Aumento de peso e Aumento de foguete ✅

 Claro! Vamos falar sobre foguetes e como o aumento de peso afeta o seu desempenho. 🚀

Um foguete é impulsionado pelo princípio da ação e reação, conforme a Segunda Lei de Newton. A força resultante que atua em um foguete é calculada pela diferença entre o empuxo (direcionado para cima) e o peso do foguete (direcionado para baixo). Para que um foguete suba, o empuxo gerado pelos motores deve ser maior do que a força peso que atua nele.

Podemos expressar essa relação da seguinte forma:

Onde:

• (E) é o empuxo gerado pelos motores.
• (P) é o peso do foguete.
• (m) é a massa total do foguete, incluindo o combustível.
• (a) é a aceleração do foguete no momento em que ele possui massa (m).

Para determinar o empuxo ((E)), consideramos a relação entre a massa de combustível ejetada por unidade de tempo ((T)) e a velocidade com que essa ejeção ocorre em relação ao foguete ((V)). Essa relação é expressa pelo princípio da conservação da quantidade de movimento:

Por exemplo, se tivermos um foguete com massa inicial de 710 kg, que consome combustível a uma taxa de 2,5 kg/s e expele gases de combustão com velocidade relativa de 3.300 m/s, podemos calcular o valor do empuxo:

A aceleração inicial imposta ao foguete pelo empuxo também pode ser calculada:

Observe que a aceleração inicial do foguete deve ser maior que a aceleração gravitacional da Terra (9,8 m/s² na superfície), caso contrário, o foguete não subirá.

Para melhorar o desempenho do foguete, podemos mexer nos valores do projeto:

• Reduzir o peso escolhendo materiais mais leves e adotando o funcionamento por estágios.
• Alterar a velocidade de ejeção dos gases de combustão, preferindo combustíveis que geram produtos de combustão mais leves.

Por exemplo, a mistura de hidrogênio e oxigênio líquidos produz gases de escape com velocidade de cerca de 3.900 m/s, tornando o foguete mais eficiente. 🌟

¹: Dinâmica de foguetes: A Segunda Lei de Newton - UOL Educação ²: Obtenção experimental do coeficiente de arrasto com o lançamento de foguetes ³: LANÇAMENTO DE FOGUETES: UMA ANÁLISE INTRODUTÓRIA DA FÍSICA, MATEMÁTICA E COMPUTAÇÃO

O estágio de um foguete é uma parte fundamental do seu projeto e funcionamento. Vamos explorar como ele opera:

1. Estágios em foguetes:

   • Os foguetes são frequentemente projetados com múltiplos estágios, cada um com sua própria função.
   • Cada estágio é uma seção independente do foguete, com seus próprios motores e sistemas de propulsão.
   • À medida que o foguete sobe, os estágios são descartados quando seu combustível é esgotado ou sua função é cumprida.

2. Funcionamento dos estágios:

   • Primeiro estágio:
     • O primeiro estágio é o mais poderoso e é ativado no lançamento.
     • Ele fornece a maior parte do empuxo inicial para superar a gravidade da Terra.
     • Geralmente usa combustíveis líquidos ou sólidos.
   • Estágios subsequentes:
     • Os estágios subsequentes são menores e mais leves.
     • Eles são ativados após o primeiro estágio esgotar seu combustível.
     • Cada estágio subsequente continua a impulsionar o foguete para cima.
   • Estágio final:
     • O último estágio, também chamado de estágio superior, coloca a carga útil (como um satélite) em órbita.
     • Pode ser um estágio de propulsão líquida ou elétrica.

3. Benefícios do projeto de estágios:

   • Reduz o peso total do foguete durante o voo.
   • Permite otimizar cada estágio para diferentes altitudes e velocidades.
   • Facilita o descarte de partes não mais necessárias.

Em resumo, os estágios permitem que os foguetes alcancem altitudes mais elevadas e entreguem cargas úteis no espaço. 🚀

Existem dois tipos principais de combustível para foguetes: líquidos e sólidos. Vamos explorar cada um deles:

1. Propelentes Líquidos:

   • Os propelentes líquidos são derivados do petróleo e consistem em uma mistura de hidrocarbonetos complexos.
   • O querosene altamente refinado, chamado RP-1, é um exemplo. Ele é oxidado pelo oxigênio líquido (LOX) e queima a temperaturas extremamente elevadas (3.396,85 °C).
   • Foguetes como Atlas, Delta, Molniya, Titan I, Saturno IB, Falcon 9 e Falcon Heavy usam RP-1 em diferentes estágios.
   • Os motores de combustível líquido podem ser acelerados, desligados e reiniciados, mas têm oxidantes tóxicos e sistemas complexos¹.

2. Propelentes Criogênicos:

   • Os propelentes criogênicos são compostos por hidrogênio líquido (LH2) como combustível e oxigênio líquido (LO2 ou LOX) como oxidante.
   • Eles permanecem em estado líquido a temperaturas extremamente baixas (-253 °C para o hidrogênio e -183 °C para o oxigênio).
   • Oferecem um impulso específico cerca de 30% a 40% maior que outros combustíveis, mas são difíceis de armazenar por longos períodos.
   • Foram usados nos motores principais do ônibus espacial e nos segundos estágios dos foguetes Saturn V e Saturn 1B¹.

Em resumo, a escolha do combustível depende das necessidades específicas de cada missão espacial e das características de cada foguete. 🚀