OBJETIVO:
O projeto do foguete de água e ar comprimido proposto pela disciplina DHE, tem como
objetivo despertar na equipe a habilidade, criatividade, capacidade de vencer obstáculos e
principalmente o trabalho em equipe. O projeto nos trouxe o desafio de trabalhar no
desenvolvimento de um produto que até então não conhecíamos, envolvendo pesquisa, projeto e
execução.
Também tivemos a oportunidade de estudar fenômenos físicos e aprender a melhor maneira
de usá-los a nosso favor, por meio do estudo de uma parte importante da física, a Mecânica, tivemos
uma melhor compreensão dos movimentos e suas causas, a interação dos corpos, e ainda entender
conceitos como o de pressão, trabalho de uma força, etc.
Através desse projeto estudamos conceitos importantes da mecânica, como:
- movimento dos corpos;
- conceito de velocidade e aceleração;
- cálculo da velocidade e aceleração dos corpos;
- força;
- as leis do movimento;
- conceitos que ajudam no estudo da hidrostática, como o conceito de pressão;
- conservação da quantidade de movimento.
1
MATERIAL UTILIZADO:
O material utilizado é facilmente encontrado, principalmente pela utilização de vários tipos
de recicláveis, para uma melhor apresentação da parte estética, foi feito um pequeno investimento
na compra de conexões e tubos pvc brancos, tinta spray e papel cartão vermelho; o restante do
material foi encontrado em casa, em refugos de borracharias e oficinas.
Relação dos Materiais:
DESCRIÇÃO
VALOR UNI
QTD
Caps PVC
R$0,45
5
Tê de redução c/ rosca
R$1,36
4
Joelho c/ rosca
R$0,98
2
Tubo pvc c/ rosca 1
R$0,50
10 cm
Tubo pvc 1/2
R$7,50
1 metro e 70
aproximadamente
Níple Duplo c/ Rosca
R$1,20
3
R$1,10
1
R$0,10
3
Bucha-de-redução de pvc
Anel de Vedação
FOTO
2
Abraçadeira
R$1,00
1
Abraçadeiras NYLON – 400-7
R$0,20
8
de preferencia com Manômetro
(medidor de calibragem)
R$0,00
1
1 Bico de câmara de ar (carro)
reciclável
R$0,00
1
Fita veda rosca
R$1,00
1
Saco de lixo (paraquedas)
R$0,00
1
Fita adesiva
R$0,00
1
Elástico
R$0,00
2
Barbante
R$0,00
20 cm
3
Papel cartão vermelho
R$1,40
1
Tinta spray (marca Mundial)
R$7,00
1
Agulha e linha
R$0,00
1
Alfinete
R$0,00
1
Arruela
R$0,00
2
Linha de pedreiro
R$0,00
4
Algumas ferramentas usadas na montagem
Nome da ferramenta
Objetivo
Foto
Alicate
Alicate de cano
Arco de serra profissional
Serrar os canos
Tarraxas para tubo de pvc
Fazer a rosca no cano pvc
Tesoura
Recortar garrafa pet
Chave de fenda
Aparafusar
5
INTRODUÇÃO:
"A toda ação corresponde uma reação de igual intensidade, mesma direção e sentido contrário".
A 3ª lei de Newton descreve perfeitamente os principais
fenômenos observados no projeto do foguete onde vemos
claramente a reação das forças. A pressão do ar comprimido
bombeado para dentro da garrafa exerce uma força no conteúdo de
água colocado no experimento, transformando assim essa água no
principal combustível para o lançamento do foguete. À medida que
a água é expulsa pelo ar comprimido, saindo pela parte oposta ao
sentido do foguete, ela exerce sobre a garrafa uma força de
impulsão, como a garrafa fica mais leve à medida que sai a água,
essa força torna-se suficiente para que a garrafa seja lançada ao ar.
