Apresentação Final

 

Aqui temos a apresentação final, com um contexto sobre a teoria e o lançamento do foguete!

Diário de Bordo

24/04/2024 - Neste dia, o grupo de reuniu pela primeira vez.

27/04/2024 - No respectivo dia o grupo fez a primeira reunião, com o objetivo de definir ideias pesquisadas de forma individual.

04/05/2024 - Realizada a segunda reunião, com o objetivo de dividir e definir as tarefas realizadas por cada integrante do grupo.

18/05/2024 - O grupo realizou uma nova reunião, para a definição do modelo da base de lançamento e também do foguete a ser utilizado, e também a definição dos materiais a serem comprados por cada membro.

18/05 à 25/05/2024 - Durante este período todos os integrantes do grupo fizeram a compra dos materiais definidos anteriormente.

01/06/2024 - Nos reunimos de forma presencial para fazer a confecção da base de lançamento e do foguete. Aproveitamos também para fazer os primeiros testes, e verificar o funcionamento de todas as partes.

14/06/2024 - Realizamos as primeiras tentativas de lançamento oficial do foguete.          

15/06/2024 - Novamente realizamos os lançamentos do foguete com a base de maior alcance.

22/06/2024 - Os membros do grupo se reuniram para realizar os lançamentos do foguete, agora com a base de 85º.

22/06/2024 - O grupo realizou a sua última reunião, com o objetivo de finalizar o blog e revisa-lo.

CRONOGRAMA 

Figura 1 - Cronograma

Aplicação Tracker

  Neste post abordamos sobre a parte aplicada, onde mostramos as equações obtidas no lançamento oblíquo do projétil, neste caso, o foguete de garrafa PET. Todas as equações e cálculos levam em consideração que foi desprezado a resistência do ar, portanto não serão extremamente precisos por causa desta consideração. Entretanto, os resultados reais variam minimamente.

   Abaixo mostramos primeiramente as equações com o lançamento situado em 45°. Falamos também como obtivemos as equações juntamente com os valores conseguidos pelo software, e demais explicações.

 Consideramos g = 9,80665 m/s², além de outros valores até a 5° casa decimal.

Lançamento em 45°

Dados fornecidos pelo software

Deslocamento horizontal = 46m

Altura máxima = 9,4m

Tempo total = 3s

Direção vertical

Consideramos que:

• Movimento uniformemente variável (MUV)
• O início do movimento em seu ponto de lançamento, S₀ = 0
• A velocidade vertical final igual a zero, V = 0
• Sentido positivo para cima
• Desprezamos a resistência do ar

 Antes de obter as equações, necessitamos da velocidade inicial no eixo y (V₀y), para isto usamos a equação do tempo de subida. Assim precisamos observar que o tempo será 1,5, pois consideramos apenas até atingir a altura máxima.

Figura 1 

t = tempo (s), V₀y = velocidade inicial em y (m/s), g = aceleração da gravidade (m/s²)

1,5 = V₀y / 9,80665

V₀y = 14,70997 m/s

 Com a velocidade inicial em y obtida, podemos obter as demais equações. Utilizamos o sinal de menos pois o lançamento ocorreu em sentido positivo, sentindo efeito da gravidade, ou seja, para cima.

Posição vertical em função do tempo

Figura 2

  Sy(t) = posição em determinado instante após o lançamento(m)

Portanto a equação será

Sy(t) = 14,70997*t- (9,80665*t²/2)

Velocidade vertical em função do tempo

Figura 3

  Vy(t) = velocidade em y após um determinado tempo após o lançamento (m/s)

Temos a equação 

Vy(t) = 14,70997 - 9,80665*t

 Vale se destacar também a equação da altura máxima, pois acaba-se tendo uma diferença de 1,63248m da que obtemos no software, porém podemos relevar isto como uma margem de erro.

Figura 4

  h = altura(m)

h = 14,70997² / 2*9,80665

h = 11,03248m

Direção horizontal

Consideramos

• Movimento uniforme (MU)
• Velocidade constante
• Sem aceleração

Como no caso anterior, temos de obter primeiro a velocidade inicial em x (V₀x) utilizando a distância percorrida e o tempo total. Obtemos a velocidade inicial em x a partir da função horizontal em  função do tempo.

