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ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE
SECRETARIA DA EDUCAÇÃO E DOS DESPORTOS-SECD
14º DIRETORIA REGIONAL DE EDUCAÇÃO CULTURA E DESPORTOS- DIRED
ESCOLA ESTADUAL ZENON DE SOUSA- UMARIZAL/RN
RELATÓRIO DE PESQUISA
O USO DE FOGUETES DE GARRAFAS PET NA DETERMINAÇÃO DO ÂNGULO
DE ALCANCE MÁXIMO NO LANÇAMENTO OBLIQUO
UMARIZAL-RN
2015
CARLOS HENRIQUE SILVA DE OLIVEIRA
LUIZ FERNANDO NUNES SILVA
O USO DE FOGUETES DE GARRAFAS PET NA DETERMINAÇÃO DO ÂNGULO
DE ALCANCE MÁXIMO NO LANÇAMENTO OBLIQUO
TRABALHO DE
INICIAÇÃO
CIENTÍFICA
DESTINADA A IMOVIC
(I movimento de incentivo
as ciência)
COMO REQUISITO
PARCIAL PARA A
PARTICIPAÇÃO DE
OUTRAS FEIRAS
Orientador: Professor Francisco Roberlânio da Silva Lima
UMARIZAL-RN
2015
SUMÁRIO
RESUMO..............................................................................................04
INTRODUÇÃO....................................................................................05
OBJETIVOS.........................................................................................06
JUSTIFICATIVA.................................................................................07
CONTEXTO DO PROJETO................................................................08
FOGUETES..........................................................................................09
Historias dos foguetes...........................................................................09
O foguete...............................................................................................10
Funcionamento dos foguetes..................................................................11
FUNDAMENTOS TEORICOS............................................................12
DESCRIÇÃO DO ESPERIMENTO.....................................................13
Construção dos foguetes.........................................................................13
BASE DE LANCHAMENTO E MONTAGEM...................................15
Materiais usados para construção da base dos lançamentos....................17
METODOLOGIA..................................................................................19
RESULTADOS......................................................................................19
Tabela de lançamentos dos foguetes.......................................................19
Gráfico com as medias dos lançamentos.................................................20
CONCLUSÕES......................................................................................21
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................22
ANEXOS................................................................................................23
1. RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo relatar o desenvolvimento de uma
atividade experimental, realizada por nós Carlos Henrique Silva de Oliveira Luiz
Fernando Nunes Silva, alunos sob a orientação do professor de Artes Francisco
Roberlânio da Silva Lima, da E.E. Zenon de Sousa de Umarizal/RN. Apresentaremos a
seguir as etapas estabelecidas desde a criação de tal projeto, seu desenvolvimento, e nas
considerações finais é apresentado o resultado do experimento.
Procuramos através de este experimento determinar um ângulo modelo para
lançamentos de foguetes com garrafas PET de forma que se obtenham melhores
distâncias. Observar se existe alguma relação entre a quantidade de ml e o alcance
atingido. Determinar uma média de alcance que cada um dos ângulos trabalhados.
Há 09 anos surgia a MOBFOG, (Mostra Brasileira de Lançamentos de Foguetes)
a qual é organizada pela Universidade Estadual do Rio de Janeiro (UERJ), seu intuito é
levar para as escolas o ensino da astronomia e nesse caso específico os foguetes.
Contudo, podemos ver nos meios de comunicação diversas escolas e pessoas avulsas
soltando foguetes cada qual à sua maneira. Alguns seguem à regras pré-determinadas
mas sempre os resultados vistos nos vídeos são de alcances bem variáveis ou sem
qualquer cuidado no manuseio do material e alguns lançamentos até de forma
desastrosas podemos ver.
Já que o objetivo principal era estabelecer um ângulo modelo para atingir os
maiores alcances, optamos pela seguinte metodologia. Escolhemos 04 ângulos
diferentes para nossos testes, sendo que para cada um lançamos 03 foguetes com
quantidades de ml diferentes para a partir daí obter um resultado mais preciso, com a
média das distâncias. Após todos os lançamentos fizemos os cálculos necessários para
determinar as alturas atingidas e as médias também. Nosso objetivo é que esse projeto
venha servir de orientação para outros professores e alunos que pretendem ter alcances
maiores e com a segurança necessária.
