Projeto do foguete d'gua

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  • Publicado : 8 de março de 2013
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Introdução
O passo inicial para a construção de um foguete foi dado por Robert Goddard dos Estados Unidos e por uma equipe científica na Alemanha, que desenvolveram desenhos de foguetes idênticos. O Goddard foi construído em 1941 e a V 2 alemã efetuou o seu primeiro voo em 1942. Para esses cientistas desenvolverem um protótipo de um foguete, precisaram saber de alguns conceitos que serãodescritos a seguir.
Um foguete é um tipo de motor capaz de gerar maior potência em proporção ao seu tamanho do que qualquer outro tipo de motor existente. Um foguete funciona da seguinte forma: após uma subida inicial, passada a força de impulsão, ele inicia uma trajetória e volta ao solo. Os cientistas que o criaram sempre tinham mais um desafio: como fazer o foguete subir mais alto, maisrápido e com mais carga. Foi descoberto que a potência do motor aumentava se fosse usada uma combinação de combustível com um oxidante. O problema era o armazenamento do oxidante, já que o mais usado deles era o oxigênio, retirado do ar, e no espaço não existe ar. Dessa forma, os cientistas descobriram que o oxidante poderia ser armazenado em forma de líquido, diminuindo sua área de armazenamento.Neste trabalho, está descrito a construção de um foguete de garrafa PET utilizando um sistema de propulsão feito com água e ar comprimido. Assim, inclui-se uma revisão bibliográfica, com os fatores que influenciam na estabilidade do foguete durante o voo (centro de pressão, centro de massa, ângulo de ataque). Além disso, por meio de aproximações, mostra-se a teoria durante o lançamento,abordando assuntos como Leis de Newton, momento linear, velocidade relativa, equação de Bernoulli e equação da continuidade.

Objetivos
O projeto tem como objetivo integrar todas as disciplinas estudadas nos períodos anteriores, com enfoque em Mecânica dos Fluidos, estudada nesse semestre, além de desenvolver suas aplicações práticas. Na construção do foguete de garrafa PET com sistema depropulsão apenas com água e ar comprimido, devemos conseguir o maior alcance vertical e uma grande precisão no alcance horizontal. Através do lançamento, devemos equacioná-lo usando assuntos abordados em sala, como Leis de Newton, equação de Bernoulli e da continuidade, momento linear e velocidade relativa. Por fim, devemos manter as medidas propostas, garantir funcionalidade, facilidade e segurança nolançamento.

Revisão bibliográfica

Empuxo e estabilidade
O empuxo é uma força vertical que age sobre um objeto devido à pressão do fluido deslocado por ele. Isso acontece porque um fluido em repouso é incapaz de suportar qualquer tensão cisalhante aplicada sobre ele, se deformando continuamente. Essa força pode ser encontrada mais facilmente se considerarmos elementos cilíndricosno objeto. Usando a lei de Stevin, onde p = p0 + ρgh, podemos deduzir o empuxo através da equação:

dFz = (p0 + ρgh2) dA – (p0 + ρgh1)dA = ρg(h2 – h1)dA

Sabendo que (h2 – h1)dA = dɎ é o volume do elemento, fazemos:

Fz = ʃ dFz = ʃɎ ρgɎ

Dessa forma, encontramos que a força de empuxo do fluido é igual ao peso do fluido deslocado:

Fempuxo = ρgɎ

A equação encontrada é usada paracasos em que o objeto está totalmente imerso em um fluido. Em casos de imersão parcial, o corpo desloca um volume de líquido igual ao peso do corpo.
Para um foguete, o empuxo é a força que o faz subir, que depende tanto da velocidade que a água é expelida, quanto do tamanho do “furo” por onde a água sai. Assim, no foguete, a pressão e a área serão importantes para a determinação da força deempuxo.
A linha de ação da força de empuxo age através do centroide do volume deslocado. Como os corpos imersos em um fluido estão em equilíbrio através da ação de forças de campo e de empuxo, a localização da linha de ação da força de empuxo é um dos fatores que determinam a estabilidade. O peso de um objeto atua sobre o seu centro de gravidade (CG). As linhas de ação da força de empuxo...
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