Experimento 5 - Foguete PET com Propulsão Química

EXPERIMENTO 5 - LABAP/CENASTRO: MOMENTO LINEAR COM MASSA VARIÁVEL NO TEMPO, EQUACAO DA CONTINUIDADE (CONSERVAÇÃO DA MASSA), FLUIDODINÂMICA, LANÇAMENTO COM RESISTÊNCIA DO AR, VISCOSIDADE, EMPUXO, EQUAÇÃO DE VAN DER WAALS, REAÇÕES QUÍMICAS / FÍSICA I e II. ########################## CONCEITOS RELEVANTES: FOGUETE DE GARRAFA PET. -------------------------------- (A) CONSERVAÇÃO DO MOMENTO LINEAR. A variação de velocidade (aceleração) é variação de massa no tempo gera a força, ou empuxo de subida do foguete. --------------------------------------------------------- (B) REAÇÃO QUÍMICA. A reação química ocorre entre os reagentes ácido acético (vinagre) é bicarbonato de sódio tendo como produto água e dióxido de carbono (gás). A descrição científica para compreender a pressão gerada dentro da garrafa PET através da quantidade de substância (volume molar) e temperatura pode ser entendida usando a equação de Van der Waals ou equação dos gases reais. ----------------------------------------------- (C) RESISTÊNCIA DO AR. Consideramos no estudo do movimento do foguete uma resistência do ar proporcional a velocidade do mesmo. Além disso, também consideramos a geometria da garrafa como área da seção reta, ângulos das arestas da garrafa, volume, cabeça fusiforme. ----------------------------------------------- (D) VISCOSIDADE, FLUXO E VAZÃO DE ÁGUA DENTRO DA GARRAFA. Usamos a equação de Hagen-Poiseuille para entender a viscosidade da água dentro da garrafa tendo como parâmetros da área da seção reta da garrafa, velocidade interna de ejeção das moléculas do fluido. Através destes resultados podemos obter fluxo e vazão de água na boca da garrafa PET. ----------------------------------------------------- (E) CONSERVAÇÃO DA MASSA. Usando a equação da continuidade podemos relacionar a velocidade interna de ejeção do fluido dentro da garrafa com a variação temporal da massa de água deste fluido. Este item relaciona se com o item A, conservação do momento. ----------------------------------------------------- (F) LANÇAMENTO DE PROJÉTEIS. Usando todos os itens anteriores você tem informações do melhor ângulo de lançamento para gerar o maior alcance, altura máxima atingida, velocidade de saída do foguete, equação da trajetória, etc. ------------------------------------------------ EXPLICAÇÃO DA EXPERIÊNCIA: Colocando os reagentes dentro da garrafa, o gás (dióxido de carbono) que irá gerar pressão no seu interior empurra a água pela boca da garrafa produzindo empuxo para subir. As forças envolvidas neste caso são: gravitacional, empuxo devido a ejeção de massa de água da garrafa, viscosidade (interna) e a resistência do ar durante o vôo. A pressão atmosférica do local também influencia esta experiência. ######### Dados importantes do lançamento: (a) Alcance horizontal: 160 m e 10 cm. (b) Altura máxima: 45 m. (c) Ângulo de lançamento: 50° em relação a horizontal. (d) Pressão interna gerada na garrafa PET: 130 psi (um carro de 1.200 Kg tem seus pneus calibrados de 30 psi cada um). (e) Pressão que a garrafa explode: 180 psi. (f) Volume da garrafa: 1,5 l. --------------------- Direitos autorais do vídeo e explicação: Prof. João Paulo (vice coordenador do LABAP) - Física.