IV Olimpíada Brasileira de Foguetes (IV OBFOG)

Aos alunos participantes do OBA, segue as informações para participação da IV OBFOG.

Foguete de garrafa PET (Sem usar água com ar comprimido)

Abaixo, damos uma orientação genérica sobre como construir e lançar um foguete constituído de uma garrafa PET (de 1,5 litros ou mais). Todos os alunos (ou grupos de alunos do ensino médio) deverão construir e MELHORAR o foguete que descrevemos abaixo, tal que o mesmo vá o mais longe possível.

A distância deve ser medida entre o local de lançamento e o local de IMPACTO ao longo da horizontal.

Para que haja possibilidade de comparação dos resultados não podemos aceitar lançamentos com água e ar comprimido mecanicamente.

Regra básica de segurança: NUNCA lance na direção de pessoas, animais, carros, casas, etc.

Introdução: Foguetes são veículos espaciais que podem levar cargas e seres humanos para muito além da atmosfera da Terra e permanecer em órbita ao redor desta.

Teoria: Os foguetes funcionam queimando combustível sólido ou líquido e ejetando o resultado desta queima em altíssima velocidade na direção oposta àquela em que se quer que o foguete vá. Este é o princípio de uma famosa lei da Física chamada “ação e reação”. Nesta atividade vamos usar este princípio!

Partes básicas de um foguete.

Combustível. A maioria dos foguetes atuais funciona com combustíveis propulsores sólidos ou líquidos. O combustível é o produto químico que o foguete queima de dentro para fora, mandando massa para fora do escapamento com uma freqüência e velocidade muito grandes. Isto resulta em um forte empuxo. Na III OBFOG só usaremos água (ou vinagre, ou coca cola) e bicarbonato de sódio. Não será permitido usar ar comprimido.

Bocal. O objetivo do bocal é aumentar a aceleração dos gases à medida que deixam o foguete, e assim melhorar o empuxo. Ele faz isso diminuindo a abertura pela qual os gases podem escapar. Neste trabalho, os bocais são o gargalo da garrafa pet.

Centro de massa. Toda matéria, sem importar seu tamanho, massa ou forma, tem um ponto interno chamado centro de massa (CM) ou centro de gravidade. O CM de uma vassoura, por exemplo, é o ponto no qual devemos apóia-la para que não gire para nenhum lado.

Centro de pressão. O centro de pressão (CP) existe somente quando o ar está passando pelo foguete em movimento. O ar em movimento bate com maior força na cauda do que na ponta, e, portanto, a cauda sofre um “arrasto” ou resistência maior. Esta também é a razão para a cauda ter maior área do que a “ponta” do foguete. O centro de pressão está entre o centro de massa e a cauda do foguete. É importante que o centro de pressão de um foguete esteja mais próximo da cauda e o centro de massa mais perto do bico. Se estiverem no mesmo lugar ou muito próximos um do outro, o foguete apresenta vôo instável.

Aletas. As aletas de um foguete servem para estabilizar o vôo, ou seja, direcionando a trajetória do foguete. As aletas podem ser fabricadas em material leve e podem ser finas, acrescentando pouco peso ao foguete. A área de superfície grande das aletas mantém o centro de pressão atrás do centro de massa resultando em um vôo estável.

A construção do foguete de garrafa PET.

O bico do foguete. Corte uma garrafa de refrigerante a 15 cm do gargalo. Coloque aproximadamente 250g de areia num saco plástico e passe-o pelo interior do bico da garrafa até fixar o saco na parte superior do bico através do fechamento da tampa sobre o excesso de plástico do saco, conforme mostra a abaixo.

Figura 1. Peças e montagem do bico do foguete.

Aletas. Antes de iniciar o corte da aleta, faça um retângulo com 1cm de base e altura igual à da aleta que servirá para fixar a aleta no foguete, como mostra a primeira figura abaixo. A partir da extremidade direita da base do retângulo, faça a aleta triangular com 7cm de base e 10cm de altura. Faça um corte a 5cm da altura da aleta na parte retangular, como mostra a figura central a seguir. Dobre 1cm para o lado esquerdo e 1cm para o lado direito, conforme figura da direita abaixo.

Figura 2. Aleta com a parte retangular.

Figura 3. Indicação do local de corte na aleta.

Figura 4. Aleta pronta para ser fixada ao foguete.

O foguete. Encaixe o bico do foguete e fixe-o no fundo de outra garrafa de refrigerante de modo que obtenha dois bicos, um com o saco de areia e outro sem o saco de areia que será o bocal. Fixe também três aletas dispostas a 120º na parte inferior do corpo do foguete, ou seja, no final da parte cilíndrica da garrafa de refrigerante, conforme a seguir

Figura 5. Foguete com bico, aletas e “bocal”.