Isso nos fez chegar à conclusão de que quanto maior o
volume de água maior seria a força exercida na garrafa para
impulsioná-la, porém quanto maior o volume de água, maior
também seria a massa do foguete e quanto maior a massa menor seria sua aceleração. Travou-se ai
um impasse: se colocássemos mais água a impulsão do foguete seria maior, porém o peso
aumentaria tornando mais difícil a sua decolagem.
A mesma lei de Newton também está presente no sistema de paraquedas que utilizamos no
foguete, através de um dispositivo, feito da própria garrafa pet, usamos a força que a pressão do ar
na subida exercia sobre o foguete para que tal dispositivo fosse acionado liberando o paraquedas.
Falando em paraquedas, ele por si só demonstra também outro fenômeno, a força de
resistência, por causa de sua forma de semiesfera, esse fenômeno se torna possível. A força de
resistência exercida no paraquedas é responsável por fazer o foguete ficar mais tempo no ar
diminuindo a sua velocidade na queda.
E aproveitando o embalo do paraquedas e sua força de resistência usada em nosso benefício,
descobrimos que a mesma força poderia se tornar um empecilho, pois na subida o foguete sofre as
consequências da força de resistência do ar contra ele, por isso fizemos o possível para melhorar sua
aerodinâmica.
O dispositivo de liberação do foguete foi um desafio, que depois se tornou a parte mais
interessante de ser feita, neste pequeno detalhe o conceito da ação e ração se torna ainda mais
grandioso, através de um mecanismo de molas e uma simples linha de pedreiro, a força exercida no
pedal da base de madeira, desencadeia todo o processo.
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MÉTODO
A montagem do projeto foi iniciada pela base, optamos por fazê-la com canos pvc
rosqueáveis para garantir uma melhor vedação e também não corrermos o risco de perde-la através
de um encaixe mal feito colado.
A vedação completa do dispositivo que encaixa o foguete na base de lançamento foi
conseguida através de 3 anéis de vedação, assim chegamos a um resultado excelente, mesmo com a
pressão interna da garrafa chegando a 100 psi não foi observado nenhum vazamento de água ou ar.
Com as garrafas pet montamos o foguete propriamente dito, para isso escolhemos a garrafa
de 2 litros, uma cortada pela metade e acoplada à outra sem colar para um melhor manuseio do
foguete, assim ele pôde ser feito de duas partes, a primeira a que receberia o volume de água e a
pressurização do ar e a outra que seria responsável por levar o paraquedas no bico e o seu sistema
de liberação em seu corpo.
O sistema de paraquedas foi feito a partir da própria garrafa, e a construção do paraquedas
também não apresentou dificuldades, o sistema de paraquedas não exigiu nenhum ajuste
funcionando perfeitamente desde o primeiro teste.
A base foi projetada em auto cad e suas medidas foram as seguintes:
7
O PROCESSO PASSO A PASSO
FOTOS
A BASE DO FOGUETO
A foto (1) mostra como foi feito o corte de todas as
peças de tubo pvc usadas na base. As medidas
usadas para o tamanho de cada peça estão
especificadas no projeto da base feito em auto cad
na página anterior.
1
Após cortados todos os canos em pvc, usamos uma
tarraxa para tubo de pvc para fazer as roscas (foto
2).
Em seguida vedamos todas as extremidades das
peças com fita própria, para garantia de não haver
vazamentos (foto 4).
2
3
4
8
Montagem do bico de entrada do ar comprimido.
Com uma furadeira, foi feito um furo no caps como
mostra a (foto 5). Para maior adaptação do bico no
caps, ele foi passado pelo esmeril para que sua forma
fosse ajustado ao tamanho do furo (foto 7). Para uma
melhor vedação do bico usamos uma arruela no
fundo do caps depois de colocar o bico dentro (foto
9).
5
6
7
8
9
9
Após feita a vedação para o encaixe do caps do bico
na junção de pvc, fizemos um teste usando uma
bandeja de água para verificar se não havia
vazamento (foto 13).
Assim as peças da base do foguete ficaram prontas
para a montagem (foto 14 15).
