os motores nucleares térmicos,

que sobreaquecem um gás até altas temperaturas, bombardeando-o

com neutrões provenientes do decaimento do seu combustível nuclear. Esse gás é

depois expandido na tubeira tal como nos foguetes químicos. Estes tipo de foguete foi

desenvolvido e testado nos Estados Unidos durante a década de 60 do século

passado, mas nunca chegou a ser utilizado. Os gases expelidos por este tipo de

foguete são radioativos, o que desaconselha o seu uso dentro da atmosfera terrestre,

mas podem ser utilizados fora dela. Este tipo de foguete tem a vantagem de permitir

eficiências muito superiores às dos foguetes químicos convencionais, uma vez que

permitem acelerar os gases de escape a velocidades muito superiores. Atualmente é a

Rússia que se destaca no desenvolvimento dos motores nucleares térmicos,

recuperando oantigo programa espacial soviético.

A origem do foguete é provavelmente oriental. A primeira notícia que se tem do seu

uso é do ano 1232, na China, onde foi inventada a pólvora.

Existem relatos do uso de foguetes chamados flechas de fogo voadoras no século XIII,

na defesa da capital da província chinesa de Henan.

Os foguetes foram introduzidos na Europa pelos árabes.

Durante os séculos XV e XVI foi utilizado como arma incendiária. Posteriormente, com

o aprimoramento da artilharia, o foguete bélico desapareceu até ao século XIX, e foi

utilizado novamente durante as Guerras Napoleônicas.

Os foguetes do coronel inglês William Congreve foram usados na Espanha durante o

sítio de Cádiz (1810), na primeira guerra Carlista (1833 -1840) e durante a Guerra do

Marrocos (1860).

Nos finais do século XIX e princípios do século XX, apareceram os primeiros cientistas

que viram o foguete como um sistema para propulsionarveículos

aeroespaciais tripulados. Entre eles destacam-se o russo Konstantin Tsiolkovsky,

o alemão Hermann Oberth e o estadunidense Robert Hutchings Goddard, e, mais

tarde os russos Sergei Korolev e Valentin Gruchensko e o alemão Wernher von Braun.

Os foguetes construídos por Goddard, embora pequenos, já tinham todos os princípios

dos modernos foguetes, como orientação porgiroscópios, por exemplo.

Os alemães, lideradospor Wernher von Braun, desenvolveram durante a Segunda

Guerra Mundial os foguetes V-1 e V-2 ( A-4 na terminologia alemã ), que foram a base

para as pesquisas sobre foguetes dos Estados Unidos e da URSS no pós-guerra.

Ambas as bombas nazistas, usadas para bombardear Paris e Londres no final da

guerra, podem ser mais bem definidas como míssil. A rigor, a V-1 não chega a ser um

foguete, mas um míssil que voa como avião a jato.

Inicialmente foram desenvolvidos foguetes especificamente destinados para uso

militar, normalmente conhecidos como mísseis balísticos intercontinentais. Os

programas espaciais que os estadunidenses e os russos colocaram em marcha

basearam-se em foguetes projetados com finalidades próprias para a astronáutica,

derivados destes foguetes de uso militar. Particularmente os foguetes usados

no programa espacial soviético eram derivados do R.7, míssil balístico, que acabou

sendo usado para lançar as missões Sputnik

ESTABILIDADE DO FOGUETE:

Uma simples garrafa pode ser lançada como foguete, porém ela vai girar e rolar,

gerando um arrasto (força que tende a empurrar o foguete para trás) muito maior do

que outra garrafa que consegue manter-se com o nariz sempre apontado para frente.

ÂNGULO DE ATAQUE:

Os foguetes são veículos projetados para se deslocar numa direção vertical, vencendo

a força da gravidade. Um foguete, portanto,terá melhor desempenho sempre que se

mover de forma mais alinhada ao fluxo de ar quanto possível. Esse ângulo formado

pela posição da fuselagem do foguete em relação ao fluxo de ar produzido pelo seu

deslocamento é chamado ângulo de ataque e quanto menor for esse ângulo, mais

alinhado o foguete estará. Um foguete se deslocando pelo ar (sem vento) e o ar

passando alinhadamente ao longo do corpo é a situação denominada atitude neutra.

Se essa situação não for perturbada, o foguete permanecerá voando na mesma

direção. Se o foguete for perturbado, por uma rajada de vento ou uma aleta

desalinhada, ele passará à uma posição de ângulo de ataque maior que zero. Um

foguete estável faz correções contínuas durante seu vôo, oscilando e tentando manter

o ângulo de ataque sempre em zero. Entretanto, se ele começa a voar em ângulos

cada vez maiores e eventualmente dá cambalhotas no ar ele tem uma atitude instável.

Por outro lado, um foguete que esteja neutramente estável (sem oscilar), continuará

voando na mesma direção, mesmo que tenha um ângulo de ataque maior que zero.

Há dois fatores principais que influenciam a estabilidade de vôo do foguete: o centro

de gravidade (CG) e o centro de pressão (CP). Para que um foguete tenha uma

atitude estável, o CG deve estar à frente do CP.

CENTRO DE GRAVIDADE:

O centro de gravidade de um foguete é muito fácilde ser encontrado. Basta

simplesmente que ele seja equilibrado (todo carregado exceto pela água) em cima de

uma régua ou algo parecido colocada na perpendicular da fuselagem. O ponto no qual

o foguete ficar na horizontal indica o centro de gravidade ( que na verdade estará no

interior do foguete).