Palavras-Chave: Foguete. Garrafa PET. Ângulo.
2. INTRODUÇÃO
Nosso projeto surgiu da necessidade que percebemos ao participar da IX MOBFOG
(mostra brasileira de foguetes), ao pesquisarmos materiais na internet notamos a falta de
preparo e cuidado em diversos vídeos no youtube nos lançamentos. Até mesmo sites
onde existe alguns passo-a-passo, sentimos a ausência de dados sobre qual ângulo ideal
para obter melhores alcances. O que acabavam por fim cada qual escolhendo usando
ângulo pré-estabelecido ou mesmo escolhendo de forma aleatória. mas, será mesmo que
aqueles erma os mais propícios para tal proposta? Partindo dessa necessidade que surgiu
nosso questionamento se seria possível com o uso de foguetes de garrafa PET
estabelecer o angulo padrão de alcance máximo?
A proposta aqui apresentada conta com informações resultantes de nossas
experiências e visamos com isso auxiliar professores e alunos que participam
anualmente da MOBFOG, novos participantes e amadores avulsos amantes dos
foguetes. Esperamos que nossa contribuição seja significativa no meio escolar e que as
informações aqui descritas possam contribuir com melhores desempenhos nos
lançamentos.
3. OBJETIVOS
Geral: O objetivo do projeto é estabelece através desta atividade experimental um
padrão ideal para lançamentos com foguetes produzidos com garrafas pet, tendo como
base conceitos da física fundamentados na terceira lei de Newton. Específicos: observar
se existe alguma relação entre a quantidade de ml e o alcance atingido. Determinar uma
média de alcance que cada um dos ângulos trabalhados.
4. JUSTIFICATIVA
O projeto surgiu a partir de uma curiosidade: seria possível determinar um modelo para
lançamentos de foguetes produzidos com garrafas pet? Esse questionamento veio
justamente pelo fato de termos participado da IX MOBFOG 2015 (Mostra Brasileira de
Lançamentos de Foguetes) a qual é organizada pela Universidade Estadual do Rio de
Janeiro (UERJ). A MOBFOG orientava usarmos 45º para lançamentos por ser este
aparentemente, o melhor ângulo para lançamentos oblíquos. Decidimos então
pesquisarmos na internet e notamos que Existem diversos vídeos, sites e blogs
orientando o uso dos 45º também para lançamentos dos foguetes, mas notamos que
haviam variações nos alcances atingidos pelos foguetes. Daí surgiu o nosso
questionamento.
Além do mais o projeto irá contribuir para que mais alunos sejam agraciados
com tal resultado alcançando assim melhores distancias em seus lançamentos haja vista
que terão uma compreensão melhor de como agir e padrão para se orientarem em seus
lançamentos de foguetes.
5. CONTEXTO DO PROJETO
O projeto foi realizado na Escola Estadual Zenon de Sousa, localizada na cidade
de Umarizal/RN. O projeto surgiu logo após participarmos de um experimento durante a
Olimpíada Brasileira de Astronomia e Astronáutica-OBA e a Mostra Brasileira de
Foguetes-MOBFOG que acontecem todos os anos a nível nacional, a qual é realizada
pela Universidade Estadual do Rio de Janeiro (UERJ), a MOBFOG, propõe anualmente
como desafio para as escolas participantes, produzirem e lançarem o mais distante
possível, foguetes produzidos com garrafas pet pelos alunos
A MOBFOG propõe anualmente uma competição de foguetes para os alunos do ensino
fundamental e médio, os melhores resultados de cada categoria são enviados para a
comissão organizadora da MOBFOG, que seleciona os melhores resultados do Brasil
para participar da Jornada de Foguetes.