Para o tubo de lançamento. Corte um pedaço de cano de

aproximadamente 21cm de comprimento e ½” de diâmetro, roscável ou marrom soldável. Em uma de suas extremidades faça rosca de aproximadamente 1cm e coloque um “plug” (utilize fita veda rosca para vedação) ou “cap” se for tubo marrom soldável, ou seja, vede completamente uma das extremidades do cano. A 5cm do final da rosca faça um sulco de aproximadamente 2mm de profundidade, com uma lixa de ferro, na parede externa do tubo, onde encaixará um anel de vedação do tipo o-ring, como mostra na figura abaixo. Enfie a boca deste cano na boca da garrafa a qual já deverá estar com a água (ou o vinagre) e a “trouxinha de bicarbonato de sódio – este poderá até estar dentro do próprio cano”. Devido à presença do anel de borracha o cano passa sob forte pressão pela boca da garrafa e veda completamente a passagem do vinagre (ou água). A figura ao lado mostra o foguete já montado, ou seja, o bico com o saquinho de areia (próximo à mão da pessoa) e o “bocal” já com o cano dentro.

Figura 6. À esquerda, o anel de vedação do tipo o-ring e um tubo de comprimentos de lançamento sem o anel. A direita, dois tubos de lançamento diferentes com o anel de vedação.

O combustível do foguete.

Lembre-se: você NÃO pode usar combustíveis explosivos ou inflamáveis!!

Coloque água ou vinagre (ou suco de limão no lugar do vinagre) na garrafa (o quanto de cada você deve descobrir). Coloque uma colher (ou mais) de BICARBONATO DE SÓDIO (ou fermento em pó “pó Royal”) dentro da “trouxinha” e esta dentro da garrafa. Em seguida enfie o tubo na garrafa e fixe o sistema na PLATAFORMA DE LANÇAMENTO e SAIA DE PERTO (pode espirrar água com vinagre em você)!!! Depois de alguns minutos o gás gerado pressiona a água (ou vinagre) e, após a contagem regressiva puxa-se a cordinha que libera a garrafa. O gás expulsará a água (ou vinagre) e o foguete irá na direção oposta!! Se não tiver bicarbonato pode usar comprimido Sonrisal, ou Alka-Seltzer, ou Sal de Fruta ENO, ou sal de Andrews, pois todos eles possuem bicarbonato de sódio, o qual em contato com a água forma gás, mas também em contato com o vinagre (ou suco de limão) forma ainda MAIS GÁS! Atenção: não aceitaremos concorrentes que usarem ácido acético puro!

Plataforma de lançamento.

Isto é algo que você vai ter que inventar. Por segurança você só pode soltar este foguete se houver uma plataforma de lançamento que permita que se faça uma contagem regressiva e só se libere o foguete se houver segurança e quando se desejar. Nas Fig. 8a,b,c,d mostramos uma sugestão de como pode ser a base. É fundamental ter a torneira, pois quando o foguete não é lançando, deve-se liberar a pressão interna abrindo-se a torneira. Ao se puxar o fio ele abaixa o cano (de 4 cm de diâmetro e de comprimento) e este libera a garrafa. Esta é só uma sugestão. Você deve inventar a sua plataforma de lançamento. O bico metálico que aparece na extremidade do cap das fotos 8 não é necessário, pois ele só é usando quando

se lança o foguete usando ar comprimido e isso não será usado na IV OBFOG. A base de lançamento mostrada na Fig. 8 é muito leve, por isso deve-se colocar uma grande pedra sobre ela para que não caia quando se puxa o cordão que libera o foguete. Não se usando o bico metálico, não se precisa do “T”, basta uma luva para conectar o cano que fica dentro da garrafa e a torneira. Ou seja, fica ainda mais simples, barato e compacta a sua base de lançamento.

Variáveis de lançamento.

Lembre-se que para maximizar o alcance deverá testar algumas variáveis que influenciam no alcance, como por exemplo, a quantidade de areia na ponta do foguete, a quantidade de água (ou vinagre), a quantidade de bicarbonato de sódio, o tamanho das aletas e o ângulo de lançamento. Mas varie apenas uma de cada vez para saber qual é o melhor valor dela. Não encare isso como uma brincadeira e sim como um experimento científico!

Fig. 8a. Vista frontal da base

Fig. 8b. Vista lateral, base montada e pronta pro lançamento.

Fig. 8c. Foto com detalhes da base. O bico metálico na extremidade só é usado quando se deseja injetar ar comprimido no foguete.

Na Fig 8d ao lado mostramos uma foto em proximidade das “garrinhas” que seguram o anel que existe perto da boca das garrafas PET. Estas garrinhas são tiras plásticas usadas para lacrar ou amarrar objetos. Foram fixadas umas ao lado das outras sobre uma fita adesiva, depois colocadas ao redor do cano e a abraçadeira (primeira de cima para baixo) prendeu todas firmemente junto ao cano. A segunda abraçadeira prendeu o conjunto na madeira. A torneira é fundamental para numa emergência liberar a pressão no foguete. Abaixo da boa da garrafa colocamos várias voltas de fita isolante umas sobre as outras para que a garrafa só entre até ali.