Figura 5

  Sx(t) = posição em determinado instante após o lançamento

46 = V₀x*3

V₀x ≌ 15,33333 m/s

 Velocidade em função do tempo

   

Figura 6

V(t) = velocidade em um instante após o lançamento 

Como a velocidade é constante, então a velocidade em qualquer ponto será igual a velocidade inicial.

V(t) = 15,33333 m/s

Posição horizontal em função do tempo

Figura 7

 Sx(t) = 15,33333*t

Movimento oblíquo em função do ângulo

 O lançamento oblíquo ou de projétil é um movimento realizado por um objeto que é lançado na diagonal.

 Esse tipo de movimento realiza uma trajetória parabólica, unindo movimentos na vertical (sobe e desce) e na horizontal. Assim, o objeto arremessado forma um ângulo (θ) entre 0° e 90° em relação a horizontal.

 A seguir mostramos as equações em função do ângulo de lançamento. O resultado obtido pelas equações apresentadas anteriormente irá condizer com estas, portanto servirá de comprovação. Temos de ressaltar que terá o maior alcance em um ângulo de 45°, o qual será explicado posteriormente.

 Antes de encontrar as equações, teremos de descobrir a velocidade inicial (V₀). Onde utilizamos o componente horizontal ou vertical da velocidade para determinar.

Componente horizontal da velocidade

Figura 8

  V₀ = velocidade inicial(m/s), θ = ângulo de lançamento(Graus)

Componente vertical da velocidade

Figura 9

Substituindo no componente vertical, encontramos o valor da velocidade inicial.

14,70997 = V₀*sen(45°)

V₀ = 20,80303 m/s

Tempo de subida em função do ângulo

Figura 10

Ts = (20,80303*sen(45°)) / 9,80665

Ts ≌ 1,5s

Altura máxima em função do ângulo

Figura 11

h = (20,80303²*sen²(45°)) / 2*9,80665

h ≌ 11,03248m

Alcance horizontal em função do ângulo

Figura 12

  a = alcance(m)

a = (20,80303*sen(2*45°)) / 9,80665

a ≌ 44,12985m

 Aqui vale se notar que houve uma diferença de 1,87015m, porém como já explicado anteriormente, isto é uma margem de erro.

 A partir desta fórmula conseguimos explicar que o ângulo de maior alcance é 45°, pois estas grandezas dependem do seno do ângulo. Como a função seno varia de -1 a 1, conclui-se que irá atingir o valor máximo quando o seno estiver em seu valor máximo, ou seja quando o seno for igual a 1, o que ocorre quando o ângulo for de 90°. Com isto concluímos que 2θ = 90° portanto θ = 45°.

Lançamento em 85°

 Para o lançamento de 85° mostramos diretamente as equações obtidas, sem mostrar as fórmulas ou explicar, pois já foi realizado anteriormente.

Dados fornecidos pelo software

Deslocamento horizontal = 7,45m

Altura máxima = 8,15m

Tempo total = 4,7s

Direção vertical

2,35 = V₀y / 9,80665

V₀y = 23,04562m/s

Posição vertical em função do tempo

Sy(t) = 23,04562*t - (9,80665*t²/2)

Velocidade vertical em função do tempo

Vy(t) = 23,04562 - 9.80665*t

Altura máxima 

h = 23,04562² / 2*9,80665

h = 27,07859m 

 Aqui acabamos tendo uma diferença particularmente grande, sendo de 18,92859m.

Direção horizontal

7,45 = V₀x*4,7

V₀x = 1,58510m/s

Velocidade em função do tempo

V(t) = 1,58510 m/s

Posição horizontal em função do tempo

Sx(t) = 1,58510*t

Movimento oblíquo em função do ângulo

23,04562 = V₀*sen(85°)

V₀ = 23,13365m/s

Tempo de subida em função do ângulo

Ts = (23,13365*sen(85°)) / 9,80665

Ts ≌ 2,35s

Altura máxima em função do ângulo

h = (23,13365²*sen²(85°)) / 2*9,80665

h ≌ 26,87290m

 Aqui obtivemos uma pequena diferença sendo ela de 0,20569m, entretanto como já explicado anteriormente, esta é a margem de erro.

