- Introdução Teórica
Quando falamos em foguetes sempre nos vem à cabeça um objeto com uma grande velocidade que deixa para traz apenas um rastro de fogo. Mas sabemos que há muito por traz dessa simples imaginação. Acostumamo-nos a falar que um objeto esta vazio, por exemplo: “o copo esta vazio” ou “a garrafa esta vazia”. E o que seria o vazio? Vazio é a ausência de matéria, é o vácuo. Não podemos dizer que uma garrafa esta completamente vazia, pois há em seu interior ar atmosférico, e é o que observamos nessa experiência: a reação dos gases que ocupam espaço dentro da garrafa com o álcool, dentre outros conceitos que falaremos mais adiante.
- Objetivo
- Entender os conceitos que atuam em um foguete, como a 3ª Lei de Newton (ação e reação), conservação de energia e energia de ativação;
- Mostrar o funcionamento de um foguete de propulsão a gás (utilizando a reação de combustão interna).
- Material e Método
3.1 Materiais Utilizados
- Uma garrafa PET de 2 litros;
- Álcool;
- Fósforo ou isqueiro;
- Linha de Nylon;
- Canudo de milk shake;
- Liga de dinheiro ou fita gomada.
3.2 Procedimentos
3.2.1. Corte o fundo da garrafa com o diâmetro de um lápis, aproximadamente. Tenha cuidado ao cortar o fundo da garrafa para não deixar o diâmetro muito largo;
3.2.2. Utilize dois elásticos de dinheiro para prender o canudo à garrafa;
32.3. Feito isso, amarre o fio de nylon nas extremidades de uma parede para ficar mais fácil de visualizar a experiência, deixando apenas uma ponta do fio de nylon solta;
3.2.4. Agora coloque o fio nylon dentro do canudo e amarre-o na outra extremidade da parede;
3.2.5. Retire a tampa da garrafa e borrife uma pequena quantidade de álcool no interior da garrafa (basta duas borrifadas)
3.2.5. Balance um pouco a garrafa para que ela esteja grande parte molhada pelo álcool;
3.2.6. Feito isso, tampe-a e coloque a chama próxima ao furo da garrafa e observe o momento do lançamento do foguete;
3.2.7. Tenha cuidado para não se queimar durante a experiência, é importante que mantenha uma distante boa da chama e não o lancem na direção de pessoas ou animais.
- Explicação teórica
Quando falamos em foguetes devemos lembrar-nos do principio físico que viabiliza seu funcionamento que é a terceira Lei de Newton, que estabelece o seguinte: “Sempre que um objeto exerce uma força sobre um outro objeto, este exerce uma força igual e oposta sobre o primeiro”, temos uma falsa concepção muito comum que é a de que um foguete é repelido pelo impacto dos gases ejetados contra a atmosfera. O que acontece realmente é que à medida que ele vai recuando também acelera em decorrência da força de reação dos gases da combustão que são ejetados por ele. A partir dessas informações poderemos entender o que acontece nessa experiência. Primeiro devemos considerar que a garrafa PET não estava vazia, pois todo o seu interior é preenchido por ar atmosférico. O que ocorre no seu interior é uma reação entre as moléculas de ar atmosférico (composto por vários gases, vapor d’água impurezas e fuligens) quando o álcool é adicionado na garrafa.
Essas moléculas se misturam, mas não se chocam, para reagirem é necessária uma energia de ativação, essa energia é dada pela chama do fósforo quando aproximada ao furo da garrafa. Dessa reação ocorre então uma combustão que é a reação química entre dois ou mais reagentes. Na reação de combustão é gerada uma explosão pelos gases produzidos na reação (gás carbônico e vapor d’água), estes ocupam um espaço muito grande no interior da garrafa provocando um deslocamento de gases.
Esses gases saem pelo furo da garrafa com uma força de intensidade igual à força que garrafa faz para expulsar os gases do seu interior, ou seja, a força que os gases fazem para sair pelo furo da tampa corresponde a força que a garrafa faz para expulsá-los na mesma direção, porém em sentido contrários. Podemos complementar incluindo a conservação de energia, pois o momentum que a garrafa sai por um lado e os gases por outro, se anulam. Ou seja, antes e depois do lançamento do foguete de garrafa PET o momentum é o mesmo, nada foi perdido nem ganhado, quando uma quantidade física mantém-se inalterada durante um processo dizemos que essa quantidade foi conservada.
- Referências Bibliográficas
GADOTTI, Viviane Ribeiro Linguitte et al. Construindo Foguetes. Disponível em: <http://www.cienciamao.usp.br/tudo/exibir.php?midia=aas&cod=_exploracaoespacialexplor>. Acesso em: 21 de Maio 2014.
HEWITT, Paul G.. Física Conceitual. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002. 685 p.
MIRANDA, Vagner. Foguete a álcool. 2012. Disponível em: <http://vagnermirandaquimica.blogspot.com.br/2012/06/introducao-partir-desta-experiencia.html>. Acesso em: 21de
Princípio da Ação e Reação, diz que toda força aplicada produz uma outra força que tem a mesma intensidade, mesma direção e sentido oposto.
Newton quer dizer com isso que, não podemos aplicar uma força sobre um objeto sem que esse mesmo objeto exerça uma força oposta sobre nós. Um exemplo prático dessa lei pode ser facilmente demonstrado ao sentar-se em uma cadeira com rodinhas e tentar empurrar uma mesa. Ao empurrar a mesa, a mesa empurra-o de volta, fazendo você se afastar dela. É a terceira lei de Newton em ação.
O lançamento de foguetes também comprova a teoria da ação e reação. O funcionamento de um foguete pode ser explicado por meio de uma analogia com essa experiência.