10
12
13
14
15
10
Preparação do sistema de encaixe do foguete na
base.
As fotos (16 a 18), mostra como foi feito o sistema de
vedação para o encaixe do foguete na base. Com
uma serra fizemos uma ranhura no tubo pvc a fim de
obter um melhor encaixe do anel de vedação (foto
17 e 18),com o objetivo de anular qualquer
vazamento de água e de ar.
Usamos também uma bucha-de-redução de pvc (foto
19) para apoiar a garrafa (foto20) e ajudar no encaixe
da borracha de vedação no bico da garrafa pet.
16
17
Usamos um cano de 45 cm e a bucha de redução foi
colocada exatamente no centro do cano (foto 20).
18
19
20
21
11
Na finalização do sistema de encaixe usamos uma
abraçadeira de metal e outras 8 abraçadeiras de
nylon, para prender a garrafa pet durante a
pressurização no foguete e obtendo assim a pressão
desejada para um melhor resultado no lançamento.
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23
24
25
25
12
Para finalizar e prender a garrafa na base do
foguete iremos usar um cano de 1 polegada,
aproximadamente 10 cm, ele será o responsável
por segurar o foguete na base ate que a garrafa
tenha recebido a pressão necessária, e também
será o responsável pela liberação do foguete.
Um dispositivo que aciona o foguete a longa
distância também fez parte do nosso projeto (foto
28 e 28b).
25
27
28
28-b
13
Com material de refugo encontrado em ferro velho
(foto 30), montamos e adaptamos á base, um
sistema em forma de gatilho amarrado a uma linha
de nylon de aproximadamente 4 metros até uma
base de madeira, que possui uma alavanca acionada
com os pés, puxando a linha e acionando o gatilho
(foto 28-b), puxando o cano pvc para baixo e
acionando o foguete como mostra a sequência de
fotos.
30
31
32
33
14
Na foto (35 e 35b) você pode conferir como foi
afixado os materiais encontrados no ferro velho e a
disposição das linhas
34
35
35 b
36
15
As fotos 37 a 40 mostra a montagem do foguete.
37
38
39
40
16
PARAQUEDAS E SISTEMA DE LIBERAÇÃO
O sistema de liberação do paraquedas foi desenvolvido conforme demonstração abaixo
Fita Adesiva, enrolada
em forma de tira.
1ª Dobradiça
Fita adesiva usada como
dobradiça
Rasgo para passar a fita
Trava do elástico
Flap de Vento
Trava de plástico
Flap de Vento
Trava do elástico
Trava de plástico
Trava do elástico
Fita adesiva usada como
dobradiça
Trava de plástico
Rasgo para passar a
fita
Aleta do disparador
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Passo a passo do gatilho de liberação do paraquedas.
Flap de Vento.
Sentido da Liberação
Furo de Fixação.
Dobradiça na posição
Travatravada.
Lateral da Garrafa
Sentido da Liberação
Vento empurrando a
dobradiça para baixo.
Flap liberado e o paraquedas
se soltara em seguida..
18
Construindo o Paraquedas
O paraquedas pode ser confeccionado seguindo os passos das figuras, obedecendo sempre
as linhas de corte.
Linha de Corte.
Fig.10
Fig.4
Fig.5
Fig.6
Fig.7
Fig.8
Fig.9
Segunda Dobra.
Linha de Corte.
Sentido da Dobra.
Formato final depois
do corte.
Fig.11
Excedente da Dobra.
Fig.12
8 Gomos
Fig.13
Formato final depois
do corte. (8 Gomos)
Fig 15
Fig 14
19
8 Gomos
8 Gomos
Fig 16
Fig 17
Beirada do
pára-quedas.
Fig 18
Furo de fixação da
linha.
Fita adesiva.
Linha de sustentação
amarada com um nó.