Alcance horizontal em função do ângulo

a = (23,04562²*sen(2*85°)) / 9,80665

a ≌ 9,40429m

 Houve uma pequena diferença sendo de 1,95429m, sendo a margem de erro como já dito.

ATA de encontros

 A criação de atas nos encontros de alinhamento em grupo é fundamental para documentar e arquivar os assuntos discutidos. Elas servem como um registro oficial das decisões tomadas, tarefas atribuídas e prazos estabelecidos, garantindo transparência e responsabilidade. Esse processo organiza as informações e promove uma comunicação eficaz dentro do grupo.

Para darmos vazão de forma ágil nos assuntos do projeto, a criação de um grupo de trabalho na plataforma Whatsapp, foi fundamental para alinhamentos prévios e imprevistos. Possibilitando a agilidade em duvidas e andamento das atividades.

Em nosso primeiro encontro de alinhamento de interesses, procedimentos e distribuição de tarefas, realizamos de forma remota pela plataforma Google Meet, viabilizando a todos a comunicação de forma acessível. 

Após o primeiro alinhamento, nos reunimos no dia programado para montagem e primeiro lançamento em 45°.

Devido alguns contratempos, Neste dia não foi possível fazer o lançamento do do foguete. Então programamos uma nova data para lançamento do foguete.

Obtivemos sucesso na 2° tentativa de seu lançamento, as alterações na base de lançamento foram fundamental para esse resultado. Isso nos possibilitou a programar o dia 22/06 para dar seguimento no lançamento em 85°.

Enfim chegamos ao nosso último encontro de lançamento do projétil, desencadeando os próximos passos para finalização do projeto. A complementação do blog persistiu no mesmo dia, assim como apresentação dos integrantes. 

Processo de montagem do foguete

 Montar um foguete de garrafa PET é uma atividade que envolve princípios básicos de física e engenharia. Este projeto consiste em transformar uma simples garrafa plástica em um foguete impulsionado pela pressão do ar. 

Para isso, utilizaremos materiais acessíveis como uma garrafa PET, papelão, areia, pistola de cola quente, fita esparadrapo, bomba de pressurização, ventil, balões, abraçadeiras de náilon e canos PVC. O foguete funciona ao pressurizar a garrafa com ar e liberar a pressão de forma controlada, criando impulso e propulsionando o foguete para cima. 

Figura 1 - Foguete

1. Materiais Necessários:

   • Garrafas PET 2x ; 
   • Areia (200g) ;
   • Pistola de cola quente ;
   • Estabilizadores (Papelão) ;
   • Fita crepe ; 
   • Bomba de pressurização 1x ;
   • Água (1L)/lançamento; 
   • Folha de papel A4 (Cone do foguete) 1x ;
   • Tubo de caneta 1x ; 

2. Montagem:

• Corte 1x garrada PET no meio ; 
• Coloque areia (200g) no bico da garrafa cortada, para dar estabilidade ; 
• Faça um circulo de papelão para segurar a areia no bico da garrafa ; 
• Estabilizadores (Papelão), conforme medidas ; 
• Insira o cone de papel sobre o bico onde está a areia juntamente com o tubo de caneta ;
• Coloque a PET cortada sobre a PET inteira e cole com cola quente e fita ; 
• Cole os estabilizadores com fita e cola quente na lateral do foguete ;

Figura 2 - Materiais

BASE DE LANÇAMENTO 

A base deve ser projetada para suportar a pressão do lançamento e garantir que a trajetória do foguete seja controlada. Um bom design inclui um mecanismo para segurar a garrafa até que a pressão necessária seja alcançada e libere o foguete de forma eficiente e segura. Para isso utilizamos canos e dobradiças de PVC para montagem.

