Explorando o Espaço com Engenhosidade Caseira: Construindo um Foguete de Garrafa PET

Desvendando o Cosmos: Construindo e Analisando Foguetes:

Bem-vindos, entusiastas da ciência e exploradores do desconhecido! Hoje, mergulharemos em um projeto emocionante e educativo: a construção de um foguete de garrafa PET. 

 

 

Este projeto não apenas nos permite explorar os fundamentos da física e da engenharia, mas também nos oferece uma oportunidade prática de mergulhar no mundo da exploração espacial sem sair de casa. Vamos começar!

Descobrindo os Segredos do Espaço em Nossa Casa:

Nosso objetivo é claro: desvendar os mistérios por trás dessas magníficas máquinas, desde seus fundamentos físicos até a montagem completa, e, por fim, conduzir análises detalhadas que nos permitam compreender melhor esse fascinante campo. 

 

Preparem-se para uma aventura repleta de descobertas, experimentação e aprendizado!

Nossa jornada começa com a escolha de materiais adequados, a compreensão dos princípios básicos que regem o voo dos foguetes e a montagem cuidadosa de nossa própria criação.  

À medida que avançamos, não apenas desvendaremos a ciência por trás do funcionamento dos foguetes, mas também nos envolveremos em uma verdadeira imersão no vasto campo da exploração espacial.

 

O Contexto do Nosso Projeto

Os foguetes têm uma história fascinante que remonta a séculos atrás, quando a humanidade começou a explorar os céus em busca de conhecimento e aventura. 

Esses dispositivos engenhosos aproveitam os princípios fundamentais da física para gerar propulsão e impulsionar-se pelo vasto vazio do espaço. Desde sua utilização em contextos militares até competições esportivas emocionantes, os foguetes têm desempenhado papéis diversos e importantes ao longo dos tempos.

Nosso objetivo final? Desenvolver um modelo funcional de foguete e analisar minuciosamente sua montagem, explorando cada etapa do processo com curiosidade e dedicação.

 

A Ciência por Trás do Foguete:

Entendendo o Ângulo de Lançamento:

Antes de mergulharmos nos cálculos, vamos entender a importância do ângulo de lançamento em nosso foguete. 

O ângulo de lançamento refere-se à inclinação da trajetória do foguete em relação à superfície da Terra no momento do lançamento. Escolher o ângulo correto pode determinar o sucesso ou o fracasso de sua trajetório ideal, influenciando diretamente a altura e a distância alcançadas pelo foguete.

 

Princípios Físicos Envolvidos:

Para compreendermos como o ângulo de lançamento afeta o voo do nosso foguete, precisamos revisar alguns princípios físicos fundamentais. O lançamento de um foguete é regido pelas leis do movimento de projéteis, especificamente pela conhecida equação de movimento de projéteis:

$h=v_0^2\cdot {\sin }^2(\theta )\mathrm{/}2g$

Nesta equação:

• $h$   representa a altura máxima alcançada pelo foguete,
• $v_0$   é a velocidade inicial do foguete,
• $\theta$   é o ângulo de lançamento, e
• $g$   é a aceleração devido à gravidade.
  

 

Calculando o Ângulo de Lançamento Ideal:

Agora que entendemos os princípios físicos envolvidos, podemos avançar para o cálculo do ângulo de lançamento ideal para o nosso foguete de garrafa. Este cálculo depende de uma série de variáveis, incluindo a velocidade inicial desejada, a altura que desejamos alcançar e até mesmo as condições meteorológicas no momento do lançamento.

 

Ilustração da trajetória a partir de diferentes ângulos de lançamento:

Para encontrar o ângulo ótimo, podemos utilizar métodos de cálculo trigonométrico ou até mesmo simulações computacionais. 

Geralmente, um ângulo de lançamento próximo a 45 graus é considerado ideal para atingir a máxima altitude. 

Isso ocorre porque um ângulo de 45 graus permite que o foguete alcance uma combinação ideal entre a verticalidade necessária para superar a gravidade e a horizontalidade que permite percorrer uma grande distância antes de retornar à Terra. 

Por outro lado, quando se trata de maximizar a distância de lançamento, um ângulo mais raso pode ser mais eficaz. 

Isso porque um ângulo menor, próximo a 30 graus, permite que o foguete permaneça mais tempo na fase de aceleração horizontal, percorrendo uma maior distância antes de começar a cair

Compreendendo o papel crucial do ângulo de lançamento e os cálculos relevantes envolvidos, estamos prontos para elevar nosso projeto a novas alturas.

 

Modelagem Tridimensional do Protótipo :

 

Figura 1: Vista lateral do foguete. Fonte: Modelagem criada em SkethUp por autor.  

 

Figura 2: Vista superior do foguete. Fonte: Modelagem criada em SkethUp por autor. 

 

 

Figura 3: Vista lateral do foguete. Fonte: Modelagem criada em SkethUp por autor.  

 

Figura 4: Vista lateral do foguete. Fonte: Modelagem criada em SkethUp por autor.  

Montagem do Foguete: Transformando Ideias em Realidade:

Montar um foguete é uma aventura que combina habilidade técnica e criatividade. Para iniciar este emocionante processo, precisaremos reunir os materiais certos: duas garrafas PET, pasta plástica, papel ou placas de raio-X, um balão ou argila, e fita adesiva ou cola.