6. FOGUETES
6.1 HISTÓRIAS DOS FOGUETES
De acordo com os escritores Nogueira e Filho “enquanto os irmãos Wright, Santos
Doumont e vários outros pioneiros desafiavam a gravidade, o russo Kostantin
Tsiolkovsky (1857-1935), outro fã de Verne, desenvolveu a teoria de que os foguetes
poderiam chegar ao espeço." (NOGUEIRA, SALVADOR E FILHO, JOSÉ
NOGUEIRA PESSOA, 2009). Na verdade, a história dos foguetes teria começado bem
antes dos Santos Domount e seu 14-bis ou até mesmo dos irmãos Wright, teria surgido
na China em 1232 durante uma batalha contra o povo mongol. Os chineses teriam se
defendido usando "Flechas de fogo voador" que seriam os tais foguetes. Ilustrações do
século XIII mostram modelos do foguete.
No século 20, na pequena vila de Ijevskoe nasceu Tsiolkolvsky. Autodidata
amante da astronáutica, tornou-se membro da comunidade científica russa mesmo nunca
cursado uma faculdade. Ele já mencionava o uso do hidrogênio e do oxigênio líquidos
como o uso de combustível para foguetes. Provando estar à frente da época. Mas por
não ter como comprovar na prática muitos duvidaram. Porém, muitos anos depois
Robert Hutchin Goddard (1882-1945) iria demonstrar sua admiração e curiosidade pela
astronáutica, trazendo uma grande contribuição ao publicar “A method reaching
extreme altitudes" (um método para atingir altitudes extremas). Tsiolkolvsky inclusive
chegou a lançar seu primeiro foguete a combustível líquido que apesar de ter subido
somente 12,5m mostrou que futuramente seria possível sim.
Wernher Magnus Maximillian Von Braun (1912-1977) foi o criador do famoso
V-2. Foguete utilizado pelos alemães para atacar Londres no final da segunda guerra
mundial com vários bombardeios. Ao cessar a guerra, Von Braun e vários outros
cientistas foram repatriados indo trabalhar no exército americano.
Sergei Pavlovich Korolev (1907-1966) nasceu em Zythomyr,atualmente
Ucrânia. ele "inspecionou pessoalmente na Alemanha, os materiais confiscados pelo
Exército Vermelho sobre o V-2 de Von Braunn, e trabalhou com vários pesquisadores
alemães capturados para estabelecer a liderança russa nessa tecnologia."(NOGUEIRA,
SALVADOR E FILHO, JOSÉ NOGUEIRA PESSOA, 2009) Após conseguir recriar
uma construção idêntica ao V-2, será também o criador futuramente do R-7 que apesar
de ter fracassado nas mãos de Sergei, os soviéticos adotaram esse modelo e com ele
lançaram o primeiro satélite artificial da Terra, o Sputnik 1. Começava a partir de então
a chamada Era Espacial.
o Sputnik vai causar um grande impacto dar um novo rumo aos futuros
projetistas de foguetes pois agora abandoariam o estudo balístico e entrariam num
acordo. "A história da Guerra Fria ganhou um novo capítulo. Mais do que nunca, as
superpotências rivais precisavam conversar e se entender sobre as regras básicas das
novas atividades espaciais, que então eram totalmente militarizadas." (Revista de
História, 2007) Vai surgir então o Copuos, sigla em inglês para "Uso Pacífico do
Espaço". Por isso, criarão em 1959 pelos americanos e soviéticos na Organização das
Nações Unidas. Desde essa data o Brasil faz parte até hoje.
6. O FOGUETE
O que são foguetes? Foguetes é uma forma de veículos destinados ao transporte de
cargas como satélites e pessoas ao espaço. Modelos mais conhecidos são aqueles cuja
função é a sondagem, ou seja, são aqueles que enviam satélites ao espaço para a coleta
de informações. Mas também existentes alguns destinados ao envio de pessoas ao
espaço também como o caso do astronauta russo Yuri Gagarin.
