CURSO PREPARATÓRIO OLIMPÍADA BRASILEIRA DE ASTRONOMIA E ASTRONÁUTICA

Transcrição

1 CURSO PREPARATÓRIO OLIMPÍADA BRASILEIRA DE ASTRONOMIA E ASTRONÁUTICA

2 AVIÕES

3 História O sonho de voar era remonta, para o Homem, desde a pré-história. Com o primeiro vôo feito pelo homem numa aeronave mais leve que o ar, um balão, o maior desafio tornou-se a criação de uma máquina mais pesada do que o ar, capaz de alçar vôo por meios próprios. Anos de pesquisas por muitas pessoas ávidas do tão sonhado vôo produziram resultados fracos e lentos, mas contínuos. Em 28 de agosto de 1883, John Joseph Montgomery tornou-se a primeira pessoa a fazer um vôo controlado em uma máquina mais pesada do que o ar, em um planador.

4 No começo do século XX, o primeiro vôo numa máquina mais pesada do que o ar, capaz de gerar a potência e sustentação necessária por si mesmo, foi realizada. Porém, isto é um fato polêmico, em que um de dois aviadores são creditados: o brasileiro Alberto Santos Dumont ou os irmãos americanos Wilbur e Orville Wright. Santos Dumont é creditados como o responsável pelo primeiro vôo num avião, na maior parte do mundo (principalmente Brasil e França) e o vôo dos irmãos Wright foi realizado em condições anormais, em que o vento rápido favoreceu o vôo. O avião só pode ser considerado como tal se pode decolar por si próprio, portanto essa tentativa tem crédito apenas nos EUA.

5 Guerras na Europa, em especial, a Primeira Guerra Mundial, serviram como palco de testes para o uso do avião como armamento. Primeiramente visto por generais e comandantes como um "brinquedo", o avião provou ser uma máquina de guerra capaz de causar sérios estragos nas linhas inimigas. Após a Primeira Guerra Mundial, os aviões passaram por inúmeros avanços tecnológicos. Em 1919, os britânicos John Alcock e Arthur Whitten Brown realizaram a primeira travessia transatlântica em um avião. O primeiro jato comercial, o De Havilland Comet, foi introduzido em 1952, e o primeiro jato comercial de sucesso, o Boeing 707, ainda nos anos 50. O Boeing 707 iria desenvolver-se posteriomente no Boeing 737, a linha de aviões de passageiros mais usada do mundo,, no Boeing 727, outro avião de passageiros bastante usado, e no Boeing 747, o maior avião comercial do mundo até 2005, quando foi superado pelo Airbus A380 Boeing 707

6 Um avião, ou aeroplano, é uma aeronave, mais pesada que o ar e que se sustenta por meios próprios. Pode possuir um ou mais planos de asa, sendo estas fixas em relação ao corpo da aeronave. Duas características comuns a todos os aviões são a necessidade de um fluxo constante de ar pelas asas, para a sustentação da aeronave, e a necessidade de uma área plana e livre de obstáculos onde eles possam alcançar a velocidade necessária para decolar e alçar vôo, ou diminuí-la, no caso de uma operação de pouso. A maioria dos aviões, porém, necessita de um aeroporto dispondo de uma boa infra-estrutura para receber adequada manutenção e reabastecimento, e para o deslocamento de tripulantes, carga e passageiros. Enquanto a grande maioria dos aviões pousa e decola em terra, alguns são capazes de fazer o mesmo em corpos d'água e alguns até mesmo sobre superfícies congeladas.

7 O avião é atualmente o meio de transporte civil e militar mais rápido do planeta (Sem levarmos em conta os foguetes e os Ônibus Espaciais). Aviões a jato comerciais podem alcançar cerca de 900 km/h, e percorrer um quarto da esfera terrestre em questão de horas, e mesmo pequenos aviões monomotores são capazes de alcançar facilmente velocidades que giram em torno de 175 km/h ou mais em vôo de cruzeiro. Já aviões supersônicos, que operam atualmente apenas para fins militares, podem alcançar velocidades que superam em várias vezes a velocidade do som.