 

 Exemplo de foguete de garrafa PET:

 

Preparando as Garrafas e Criando o Corpo do Foguete:

Primeiramente, retiramos os rótulos e garantimos que as garrafas estejam limpas e prontas para uso. 

Em seguida, selecionamos uma garrafa para servir como o corpo principal do foguete, enquanto a outra será utilizada como o nariz, cortando-a para obter o tamanho desejado.

 

Fixando o Nariz e Criando as Asas e a Cauda:

Fixar o nariz no corpo do foguete é crucial para evitar vazamentos durante o lançamento. Em seguida, criamos as asas e a cauda do foguete utilizando pasta plástica, papel ou placas de raio-X, cortadas em um formato aerodinâmico para garantir estabilidade durante o voo. Fixamos essas partes no corpo do foguete com fita adesiva ou cola, garantindo uma conexão firme e alinhada.

 

Preparando o Propulsor e Verificando os Componentes:

Após prepararmos o propulsor de acordo com as instruções fornecidas, verificamos cuidadosamente se todos os componentes estão firmemente fixados e sem vazamentos.

 

Equilibrando o Foguete para o Lançamento:

Por fim, amarramos um barbante no meio do foguete, assegurando que ele fique horizontalmente estável quando suspenso, garantindo um alinhamento correto do centro de massa. Se necessário, adicionamos peso nas extremidades para equilibrá-lo.

Com todas as etapas concluídas com sucesso, nosso foguete está pronto para decolar. 

 

Montagem da Base de Lançamento: Construindo o Ponto de Partida do Foguete:

Antes mesmo de pensar em lançar nosso foguete ao espaço, precisamos construir uma base sólida e confiável para impulsioná-lo em sua jornada.

 

Exemplo de base de foguete:

 

 

Segue a lista dos materiais utilizados:

1. 1m de cano PVC de 20mm;
2. 4cm de cano de pvc de 40mm;
3. 1 cap de PVC de 20mm;
4. 1 T de PVC de 20mm;
5. 2 joelhos de PVC 20mm;
6. 1 ventil de pneu radial;
7. 1 registro de PVC de 20mm;
8. 1 braçadeira de mangueira a gás; 
9. 7 enforca gatos;
10. Cola de PVC;
11. Barbante;
12. Fita adesiva;
13. Régua;
14. Serra;
15. Furadeira com broca de 15mm;
    

Agora, é hora de colocar as mãos na massa e montar nossa base de lançamento. Vamos acompanhar cada passo deste processo:

1. Com o cano de 1m corte com a serra 5 pedaços, sendo 3 partes de 20cm; 2 pedaços de 15cm; e 1 pedaço de 10cm;
2. Com a cola, fixe em cada joelho um pedaço de 20cm e um de 15cm;
3. Formando 2 estruturas em formato de 'L';
4. Com o pedaço restante de 20cm, cole na parte central do 'T';
5. Com a cola, ligue o 'T' com os canos de 15cm;
6. Sendo que a parte central precisa-se ficar no ângulo de 45°;
7. Com uma furadeira, fure o cap;
8. Abra o ventil e conecte-o no cap;
9. Com a cola, conecte o cap a uma das extremidades (pontas) da base;
10. Na outra extremidade (pontas), cole o registro;
11. Na parte central da base, passe a fita com a parte colante para fora;
12. reduza o tamanho dos enforca gatos, tendo cerca de 10cm;
13. Coloque a braçadeira a gás até o final do cano central;
14. Com o auxilio da fita conecte as braçadeiras ao redor do cano com a parte lisa voltada para o centro e estando alinhadas; 
15. Com um auxilio de uma chave apropriada aperte a braçadeira a gás, deixando-a fixa;
16. Com o auxilio de um prego quente fure o cano de 4cm, fazendo 2 furos frente a frente;
17. Atravesse o cano com o barbante e amarre de maneira firme;
18. Deslize o mesmo cano ateé a extremidade do cano da base, sendo o gatilho;
19. Aplique cerca de 10 voltas com fita ao redor do cano central, aumentando a espessura do cano.

 

Referências

Borges, A. (2013). Os aspectos físicos e matemáticos do lançamento do foguete de garrafa PET. PIBID Física, Universidade Federal de Pelotas. Recuperado de https://wp.ufpel.edu.br/pibidfisica/files/2013/03/OS-ASPECTOS-F%C3%8DSICOS-E-MATEM%C3%81TICOS-DO-LAN%C3%87AMENTO-DO-FOGUETE-DE-GARRAFA-PET.pdf

Universidade de Caxias do Sul. (n.d.). Tutorial montagem foguete. Recuperado de https://www.ucs.br/site/midia/arquivos/tutorial-montagem-foguete.pdf

Canal UCS (Produtor). (2016, 7 de dezembro). Como construir uma base para lançamento de foguetes [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=JNFAAksbO08

Universidade de Caxias do Sul. (n.d.). Tutorial base lançamento. Recuperado de https://www.ucs.br/site/midia/arquivos/tutorial-base-lancamento.pdf

Física 2015: Kyamamoto, Thiago. "Lançamento Oblíquo." Blogspot, 15 de julho de 2015, https://fisica2015-thiagokyamamoto.blogspot.com/2015/07/lancamento-obliquo.html.