6. FUNCIONAMENTOS DOS FOGUETES
Quanto ao tipo de combustível usado, existem três tipos de foguete:
Foguete de combustível líquido - Neste tipo de combustível o propelente e o oxidante
permanecem armazenados em tanques fora da câmara de combustão, durante o
lançamento eles são bombeados e misturados na câmara onde entram em combustão
dando a força de empuxo necessária;
Foguete de combustível sólido - Tanto o propelente e oxidante, estão já misturados na
própria câmara de combustão em estado sólido. Desta forma o propelete é queimado de
dentro para fora, ao longo de todo o seu comprimento. “Podem ser armazenados por
vários anos. Em contrapartida, são menos eficientes que os líquidos, e uma vez iniciada
a combustão, não há como interrompê-la."(BOAS, DANTON JOSÉ FORTES VILAS E
FILHO, JOSÉ BEZERRA PESSOA,2007)
Foguete de combustível híbrido - O propelente e oxidante permanecem em câmaras
separadas e em estados diferentes: líquido/sólido ou gasoso/sólido. Atualmente
encontra-se em estado de testes em países como EUA e Brasil.
Os foguetes possuem um formato cilíndrico para diminuir o atrito com o ar. O motor
que impulsiona o foguete fica na parte traseira, é lá que os gases são expelidos.
7. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Num foguete produzido com garrafa PET, podemos notar tanto os fenômenos da física
quanto da química atuando juntas. Para nossa pesquisa usamos como base teórica, a Lei
da ação e reação, que está exemplificada na 3ª Lei de Newton. Resnick explica essa lei
com as seguintes palavras: “A cada ação, sempre se opõe uma reação igual, ou seja, as
ações mútuas de dois corpos, um sobre o outro, são sempre iguais e dirigidas para partes
contrárias” (RESNICK & HALLIDAY, 1984).
Imaginemos uma bexiga fechada cheia de ar. A pressão fica em todas as direções
unifromente. Quando Liberamos o ar que está preso no balão, ele se move em sentido
contrário ao ar expelido. A essa expulsão do ar, chamamos de "ação" e o movimento
oposto da bexiga chamamos de "reação." No foguete, os gases saem pela tubeira, é lá
que ocorre a combustão dos propelentes. a força que impulsiona o foguete a subir
recebe o nome de empuxo. A intensidade resultante da força do empuxo depende de
vários fatores. “Os gases geram uma força de empuxo “(ação)” que desloca o foguete
em sentido contrário ("reação").” (BOAS, DANTON JOSÉ FORTES VILAS E FILHO,
JOSÉ BEZERRA PESSOA, 2007)
Portanto: “as forças de ação e reação são sempre aplicadas em corpos
distintos.”(BONJORNO, JOSÉ ROBERTO,2015) Há uma interação entre esses dois
corpos acontecendo ao mesmo tempo e para lados opostos.
8. DESCRIÇÃO DO EXPERIMENTO
8.1 CONSTRUÇÃO DOS FOGUETES
O experimento do foguete de garrafa pet, consistiu na construção de 03 foguetes
de tamanhos variados, todos utilizando garrafas descartáveis de refrigerante. Os
foguetes 01 e 02 são idênticos em sua estrutura, usamos garrafas PETs de 2l para a
construção dos tais. Uma garrafa é cortada a 15 cm a partir do bico e fixada com fita
adesiva no fundo da outra garrafa, a qual está inteira. A outra garrafa não sofre
alterações, ela serve como um tanque onde a água junto com o ar inserido por uma
bomba de pneu de bicicleta faz com que a pressão dentro da garrafa aumente e expulse
o líquido para fora e assim sirva como propulsão para o voo do foguete.
A estabilidade do foguete é garantida com o uso de aletas (asetas) laterais no
foguete. 03 aletas para o foguete 01 e 05 aletas no foguete 02. Por fim incluímos um
bico feito de cartolina e revestido com fita adesiva no nariz do foguete.
O que faz nosso foguete voar é a força chamada empuxo. É essa força
que empurra o ar pressurizado empurra a água para fora o que faz a garrafa ter uma
reação no sentido contrário.
Figura 01. Partes do foguete
Figura 02. Medidas das aletas.