8 Tipos de aviões Aviões monomotores, bimotores e turbo-hélices Monomotores, bimotores e turbo-hélices utilizam motores radiais como meio de propulsão. Os aviões monomotores, bimotores e turbo-hélices fazem uso de um motor que faz girar uma hélice, criando o empuxo necessário para a movimentação da aeronave para frente. Em particular os turbo-hélices são motores à reação (jato) que impulsionam uma hélice.são relativamente silenciosos, mas possuem velocidades, capacidade de carga e alcance menores do que os similares a jato. Porém, são sensivelmente mais baratos e econômicos do que os aviões a jato, o que os torna a melhor opção para pessoas que desejem possuir um avião próprio ou para pequenas companhias de transporte de passageiros e/ou carga. Cessna 172, um avião monomotor. Monomotores, bimotores e turbohélices utilizam motores radiais como meio de propulsão.

9 Aviões a jato Aviões a jato fazem uso de turbinas para a criação da força necessária para a movimentação da aeronave para frente. Aviões a jato possuem muito mais força e criam um impulso muito maior do que aviões que fazem uso de turbo-hélices. Como conseqüência, podem carregar muito mais peso e possuem maior velocidade do que turbo-hélices. Um porém é a grande quantidade de som criada por uma turbina; isto torna aviões a jato uma fonte de poluição sonora.

10 Aviões supersônicos Aviões supersônicos, como o Concorde e caças militares, fazem uso de turbinas especiais, que geram potência necessária para um vôo mais rápido que a velocidade do som. Além disso, o desenho do avião supersónico apresenta certas diferenças com o desenho de aviões subsónicos, tudo de modo a superar do modo mais fácil possível o atrito do aparelho com o ar. Nos caças, a área das asas são reduzidas, visando o menor atrito com o ar (que permite alcançar velocidades extremas), necessitando de uma velocidade muito grande para compensar essa característica. A velocidade de decolagem de certos caças chega à 300km/h, outros precisam de mais velocidade. Por isso, jamais se vai ouvir que um caça fez uma aterrissagem forçada, pois na ausência de altas velocidades estas aeronaves não planam, caem rapidamente, como uma jaca. O vôo em velocidade supersônica cria muito mais poluição sonora do que o vôo em velocidades subsônicas. Isto limita os vôos supersônicos a áreas de baixíssima ou nenhuma densidade populacional. Quando passam numa área de maior densidade populacional, os aviões supersónicos são obrigados a voar em velocidade subsônica.

11 FOGUETES

12 História Robert Hutchings Goddard e o primeiro vôo de foguete propelido a combustível líquido (gasolina e oxigênio), lançado em 16 de março de 1926, em Auburn, Massachusetts, EUA. A origem do foguete é provavelmente oriental. A primeira notícia que se tem do seu uso é do ano 1232, na China, onde foi inventada a pólvora. Existem relatos do uso de foguetes chamados flechas de fogo voadoras no século XIII, na defesa da capital da província chinesa de Henan. Os foguetes foram introduzidos na Europa pelos árabes. Durante os séculos XV e XVI foi utilizado como arma incendiária. Posteriormente, com o aprimoramento da artilharia, o foguete bélico desapareceu até ao século XIX, e foi utilizado novamente durante as Guerras Napoleônicas. Robert Hutchings Goddard e o primeiro vôo de foguete propelido a combustível líquido (gasolina e oxigênio), lançado em 16 de março de 1926, em Auburn, Massachusetts, EUA