20
RESULTADOS OBTIDOS
O primeiro passo para avalição do desempenho, é descobrir a velocidade inicial do foguete
para isso simplesmente usaremos o seu tempo total no ar, ou seja, desde o momento que ele deixa a
base até o momento que toca o solo no pouso. Tendo esse tempo em mãos iremos dividi-lo por dois
e com o resultado encontraremos a velocidade inicial, fazemos isso porque o foguete tem dois tipos
de velocidade, a da subida e a outra da decida, pois assim que ele atinge o ponto mais alto sua
velocidade passa a ser zero.
Para esse encontrar a velocidade usamos a fórmula: v= v0 – g . t/2 onde v é a velocidade
final, v0 a velocidade inicial, g é a gravidade e t é o tempo.
Com o resultado da velocidade inicial já podemos fazer o cálculo da altura atingida pelo
foguete para isso usaremos a fórmula: v²=v02+2 . (-g) . h que fica h = v02/2g onde h é a altura, v0 a
velocidade inicial e g é a gravidade.
Podemos ainda encontrar a força de resistência que o foguete sofreu na subida através da
fórmula: P = m . g, onde P é a força, m é a massa do foguete, ou seja, seu peso e g é a força da
gravidade.
O paraquedas acoplado no bico do foguete serviu para dar mais estabilidade no lançamento,
pois, o peso exercido por ele nessa extremidade ajustou o seu centro de massa, como usamos mais
de duas garrafas na montagem do foguete isso fez com que ele ficasse mais longo, fazendo seu peso
se concentrar mais na extremidade inferior.
A abertura do paraquedas exerceu sobre o foguete uma força de resistência, encontrada
através da fórmula: Fres= (-1/2) . Cx . d . A . v², onde Fres é a força de resistência, Cx coeficiente de
arrasto aerodinâmico, d é a densidade do meio, A é a área do paraquedas e v² é a velocidade do
foguete no momento da abertura do paraquedas.
Através dessas fórmulas chegamos aos seguintes resultados no dia do lançamento final:
Velocidade
inicial
29,40 m/s
Altura
44,10 m
Força Resistência
Subida
7,84 N
Força Resistência do Paraquedas
na Descida
0,35 N
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O gráfico da função no Graphmat ficou da seguinte forma:
Para estes cálculos usamos o tempo de subida que cronometrado no dia da apresentação foi
de 3 segundos, pois, seguindo a linha de raciocínio de que na descida o foguete ocorreu 0sofrendo a
força de empuxo do paraquedas, sua velocidade na descida foi bem menor que na subida, então se
eu pegar o tempo total e dividir por 2 o tempo de subida do meu foguete seria 5, pois ele levou 10
segundos para tocar o solo. Colocando esse valor na fórmula a altura máxima atingida chegaria a
mais de 100 metros, e visivelmente não foi isso que aconteceu.
DIFICULDADES ENCONTRADAS
As dificuldades encontradas foram somente no encaixe do foguete á base. No princípio
tivemos muitos vazamentos que foram resolvidos com a colocação do 3º anel de vedação no encaixe
da boca da garrafa.
Este também apresentou um problema de liberação devido a força com que cano que
segurava o foguete à base, estava exercendo sobre o bocal da garrafa, isso foi resolvido lubrificando
o bocal com vaselina, facilitando liberação.
As dificuldades em encontrar as fórmulas para os cálculos dos resultados foram resolvidas
através de estudo e pesquisa.
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CONCLUSÃO
A realização deste projeto serviu de grande enriquecimento do nosso conhecimento,
principalmente em Física, as pesquisas realizadas para estudar as forças e suas reações despertaram
o desejo de continuar os estudos dessa área.
Podemos concluir também que o sucesso atingido no dia da apresentação final trouxe-nos a
sensação de dever cumprido, provando que os estudos e a preparação nunca são excessivos.
BIBLIOGRAFIA
Leituras de Física – Gref Mecânica – Versão Preliminar
www.idesa.com.br/disciplinas/fisica/foguete.php
prof-jaime-matematica.blogspot.com/.../foguete-de-gua.html
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