Grupo de Técnicas Aeroespaciais
Foguetes de Água
Uma dúzia de números da CJ passados que já nada de novo vos espanta... Mais ainda, se viesse dizer agora que vocês podem fazer foguetes de água aposto que até acreditavam!
Pois é, acreditem ou não, é isso que vão aprender a fazer agora. Parece tudo muito estranho mas vamos relembrar os princípios físicos dos foguetes.
Se bem se lembram do que leram na CJ nº4 (se não a têm vejam na CJNet), os foguetes são uma aplicação da terceira lei de Newton: para cada acção existe uma reacção igual e de sentido oposto. Se pensarem que a pressão numa câmara da combustão expele os gases com uma determinada força para baixo, esses gases exercem uma força igual sobre a câmara para cima. Pela lei da conservação do momento linear, a quantidade de movimento (massa x velocidade) dos gases expelidos é igual à quantidade de movimento fornecida à câmara.
Se pensarem agora que em vez de gases, a câmara expele um qualquer fluido, o sistema continua a funcionar. Em particular, se esse fluido for água e se em vez da câmara ser de combustão for de ar comprimido, temos um foguete de água. Quer acreditem quer não, não é necessária tanta água como vocês imaginam nem tanta pressão como vocês estão a pensar, para levantar um destes foguetes à altura de um prédio de três andares!
Se por um lado a água é expelida a uma velocidade MUITO MENOR que os gases de uma câmara de combustão, a massa da água é MUITO MAIOR que a dos gases. O que quer dizer que a quantidade de movimento do foguete pode ser considerável apesar do sistema de propulsão rudimentar. É claro que isto não vai ser o futuro das viagens no espaço, mas permite fazer umas experiências engraçadas.
Existem 1001 maneiras de fazer este tipo de foguetes mas por razões de espaço vou deixá-las estrategicamente ao critério da vossa imaginação, apenas vou dar o mote para despertar o vosso engenho.
Como câmara, a melhor solução é usar uma garrafa de plástico de refrigerante gaseificado. Estas garrafas estão preparadas para aguentar pressões muito elevadas e resistem sem problemas à pressão e aos piores maus tratos que lhes possam dar. Não usem garrafas de água nem de vidro! As primeiras porque não estão preparadas para aguentar a pressão, as segundas por razões óbvias. Lembrem-se de que a culpa é a mesma quer as garrafas tenham sido atiradas da vossa mão ou de um engenho construído por vocês.
Para fornecer a pressão à câmara podem usar a própria pressão da rede de distribuição de água. Retirem a água residual de uma mangueira com aproximadamente 10 m e encaixem o gargalo da garrafa por dentro da mangueira. Provavelmente terão que aquecer a extremidade da mangueira para a conseguir alargar o suficiente. Encostem a garrafa a um plano quase vertical ou coloquem-na dentro de um troço de tubo que sirva de rampa de lançamento. Ao abrir a torneira a água vai empurrando o ar dos 10 m de mangueira e comprimindo-o com o ar já existente na garrafa, até que a própria água chega à garrafa e começa também a entrar. Se tudo correu conforme o desejado ficamos com uma garrafa meio cheia de água/meio cheia do ar original da garrafa comprimido com o ar dos 10 m de mangueira. Por esta altura o encaixe da mangueira na garrafa começa a ceder até que a garrafa sai disparada para cima (se tudo entretanto correu bem). A água ao ser expelida pela pressão do ar no topo da garrafa, produz a quantidade de movimento necessária para levantar a garrafa vários metros a cima do chão!
O que é que pode ter corrido mal? Bem o sistema é bastante simples mas pode precisar de ser afinado. Para começar, a própria pressão da rede de distribuição de água tem uma média de 4 kg/cm2 mas varia muito entre os 2 e os 8. Qualquer uma destas pressões permite construir um foguete, é tudo uma questão de afinação, como vamos ver, embora o desempenho varie muito. Se o encaixe entre a mangueira e a garrafa cedeu antes da água começar sequer a entrar na garrafa, podem atar um cordel a reforçar o encaixe, mas de modo a que também não estanque a pressão sem se soltar. Se a garrafa se solta na altura ideal, mas ainda não há água na garrafa é porque o diâmetro da mangueira pode ser muito grande e a garrafa fica com demasiado ar. Isto resolve-se não esvaziando tanto a mangueira antes de "recarregar" o sistema. Por outro lado, se a garrafa fica quase toda cheia de água e o pouco ar que sobra não tem força para a levantar, a solução é esvaziar melhor a água residual antes de "recarregar" ou usar uma mangueira maior.
Outro método alternativo é usar uma bomba de encher pneus de carro, para dar a compressão à câmara. Com este método começamos por encher a garrafa até meio, encaixamos uma mangueira ligada à bomba de ar e colocamos a garrafa em posição de lançamento. Depois é dar à bomba (de pedal para os tradicionalistas, de "interruptor" para os tecnológicos) e esperar até que a pressão no interior da garrafa faça ceder o encaixe da mangueira. Neste método convém usar um manómetro para medir a pressão da mangueira, visto que, ao passo que a pressão da rede de água é limitada, a pressão fornecida pelo compressor é apenas majorada pelas suas características. Não devemos deixar a pressão subir muito para lá dos 20 kg/cm2. As afinações são empíricas e semelhantes às já descritas.
Podemos também melhorar a estabilidade de voo do nosso foguete colocando-lhe umas aletas. Normalmente, pela disposição de massa no próprio foguete isto não é necessário, mas se a trajectória for pouco regular podemos pensar no assunto.
Este tipo de foguetes é bastante inofensivo, havendo que ter atenção apenas a três questões.
A primeira é o local onde vamos fazer esta experiência. Lembrem-se de que uma garrafa de refrigerante a cair de uma altura de três andares pode causar alguns danos. Acreditem que parece mesmo que os tejadilhos dos carros dos vizinhos ficam com o dobro da área e não param de se mexer para o sítio onde os foguetes vão cair. Tenham também atenção às pessoas que vão a passar e não querem levar com uma garrafa na testa, até porque nem sempre cai vazia...
A segunda questão a ter em atenção é a direção do foguete. Tenham muito cuidado para não se porem, nem deixarem ninguém se pôr à frente do foguete. Depois de bem afinado, um destes foguetes atinge sem dificuldade os 25 m/s (quase 100 km/h) logo à saída da base! Levar com um destes não é brincadeira nenhuma.
O terceiro ponto a ter em atenção é a pressão da garrafa. Não deixem que a garrafa passe para lá dos 20 kg/cm2, muito menos as garrafas normais de água, que nem a 7 kg/cm2 resistem!
Uma coisa com que não precisam de ter cuidado, porque pura e simplesmente NÃO DEVEM FAZER é usar garrafas do que quer que seja senão plástico!
Manter uma distancia segura da base pode evitar acidentes e o famoso "banho" pois o foguete é de....água.
Espero que tenham compreendido a construção destes foguetes e que o façam com segurança e entusiasmo. Podia ter sido mais completo e ter incluído uma demonstração teórica do desempenho possível de uma destas "máquinas", seria muito menos empírico e daria uma quantificação muito mais precisa aos conceitos descritos. Mas... acreditem que teriam desistido de ler a meio porque são muitas variáveis em jogo e é necessária muita motivação para fazer uma análise desse tipo. Nada melhor que uma boa experiência primeiro para aguçar a curiosidade.
Fonte:
www.ajc.pt/cienciaj/n12/gta.php3
