Empuxo motor foguete

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Empuxo do Motor Foguete
Isaac Newton declarou na terceira (lei de movimento) que "para toda ação há uma reação igual e oposta”. É baseado neste princípio que um foguete opera. São combinados propulsores em uma câmara de combustão onde eles reagem para formar gases quentes, que são acelerados e ejetados a uma alta velocidade por um bocal e assim, fornece impulso à máquina.

Empuxo do MotorFoguete
A empuxo de um motor de foguete é a reação experimentada pela estrutura do motor devido a expulsão dos gases com alta velocidade. Este é o mesmo fenômeno que empurra uma mangueira para trás quando o fluxo de água sai pelo do bocal, ou faz uma arma recuar quando dispara.

Empuxo do Motor Foguete
Empuxo é a força que impele um foguete ou astronave e é medido em libras, quilogramas ouNewtons. Falando fisicamente, é o resultado da pressão que atua na parede da câmara de combustão.

Empuxo do Motor Foguete
Figure mostra uma câmara de combustão com uma abertura, o bocal pelo qual o gás pode escapar. A distribuição de pressão dentro da câmara é assimétrica; quer dizer, dentro da câmara a pressão varia pouco, mas ao se aproximar do bocal a pressão diminui um pouco.

Empuxo doMotor Foguete
A força de resultante F devido à diferença de pressão interna e externa, o empuxo, é oposto à direção do jato de gás. Empurra a câmara para cima.

Empuxo do Motor Foguete
A alta velocidade para ejetar os gases, as altas temperaturas necessárias e as pressões de combustão são obtidas usando um combustível muito enérgico e tendo o peso molecular do gases ejetados tão baixo quantopossível.

Empuxo do Motor Foguete
Também é necessário reduzir a pressão do gás tanto quanto possível dentro do bocal criando uma relação de seção grande. A relação de seção, ou relação de expansão, é definida como a área da saída Ae dividida pela área da garganta At.

Empuxo do Motor Foguete
O empuxo F é a resultante das forças devido às pressões mostradas nas paredes internas (pelos gasesde combustão) e exteriores (a atmosfera circunvizinha) e da razão entre as superfícies internas e exteriores do bocal.

Empuxo do Motor Foguete
Aplicando o princípio da conservação de momento (impulso) temos:

F = q.Ve + ( Pe − Pa ) Ae
onde q é a taxa do fluxo de massa ejetada, Pa é a pressão da atmosfera ambiente, Pe a pressão do gases ejetados e Ve a velocidade de expulsão dos gases.Empuxo é especificado ao nível do mar ou no vácuo.

Conservação de Impulso
O impulso linear (p), ou simplesmente impulso, de uma partícula é o produto de sua massa pela sua velocidade. Quer dizer:

p=m.v

eq.1.1

Conservação de Impulso
Newton expressou a sua segunda lei de movimento em termos de impulso que pode ser declarada como “a resultante das forças que agem em uma partícula é igual àtaxa de mudança do movimento linear da partícula". Em forma simbólica temos:

dp F= dt

Eq.1.2

que é equivalente à expressão F = m.a

Conservação de Impulso
Se nós temos um sistema de partículas, o impulso total P do sistema é a soma dos impulsos das partículas individuais. Quando a força externa resultante que age em um sistema é zero, o impulso linear total dos sistemas restantes éconstante. Isto é chamado o princípio de conservação de impulso linear. Agora vejamos como este princípio é aplicado nos motores foguetes.

Conservação de Impulso
Considere um foguete que voa no espaço livre de gravidade. O motor do foguete é queimado durante tempo t e, durante este período, ejeta gases a uma taxa constante e a uma velocidade constante. Assuma que não há nenhuma força externa,como gravidade ou resistência de ar.

Conservação de Impulso
Figure 1.2(a) mostra a situação no tempo t. O foguete e o combustível tem uma massa total M e esta combinação está se movendo com velocidade v.

Conservação de Impulso
Após um intervalo t a configuração mudou e isso é mostrado na Figura 1.2(b). Uma massa M foi ejetada do foguete e se move com velocidade u. A massa do foguete é...
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