Neste tópico, explicaremos como funciona o sistema de propulsão e também como aperfeiçoar ele.
1. Princípios básicos:
O sistema de propulsão de um foguete de garrafa PET usando vinagre e bicarbonato de sódio baseia-se em uma reação química que produz dióxido de carbono (CO₂) gasoso. Esse gás se acumula na garrafa e gera pressão, que, quando liberada, impulsiona o foguete para cima.
1.1 Lei de Ação e Reação:
A Lei da Ação e Reação é uma das leis fundamentais do movimento formuladas por Isaac Newton, especificamente a Terceira Lei de Newton. Ela afirma que:
"Para toda ação, há uma reação igual e oposta."
Essa lei é crucial para entender o funcionamento de qualquer sistema de propulsão, incluindo foguetes de garrafa PET.
No contexto de um foguete:
- Ação: O gás (dióxido de carbono) é expelido rapidamente pela abertura do gatilho
- Reação: Em resposta à expulsão do gás, a garrafa é empurrada para cima com uma força igual em sentido oposto.
Com isso temos a sua aplicação:
- Gás Expelido: Quando o CO₂ é expelido para fora da garrafa, o foguete é empurrado para cima. Isso ocorre porque o gás, ao ser forçado para fora, exerce uma força na direção oposta à qual é expelido.
- Ação do Gás: O gás empurra para fora com uma certa força e velocidade.
- Reação do Foguete: De acordo com a Lei de Ação e Reação, a garrafa é empurrada para cima com uma força igual e oposta à força com a qual o gás é expelido.
1.2 Produção de Gás e Pressão:
Quando vinagre (ácido acético) e bicarbonato de sódio (uma base) são misturados, ocorre uma reação química que produz dióxido de carbono (CO₂) gasoso, água e acetato de sódio. A reação é representada pela equação química:
CH3COOH (ácido acético) + NaHCO3 (bicarbonato de sódio) → CO2 (dióxido de carbono) + H2O (água) + CH3COONa (acetato de sódio)
- Ácido Acético (CH₃COOH): Encontra-se no vinagre.
- Bicarbonato de Sódio (NaHCO₃): Usado como o reagente básico.
- Dióxido de Carbono (CO₂): O gás produzido que cria pressão.
À medida que o dióxido de carbono se acumula dentro da garrafa, a pressão interna aumenta.
1.3 Estabilização do Voo:
Para que o foguete de garrafa PET voe de maneira estável, é importante que a pressão e o impulso sejam distribuídos uniformemente:
- Simetria e Equilíbrio: A garrafa deve ser simétrica para garantir um lançamento reto e estável.
- Aletas ou Estabilizadores: Aletas ajudam a estabilizar o voo, permitindo que o foguete mantenha um caminho mais retilíneo.
Existem outros tópicos aqui no NOIC que podem ajudar muito mais com a estabilização no voo, então não explicarei muito sobre.
2. Ajuste para aperfeiçoamento:
Aperfeiçoar o sistema de propulsão de um foguete de garrafa PET que utiliza vinagre e bicarbonato de sódio pode melhorar a eficiência, a estabilidade e o desempenho geral do lançamento. Algumas estratégias e técnicas para aprimorar esse sistema:
2.1 Redução do Peso do Foguete:
A redução do peso do foguete é um fator crucial para melhorar o desempenho e alcançar distâncias maiores. Aqui estão mais detalhes sobre por que e como a redução do peso pode beneficiar o desempenho do foguete, além de algumas estratégias para alcançar esse objetivo:
Leveza:
Menos Reagentes: Utilizar uma quantidade menor de vinagre e bicarbonato reduz o peso total do foguete.
Menos massa significa que há menos resistência à força de propulsão gerada pelo gás.
Impacto na Performance: Um foguete mais leve pode ser acelerado mais facilmente pela mesma quantidade de gás, resultando em um voo mais eficiente e potencialmente mais alto.
Menor Resistência à Força de Propulsão:
- Força de Propulsão: Menos massa significa que a mesma quantidade de força gerada pelo gás pode acelerar o foguete a uma velocidade maior. Isso resulta em um voo mais longo e mais rápido.
- Energia Cinética: A energia cinética é dada pela fórmula Ek=1/2mv²
Onde m é a massa e v é a velocidade. Com menos massa, uma quantidade menor de energia é necessária para alcançar a mesma velocidade, aumentando a distância percorrida.
Eficiência no Voo: Menos peso reduz o arrasto (resistência do ar), permitindo que o foguete alcance velocidades mais altas com a mesma força de impulso. Isso pode contribuir para uma maior distância percorrida.
2.2 Ajuste de Quantidade de Reagentes:
Proporções Ideais:
Quantidades de Vinagre e Bicarbonato: Teste diferentes proporções de vinagre para bicarbonato de sódio para encontrar a combinação que produz a quantidade ideal de gás sem causar vazamentos. Isso é crucial para você obter a quantidade ideal para alcançar a pressão necessária.
O aconselhável é você encontrar uma proporção pequena para que o foguete saia leve e com isso consiga alcançar uma distância maior.
Efeito do Volume:
Volume de Reagentes: Aumentar ou diminuir o volume de vinagre e bicarbonato de sódio pode alterar a quantidade de dióxido de carbono produzido e, portanto, a pressão gerada. Teste diferentes volumes para encontrar o equilíbrio certo entre produção de gás e estabilidade da garrafa.
3. Controle da Reação Química:
Eficiência da Reação:
- Mistura Rápida: Melhore a eficiência da reação garantindo que o bicarbonato de sódio e o vinagre sejam misturados de maneira rápida e completa. Use um funil ou um dispositivo de mistura para facilitar a combinação dos reagentes.
- Temperatura: A temperatura pode influenciar a velocidade da reação. Experimente realizar lançamentos em diferentes temperaturas para ver como isso afeta a produção de gás e o desempenho do foguete.
O ideal e aconselhável é que você faça um foguete com um peso leve, que suas massas estejam equilibradas, e sua pressão na hora do lançamento ultrapasse os 150 PSI. Para tópicos mais aprofundados sobre Foguete, CP e CM, você pode pesquisar aqui no próprio NOIC.