13 Nos finais do século XIX e princípios do século XX, apareceram os primeiros cientistas que viram o foguete como um sistema para propulsionar veículos aeroespaciais tripulados. Motor do foguete V2. Os foguetes construídos por Goddard, embora pequenos, já tinham todos os princípios dos modernos foguetes, como orientação por giroscópios, por exemplo. Os alemães, desenvolveram durante a Segunda Guerra Mundial os foguetes V-1 e V-2, que foram a base para as pesquisas sobre foguetes dos EUA e da URSS no pósguerra. Ambas as bombas nazistas, usadas para bombardear Paris e Londres no final da guerra, podem ser mais bem definidas como míssil. A rigor, a V-1 não chega a ser um foguete, mas um míssil que voa como avião a jato. Motor do foguete V2

14 Inicialmente foram desenvolvidos foguetes especificamente destinados para uso militar, normalmente conhecidos como mísseis balísticos intercontinentais. Particularmente os foguetes usados no programa espacial soviético eram derivados do R.7, míssil balístico, que acabou sendo usado para lançar as missões Sputnik. Destacam-se, pelo lado estadunidense, o Astrobee, o Vanguard, o Atlas-Centauro, a série Delta, os Titãs e Saturno ( entre os quais o Saturno V - o maior foguete de todos os tempos, que tornou possível o programa Apollo ), e, pelo lado soviético, os foguetes designados pelas letras A, B, C, D e G (estes dois últimos tiveram um papel semelhante aos Saturnos estadounidenses), denominados Proton. Outros países que construíram foguetes, num programa espacial próprio, são a França, o Reino Unido (que o abandonou), e ainda China, Japão, Índia e o Brasil assim como o consórcio europeu que constituiu a Agência Espacial Européia (ESA) que construiu e lançou o foguete Ariane Foguete Saturno V sendo lançado

15 Foguete espacial Um Foguete espacial (como é conhecido no Brasil) ou foguetão (como é conhecido em Portugal) é uma máquina que se desloca expelindo atrás de si um fluxo de gás a alta velocidade. Por conservação da quantidade de movimento (massa multiplicada por velocidade), o foguete desloca-se no sentido contrário com velocidade tal que, multiplicada pela massa do foguete, o valor da quantidade de movimento é igual ao dos gases expelidos. Por extensão, o veículo, geralmente espacial, que possui motor(es) de propulsão deste tipo é denominado foguete, foguetão ou míssil. Normalmente, o seu objetivo é enviar objetos (especialmente satélites artificiais e sondas espaciais) e/ou naves espaciais e homens ao espaço.

16 Um foguete é constituído por uma estrutura, um motor de propulsão por reacção e uma carga útil. A estrutura serve para albergar os tanques de combustível e oxidante (comburente) e a carga útil. Chama-se também "foguete" ao motor de propulsão apenas. Existem várias formas de forçar os gases de escape para fora do foguete com energia suficiente para conseguir propulsionar o foguete para a frente. O tipo mais comum, que inclui todos os foguetes espaciais que existem atualmente e que voaram até hoje, são os chamados foguetes químicos, que funcionam libertando a energia química contida no seu combustível através de processo de combustão. Estes foguetes necessitam de transportar também um comburente para fazer reagir com o combustível. Esta mistura de gases sobreaquecidos é depois expandida numa tubeira divergente, também conhecida como tubo de Bell, por forma a direccionar o gás em expansão para trás, e assim conseguir propulsionar o foguete para a frente.

17 Tipos de foguete Quanto ao tipo de combustível usado, existem dois tipos de foguete: Foguete de combustível líquido - em que o propelente e o oxidante estão armazenados em tanques fora da câmara de combustão e são bombeados e misturados na câmara onde entram em combustão; Foguete de combustível sólido - em que ambos, propelente e oxidante, estão já misturados na câmara de combustão em estado sólido. Quanto ao número de estágios, um foguete pode ser: Foguete de um estágio - neste caso o foguete é "monolítico"; Foguete de múltiplos estágios - possui múltiplos estágios que vão queimando em seqüência e sendo descartados quando o combustível acaba, permitindo aumentar a capacidade de carga do foguete.

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