Figura 3 - Montagem da Base

1. Materiais Necessários:

   • Tubos de PVC: 2x 20cm, 1x 25cm e 2x de 10cm ; 
   • Conexões: 2x "caps", 2x "joelhos" e 1x "tê" ;
   • Cola para PVC 1x ;
   • Válvula de pneu de bicicleta 1x ;
   • Balão de festa 1x ; 
   • Fita dupla face 1x ;
   • Um pedaço de câmera de pneu de bicicleta ; 
   • Lixa para cano ; 
   • Abraçadeira de náilon 4x ;  
   • Abraçadeira de metal para tubo de diâmetro de 20 mm 1x ; 
   • Cano branco de esgoto de 4cm de diâmetro por 4 cm de comprimento 1x ; 
   • Fio de náilon ou barbante ;
   • Haste de metal para ancorar base ;

2. Montagem dos tubos:

• Conecte os pedaços de 10 cm ao "tê" e aos "joelhos" ;
• Conecte os tubos de 20 cm aos "joelhos" e tampe com os "caps" ;
• Conecte o tubo de 25 cm ao "tê" e depois cole aos tubos de 10 cm, inclinando-o a 45°.
3. Colagem:

• Aplique cola nas partes internas das conexões e nas pontas dos tubos, facilitando a montagem e assegurando firmeza.

Figura 4 - Base 45°

GATILHO

    Elaborar o gatilho do foguete de garrafa PET pode ser desafiador e exigir várias modificações. Inicialmente, utilizamos materiais inadequados para fixação da garrafa enquanto a pressão aumentava. Diversas configurações foram feitas para garantir uma liberação rápida e eficiente. A necessidade de um sistema robusto que suportasse a pressão e permitisse um lançamento controlado levou a ajustes contínuos. Após várias tentativas, conseguimos desenvolver um gatilho confiável usando abraçadeiras de náilon, abraçadeira de aço, fita dupla-face, fita esparadrapo e bocal de balão equilibrando segurança e eficiência no lançamento.

DESAFIOS DE LANÇAMENTO

    A primeira modificação envolveu substituir a fita crepe por fita esparadrapo. A fita crepe, em combinação com o bocal do balão, prendia o foguete na base ao entrar em contato com a água, mesmo sob alta pressão. Observamos que a fita esparadrapo não apresentava esse problema, permanecendo eficaz e funcional quando molhada. Essa troca eliminou a aderência indesejada, permitindo um lançamento mais suave e eficiente.

Neste vídeo, mostra nossa primeira tentativa de lançamento no dia 09 de julho, nos deparando com o primeiro problema dito anteriormente e apresentando outros dois. A quebra da base, devido á aderência do foguete no bocal da base, as dobradiças e caps cederam a alta pressão. O segundo parâmetro identificado para melhoria foi justamente no gatilho, novamente. Devido a força aplicada e diversas tentativas de lançamento, tivemos que alterar o barbante para fio náilon, para garantir que não haja rompimento ao exercer o gatilho. 

1. Materiais Substituídos:

• Fita crepe ; 

Figura 5 - Gatilho

A fita crepe foi envolvida no cano de 25mm para fixação das braçadeiras de náilon, juntamente com a braçadeira de aço. Todavia, ao entrar em contato com água e todas as tentativas de lançamento, as abraçadeiras escorregavam sobre o cano. Embora a fixação da abraçadeira de aço seja confiável, modificamos a fita para dupla-face.

 

Figura 6 - Fita 

• Barbante ; 

Figura 7 - barbante 

Devido ao alto índice de lançamento e força exercida em seu corpo, embora com pouca força aplicada, o barbante cedia ao decorrer de seus lançamentos, levando a modificação para fio mais resistente à aplicação, como fio de náilon de 0,90mm. 

Figura 8 - Fio de náilon

DIA 09 DE JUNHO

Foi este o dia do primeiro encontro dos integrantes para montagem e lançamento do foguete. Devido ao desencontro de alguns integrantes, não foi possível a gravação de sua primeira montagem. No mesmo dia, após ao infeliz lançamento, foi elaborado suas modificações devido aos contratempos de materiais.

Figura 9 - 1° lançamento

Integrantes presentes no dia: Marcelo Machado, Otávio e Gabriel Eduardo. 