As aletas foram feitas recortes de plásticos de pastas escolares por ser mais
resistente a queda que o papelão e não molhar. Medimos o diâmetro das garrafas para
calcular a que distância ficariam as aletas entre si, depois as fixamos com fita adesiva
ao foguete.
Figura 03. Peso no bico do foguete.
Para que nosso foguete tivesse uma estabilidade durante o voo,
colocamos uma pequena bexiga cheia com uma colher rasa de areia.
Figura 04. Foguete pronto
MATERIAL PARA CONTRUÇÃO DO FOGUETE
06 cartolinas
04 garrafas PET
01 pacote de bexigas (lisas 6.5)
9. BASE DE LANÇAMENTO E MONTAGEM
Uma das partes peças fundamentais para que tenhamos segurança durante os
lançamentos é a base. É ela que dará sustentabilidade aos nossos foguetes bem como a
precisão necessária em cada um. Para obter tal segurança e resultados precisos, a base
estará fixada em uma tábua de madeira e esta presa ao solo por pesos que podem ser 02
paralelepípedos. a base possui uma trava de segurança que serve para liberar o foguete
somente quando puxamos tal trava garantindo tempo necessário para irmos a um local
seguro bem como para que pegue maior pressão para um voo maior.
Figura 05. Canos para base Figura 06. Conectores da base
A base de lançamento é uma das partes fundamentais do projeto, ela que irá
garantir o controle do lançamento do foguete, ou seja, ela deve ser projetada para lançar
o foguete no momento desejado. A base deve conter as garras que irão manter o foguete
preso a ela pelo tempo necessário, uma inclinação que favoreça o maior alcance do
foguete na horizontal e um dispositivo de segurança para eliminar combustível de
dentro do recipiente de reação caso algo de errado ocorra. O formato da base pode
variar, mas deve conter os aspectos citados acima. Na imagem abaixo é apresentado um
a base construída no projeto. Usamos o modelo da MOBFOG
A base foi construída com cinco canos de pvc marrons de 20 mm de diâmetro,
sendo dois pedaços de 20 cm, um pedaço de 25 cm e dois pedaços de 10 cm de
comprimento, como mostra a figura 05. Nós conectamos os canos entre si usando dois
“caps”, dois “joelhos ou cotovelos” e um “te”, como mostra a figura 06. Os pedaços de
10 cm são conectados num “te” e nos “joelhos”. Os dois pedaços de 20 cm foram
conectados nestes “joelhos” e tapados com os caps. O pedaço de 25 cm, ou tubo de
lançamento, foi conectado primeiro no “te”, este, depois, colado nos pedaços de 10 cm,
inclinado de 45 graus em relação à base. Colocamos cola na parte interna das conexões.
Isso facilitou a entrada dos canos nas conexões além de colá-las firmemente
O que prende o foguete a base são as abraçadeiras. São elas que impedem do
foguete sair antes do momento. Ver figura abaixo:
Figura 07.local de encaixe do foguete Figura 08. Válvula de segurança
Igualmente importante para a nossa base é a válvula de segurança. Em caso de
falha no lançamento, basta abortar usando a válvula. (figura 08)
Figura 09. Gatilho de segurança. Figura 10. Base montada
Após o foguete estar pressurizado liberamos o gatilho de segurança que solta o
foguete da base. (figura 09)
9.1 MATERIAL USADO PARA CONTRUÇÃO DA BASE DE
LANÇAMENTO
03 canos de pvc de 20cm e 4 mm,
02 canos de pvc de 10cm e 4 mm
01 cano de pvc de 25cm e 4 mm
02 joelhos de quatro mm
01 “te” de quatro mm
01 cola de cano
01 serra
01 furadeira
01 um pedaço de fitilho
01 pedaço de barbante
01 pedaço de cano de 20
01 pedaço de câmara de ar
01 cap de pneu de bicicleta
01 caneta piloto
10 braçadeiras
01 anel de balão (bocal)
10. METODOLOGIA
Usamos como metodologia para obter os resultados propostos em nosso projeto,
a seguinte forma: de início estabelecemos 04 ângulos distintos para usarmos como
referencias. Os ângulos escolhidos foram: 35º, 45º, 55º e 65º. Em cada um destes,
fizemos três lançamentos com quantidades distintas de água. As medidas usadas foram
200ml,300ml e 400ml. De início testamos com quantidades bem maiores como 600 ml,
contudo, ficou muito pesado e obtivemos uma distância e altura muito inferiores. O
mesmo aconteceu ao utilizarmos apenas 100 ml. Então decidimos utilizar as medidas
citadas anteriormente. Usamos como medidor uma outra garrafa previamente marcada,
e para calcular as distancias obtidas, usamos uma trena. Cada lançamento foi gravado
com nossos celulares para depois calcular os segundos de cada voo.