CENTRO DE PRESSÃO:

O centro de pressão é mais difícil de se achar. O CP funciona do mesmo jeito que o

CG, exceto que as forças envolvidas são aerodinâmicas, em vez de gravitacionais.

Elas decorrem da pressão que o ar faz ao passar pelas várias partes do foguete

durante o vôo e o CP é o ponto onde a pressão parece estar mais concentrada. Para

calculá-lo pode ser usada uma forma que, embora não tenha precisão suficiente para

lançar grandes foguetes, funciona muito bem com pequenos veículos. Basta desenhar

a silhueta exata do foguete num papelão.

Não é preciso ser em tamanho real, basta que esteja em escala. Recortar e equilibrar

do mesmo jeito que foi feito no CG. Para que o foguete tenha uma estabilidade

razoável, o CP deve estar atrás do CG a uma distância, no mínimo, igual ao diâmetro

da maior seção do foguete (1 calibre).

TÚNEL DE VENTO:

As grandes empresas aeroespaciais possuem túneis de vento que são ao mesmo

tempo caríssimos e muito precisos.

Para foguetes pequenos não é necessária tamanha precisão. Basta preparar o foguete

para olançamento, mas sem água. Amarrar um pedaço de cerca de 2,5m de barbante

na fuselagem, na altura do centro de gravidade. Segura-se o foguete pelo barbante a

1m de distância, aponta-se o nariz do foguete para a direção para onde vai ser girado

e começa-se um movimento giratório por cima da cabeça. À medida em que o foguete

for aumentando a velocidade, libera-se mais barbante até que ele fique a uma

distância de cerca de 2m. Se o nariz do foguete continuar apontando para a direção do

giro, sem virar, pode-se ter certeza que o foguete está estável e seguro para voar.

No inicio é provável que o foguete fique instável. A velocidade inicial do giro ainda é

muito menor do que a velocidade real de lançamento e as forças aerodinâmicas ainda

não estão atuando fortemente. Quanto mais rápido for girado, mais próximo da

situação real será o teste. Na verdade, o teste pode ser até sensível demais. Sendo

assim, um foguete que conseguir passar marginalmente no teste fará vôos estáveis.

Caso o foguete apresente um comportamento super estável durante o teste, pode

haver alguns problemas. O principal problema disso é que ele terá uma forte tendência

de virar em direção ao vento.

AJUSTES:

Uma forma de corrigir instabilidade é fazer com que o CP seja levado mais para trás.

Consegue-se isso deslocando- se as aletas mais para trás ou fazendo-as

maisalongadas nessa mesma direção. Também pode-se fazer com que o CG seja

levado mais para frente. Basta adicionar pesos ao nariz. Esse peso pode ser em forma

de chumbadas de pescaria ou simplesmente de água adicionada a um eventual

compartimento superior do foguete.

PROPULSÃO:

INÉRCIA:

Lei da Inércia diz que "Qualquer corpo em movimento continuará se movendo e

qualquer corpo parado permanecerá parado até que alguma força externa aja sobre

ele". Em outras palavras, inércia é a tendência que os objetos têem de resistir a

mudanças no movimento. Ela tem a ver com a massa do objeto.

Uma garrafa mais cheia tem mais inércia, pois possui mais massa. Mais inércia quer

dizer mais resistência a mudanças de direção. O vento precisa trabalhar mais para

alterar o curso da garrafa.

SEGUNDA LEI DE NEWTON:

A Segunda Lei de Newton diz que a Força aplicada é igual à massa vezes a

aceleração, ou: F=m·a. Se dois foguetes aplicam forças iguais, uma garrafa de maior

massa (mais cheia) terá umamenor aceleração.

COMO O FOGUETE FUNCIONA:

Uma lei fundamental do movimento descoberta, no séc. XVII pelo cientista inglês Isaac

Newton, explica como os foguetes funcionam. Essa lei diz que a toda ação

corresponde uma reação igual e em sentido contrário. A lei de Newton explica por que

o escapamento de água de uma garrafa plástica propulsiona-a (impele para a frente)

emvôo. Um compressor injeta ar dentro da garrafa. O ar ocupa o local que antes era

ocupado pela água, forçando-a para fora. Essa água pressiona igualmente para fora,

em todas as direções, as paredes internas do foguete. A pressão da água contra uma

parte do foguete equilibra a pressão do gás contra a parte oposta. A água sai pela

parte posterior do foguete por um tubo, o ejetor (gargalo da garrafa). Essa água de

exaustão não equilibra a pressão da água contra a parte dianteira do foguete. A

pressão desigual impele o foguete para diante. A passagem da água pelo ejetor de um

foguete é a ação descrita na lei de Newton. A reação é o continuo empuxo (força

propulsora) do foguete para afastar-se do fluxo do gás de exaustão.

Portanto o empuxo depende tanto da velocidade com que a água é expelida quanto do

"tamanho" do bocal de saída. Assim, o empuxo pode ser calculado como sendo

aproximadamente igual ao dobro do produto da pressão pela área da seção do bocal.

Ou seja,e = 2·P·A. As unidades são newtons (N) para o empuxo, pascais (Pa) para a

pressão e metros (m) para o diâmetro. A área de um círculo é encontrada pela

fórmula A = 2·pi·r².

Bibliografia

Projeto Omega:

http://projetoomega-foguetismo.blogspot.com.br/ (Disponivel em 13/09/2013);

http://pt.wikipedia.org/wiki/Foguete_espacial (Disponivel em 13/09/2013);