Apresento, a seguir, um modelo pronto para auxiliá-lo na elaboração de sua própria atividade MAPA na Universidade UNICESUMAR. Esta atividade é parte integrante do curso de Graduação em Engenharia Mecânica e visa proporcionar uma compreensão mais ampla dos conceitos abordados ao longo do semestre, bem como desenvolver habilidades de monitoramento e acompanhamento do processo de aprendizagem.
A seguir estão as instruções para atividade. Leia-as integralmente e com atenção!
O foguete não tripulado da Blue Origin, empresa de turismo espacial de Jeff Bezos, foi lançado com sucesso do oeste do Texas na manhã do dia 19 de dezembro de 2023, em seu primeiro lançamento bem-sucedido. O New Shepard, um sistema de lançamento reutilizável suborbital tripulado com decolagem vertical, foi lançado sem tripulação e com dispositivos tecnológicos para coleta de dados e experimentos no espaço, além de 38.000 cartões-postais do “Clube para o Futuro”, uma organização sem fins lucrativos.
A missão bem-sucedida representa um grande avanço nos planos da Blue Origin de enviar turistas pagantes até o espaço, algo que mais de duas dezenas de pessoas já fizeram.
Fontes:
https://forbes.com.br/forbes-tech/2023/12/foguete-da-blue-origin-de-jeff-bezos-foi-lancado-com-sucesso. Acesso em: 6 fev. 2024.
https://oglobo.globo.com/economia/noticia/2023/12/19/blue-origin-de-jeff-bezos-faz-primeiro-lancamento-espacial-desde-acidente-em-2022.ghtml. Acesso em: 6 fev. 2024.
Como apresentado nos extratos de notícias, um projeto bilionário entre a Blue Origin e a NASA estão desenvolvendo e testando foguetes para, além da coleta de dados científicos, também o turismo espacial. Você, profissional formado, está buscando uma oportunidade de estágio na Agência Espacial Brasileira (AEB) e, para isso, recebeu algumas perguntas a serem respondidas como forma de avaliação sobre os conhecimentos de física.
1) O valor de aceleração da gravidade terrestre é dependente da altitude, ou seja, no nível do mar g = 9,81 m/s2, e na altitude de 1000 km g = 7,33 m/s2. Partindo do repouso, sabe-se que o foguete atinge a velocidade 2500 km/h em aproximadamente 1000 km. Considerando a aceleração da gravidade média e a trajetória retilínea, calcule:
a) Qual a aceleração constante com que o foguete é lançado, em km/h2?
b) Qual o tempo para que este foguete alcance a altura de 1000 km? Lembre-se: nas equações do item A e B é preciso considerar as duas acelerações, da gravidade e também do foguete.
2) Nos momentos prévios ao lançamento, o New Shepard foi carregado com equipamentos de peso médio de 180 kg por uma rampa com baixo coeficiente de atrito (0,2), conforme o esquema indicado a seguir. Qual a força mínima (em Newtons) que o motor deve realizar para que o carregamento seja efetivamente realizado? Lembre-se de fazer corretamente a indicação das forças atuando sobre o sistema caixa-polia-motor e considere g = 9,81 m/s2.
3) Sabendo da definição das 3 leis de newton, escreva e explique com suas palavras a aplicação de cada uma delas durante o lançamento do foguete.
Primeira Lei: Inércia
Um foguete em repouso tende a permanecer em repouso. Para movê-lo, é preciso aplicar uma força externa que supere a inércia e o coloque em movimento. Essa força é gerada pelo motor do foguete, que queima propelente e expele gases a alta velocidade.
Segunda Lei: Força e Aceleração
A força aplicada ao foguete, chamada de empuxo, precisa ser maior que o peso do foguete para que ele possa subir. A força resultante, que é a diferença entre o empuxo e o peso, determina a aceleração do foguete. Quanto maior o empuxo e menor o peso, maior será a aceleração.
Terceira Lei: Ação e Reação
A queima do propelente no motor do foguete gera uma força de ação que expele gases a alta velocidade para trás. De acordo com a Terceira Lei de Newton, a essa ação corresponde uma reação de igual intensidade e sentido contrário. Essa força de reação impulsiona o foguete para frente.
Em resumo, as leis de Newton explicam como a força do motor do foguete, a inércia do foguete e a força de reação dos gases expelidos se combinam para impulsionar o foguete para cima.
4) Imagine que na altura de 1000 km da atmosfera terrestre há uma explosão, fazendo com que a partir da velocidade zero o foguete caia em queda livre. O valor de aceleração da gravidade terrestre é dependente da altitude, ou seja, no nível do mar g = 9,81 m/s2, e na altitude de 1000 km g = 7,33 m/s2. Considerando a aceleração da gravidade média, a trajetória retilínea e desprezando a resistência do ar, calcule:
a) Qual o tempo até atingir a superfície terrestre?
b) Com qual velocidade o foguete atingirá o solo?
REFERÊNCIAS
Física Geral e Experimental l. Luis Ricardo Arruda de Andrade. Maringá-PR: Unicesumar, 2019. Reimpresso em 2023. 360 p.
HEPROD5-1. Explicativo Mapa – Física Geral e Experimental I. Disponível em: URL. Acesso em: https://www.youtube.com/watch?v=zA47AXwanYc 24.fevereiro. 2024.