MATERIAL PARA OS LANÇAMENTOS
02 Foguetes de garrafas PET
01 Base de lançamento
01 Bomba de ar de bicicleta
01 Transferidor
01 Cronometro
01 trena
02 óculos de proteção
02 pares de luvas
01 medidor de litro
01 funil
01 balde de 5l
01 fita isolante
02 fitas adesivas
02 tesouras
01 régua
01 transferidor
11. RESULTADOS
Analisando a tabela abaixo podemos perceber que o ângulo de 45º obteve um
melhor alcance quando fizemos uso de 200ml e que seu maior alcance foi de 55m. O
ângulo de 65º obteve um alcance de até 48m quando utilizamos 200ml também.
Podemos notar que os ângulos de 55º e 35º tiveram melhores distâncias ao utilizarmos a
medida de 400ml para os lançamentos, sendo que o primeiro atingiu 35m e o segundo
47m.
11.1 TABELAS DOS LANÇAMENTOS DOS FOGUETES
Logo abaixo temos um gráfico onde podemos notar a média de cada um. O
ângulo de 55º que esta representada na parábola de cor roxa teve uma altitude acima dos
10m e uma média de alcance de 35m de distância. Apesar da boa altitude alcançada, ele
teve uma distância bem inferior aos demais. A seguir temos o ângulo de 65º
representado na cor verde. Foi o que teve uma melhor altitude atingindo acima dos 20m
e uma distância média de 47m. A parábola de cor azul está representando o grau de 35º
que obteve uma média 47m de distância e altura acima dos 8m. Já o ângulo de 45º
representado na cor vermelha apesar da sua baixa altitude em relação aos demais
lançamentos, foi o de melhor resultado de alcance conseguindo uma média de 55m.
11.2 GRÁFICO COM AS MÉDIAS DOS LANÇAMENTOS
12. CONCLUSÃO
Através da análise dos resultados de cada lançamento e a comparação das médias
obtidas por cada ângulo podemos concluir que sim é possível determinar um ângulo que
possa ser usado como padrão para melhores alcances em lançamentos oblíquos, e que é
o ângulo de 45º. Também notamos que as melhores quantidades de ml para lançamentos
são 200ml e 400ml.
REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
Coleção Explorando o Ensino- ASTRONÁUTICA. v12, 2009. Autores diversos
Física Mecânica, 1º ano. 2ºed.2015. Autores diversos
RESNICK, Robert; HALLIDAY, David. Física: 1. 4º ed., Rio de Janeiro: LTC –
Livros técnicos e científicos editora, 1984.
http://www.unisalesiano.edu.br/simposio2011/publicado/artigo0096.pdf
Acessado em 15.06.2015
http://www.ppgec.unb.br/images/sampledata/dissertacoes/2009/proposicao/
valeria_c_l_silva.pdf
Acessado em 15.06.2015
file:///C:/Users/Roberlanio/Downloads/18-51-1-PB.pdf
Acessado em 16.06.2015
http://www.professorgomes.com.br/arquivos/Leis%20de%20Newton%20e%20Suas
%20Aplicacoes.pdf
Acessado em 16.06.2015
http://www.revistadehistoria.com.br/secao/reportagem/50-anos-da-era-espacial
acessado em 18.07.2015
ANEXOS
Material usado na montagem dos foguetes
FASE DE LANÇAMENTOS DOS FOGUETES
