A Física dos foguetes nos vestibulares

Por César Fonseca, professor do Anglo Vestibulares 

Em 4 de outubro de 1957, o foguete Sputinik foi lançado da base, conhecida hoje como Cosmódromo de Baikonur (Cazaquistão), colocando em órbita o primeiro satélite artificial da Terra, homônimo ao foguete. Esse feito inspirou toda uma geração de jovens, como se vê no filme "Céu de outubro", baseado no livro "Rocket boys". Ele conta a história verídica do filho de um mineiro de carvão que, fascinado pela astronáutica, passa a construir pequenos foguetes, tornando-se mais tarde parte efetiva do grupo de engenheiros da Nasa.

Mas vamos lá: como funciona um foguete?

De maneira simplificada, podemos dizer que um foguete é uma estrutura formada por tanque de combustível (o qual pode ser líquido ou sólido), motor de propulsão e uma câmara onde esse combustível é queimado. Quanto à explicação dada pela Física, vamos propor duas delas.

A primeira é a de que o produto da combustão – constituído por gases que são expelidos para fora do foguete – e a própria estrutura constituem um sistema mecanicamente isolado, então, pode-se aplicar o Princípio da conservação da quantidade de movimento (expresso por Q = mv = constante). Ou seja, se o produto da massa do foguete (incluindo combustível) pela velocidade é uma constante, os gases provenientes da combustão, quando são expulsos durante a queima do combustível, diminuindo a massa total do foguete, aumentam, consequentemente, a velocidade do sistema como resultado. Por isso, quanto mais rápido for a queima desse combustível, maior será a velocidade alcançada pelo foguete. Esse princípio aliás, pode ser aplicado a várias situações de nosso cotidiano, por exemplo, em explosões, na colisão de veículos, no choque de bolas de bilhar etc.

A segunda explicação é a de que, como os gases, resultado da combustão, são expelidos para fora do foguete – ou, se preferir, como a estrutura do foguete empurra os gases para baixo –, de acordo com o Princípio da ação e reação, esses mesmos gases vão empurrar o foguete no sentido contrário, ou seja, para cima, fazendo-o se movimentar. Essa força que os gases aplicam na estrutura do foguete é chamada de Empuxo, que aparece também na propulsão de "foguetes a jato", usada em alguns tipos de aviões.

Quanto ao Empuxo, ele é um conceito estudado de forma mais restrita numa parte da Física chamada Estática dos fluidos. Aristóteles teve papel fundamental no seu desenvolvimento, quando, por meio de observações, notou que, toda vez que um corpo é mergulhado num líquido, o nível deste sobe (líquido deslocado). Esse líquido aplica no corpo e para cima um Empuxo, cujo valor, conforme o filósofo também descobriu, é o mesmo do peso do líquido deslocado e, logo, pode variar dependendo do quanto o corpo está imerso no líquido.

Por fim, vestibulandos, uma importante sugestão: dominem muito bem os temas vistos aqui, pois são figurinhas marcadas nos vestibulares. Desejamos a todos excelentes estudos.