Em sua segunda montagem, permanecemos com os materiais  alternativos para tentativa do seu segunda lançamento. Como podemos ver no vídeo, continuamos com a fita adesiva e fita crepe na composição da base. 

 

DIA 15 DE JUNHO

Foi este o dia de seu primeiro lançamento e modificações para os materiais indicados anteriormente. Além de acrescentado um item que foi fundamental para a fixação da base no solo, duas hastas de metal usados como âncora, para manter a base estática no lançamento do foguete. 

Figura 10 - Haste de metal

Figura 11 - 2° lançamento

Aplicamos em seu lançamento ângulo de 45° para tingir maior alcance horizontal e obtivemos sucesso, resultando em um deslocamento no eixo x de aproximadamente 46m e no eixo y, uma altura de aproximadamente 9,4m. 

Integrantes presentes no dia: Otávio e Gabriel Eduardo. 

DIA 22 DE JUNHO

Neste dia, nenhuma modificação foi feita por participantes na composição física do foguete ou base de lançamento. Apenas alternado para ângulo de 85°

Figura 12 - Ângulo de 85°

Figura 13 - 3° lançamento

Integrantes presentes no dia: Marcelo Machado, Otávio e Gabriel Eduardo. 

  O encontro aconteceu para aplicação do lançamento de 85°. Obtivemos sucesso na atividade resultando em um deslocamento no eixo x de aproximadamente 7,45m e no eixo y, uma altura de aproximadamente 8,15m. 

Fundamentação Teórica do Lançamento do Foguete

 Foguetes a água são modelos caseiros que usam uma combinação de água e pressão para obter um lançamento. Uma garrafa PET (Como as de refrigerante) é enchida com água a um terço, então essa é invertida no suporte de pressão. Usa-se um compressor de ar, que quando estiver comprimido ao máximo a garrafa é liberada pelo sistema de soltura; o ar comprimido irá empurrar a água para baixo fazendo, assim, a garrafa subir.

Figura 1

Objetivos

Entender os conceitos que atuam em um foguete, como a 3a° Lei de Newton (ação e reação) e conservação de energia.

Figura 2

Metodologia

O processo é simples, a água é introduzida na garrafa antes de transportá-la para a base, logo após inicia-se a pressurização e quando a pressão for a desejada libera-se a trava de segurança, permitindo que o foguete tenha a mobilidade para se deslocar. Como o ar comprimido da garrafa tende a igualar-se a pressão atmosférica, este empurra a água pela boca da mesma, movimentando-a em sentido oposto. Esse fenômeno corresponde à Terceira Lei de Newton (ação e reação) que: "A toda ação há sempre oposta uma reação igual, ou, as ações mútuas de dois corpos sobre o outro são sempre iguais e dirigidas a partes opostas.".

Figura 3

Figura 4

Resultados e discussões

Utilizando-se de conceitos de cinemática escalar desenvolvidos em Física durante o 1° semestre do curso, foram feitos cálculos para determinar a altura atingida e assim melhorar o desempenho do projeto. Alguns resultados, embora justificados com equações e hipóteses simplificadas, não condizem corretamente com a realidade. A medida que o foguete sobe, ele perde água e pressão, tem atrito com o ar, entre outros fatores, para calcular esse movimento conseguir a otimização da equação, precisa-se utilizar do cálculo aplicado na física e de algumas considerações, tornando o trabalho bastante complexo.

Velocidade vertical em função do tempo:

Figura 5

Posição vertical em função do tempo:

Figura 6

Desenhos Técnicos

 Desenho técnico em 2D, desenvolvido por Otávio Corteze. 

Referente a base de lançamento: 

- Feito em escala 1:5 / A4

Nota: o desenhista consultou o professor de Desenho Técnico sobre qual a melhor maneira de postar o desenho e está aguardando o retorno.

 Desenho técnico em 2D, desenvolvido por Otávio Corteze. 

Referente ao foguete: 

- Feito em escala 1:5 / A4

file:///C:/Users/otavi/OneDrive/Documentos/Solid%20Desenhos/Desenho%20foguete.pdf