Guia do Educador: Stomp Rockets | NASA/JPL Edu

Visão geral

Nesta atividade, os alunos irão:

Trabalhe individualmente ou em equipes de dois para construir e lançar foguetes de papel usando um lançador de tubos de PVC construído por professores. Após o voo de seu foguete, calcule a altitude que seu foguete alcançou. Com base no desempenho de voo de seus foguetes, analise seus projetos de foguetes , modifique-os ou reconstrua-os, lance novamente e calcule a altitude alcançada para determinar se suas mudanças afetaram o desempenho do foguete. Conclua a atividade escrevendo um relatório de missão pós-voo.

Gestão

Preparação:

Prepare-se para a lição assistindo aos vídeos "Do It Yourself Space: Stomp Rockets" disponíveis no topo desta página. Antes do dia do lançamento, construa pelo menos um lançador de foguetes. Leve as instruções de montagem do lançador de foguetes Stomp a uma loja de ferragens para facilitar a compra das peças certas. Enquanto estiver na loja de ferragens, compre tubo de PVC de 1,2 cm suficiente para fazer os lançadores e as formas do foguete. Se você não possui um cortador de PVC, é uma boa ideia comprar um ou pedir à loja de ferragens para pré-cortar o tubo de PVC nos comprimentos especificados. Você também pode usar uma serra de dentes finos para cortar PVC. Nota de Segurança: Tenha cuidado ao cortar o PVC para o lançador e formas de foguete.

Construindo os foguetes:

Decida com antecedência se cada aluno construirá seu próprio foguete ou trabalhará em equipe. Trabalhar em pares funciona melhor para alunos mais jovens e pode ser útil para brainstorming entre alunos mais velhos. Os alunos podem trabalhar em pares para construir mais de um foguete para observar as diferenças de projeto. Certifique-se de que os tubos do corpo do foguete que os alunos rolam estejam levemente soltos. Eles devem deslizar livremente ao longo da forma do foguete de PVC. Se estiverem muito apertados, será difícil deslizar os foguetes completos sobre o tubo de lançamento. Enquanto os alunos finalizam seus foguetes, examine-os para garantir que estejam hermeticamente fechados.

Altitude de rastreamento:

Se seus alunos estiverem medindo a altitude alcançada por seus foguetes, dê tempo para construir os Rastreadores de Altitude. Para obter um ângulo de elevação preciso, você precisará de vários Rastreadores de Altitude em cada linha de base, portanto, faça com que cada equipe de alunos faça um. Certifique-se de imprimir uma cópia da Folha de Dados para cada linha de base (A e B) e peça a um aluno gravador para cada linha de base leve a Folha de Dados, junto com um lápis e uma prancheta, para a área de lançamento. Alternativamente, baixe a Folha de Dados digital em um dispositivo móvel que os alunos possam usar para registrar os dados. Os alunos mais jovens podem fazer estimativas comparativas de altitude usando pontos de referência em edifícios ou mastros de bandeiras. Se estiver usando essa técnica, considere construir vários lançadores para a classe, de modo que vários foguetes possam ser lançados simultaneamente.

Lançando os foguetes:

Ao sair para o lançamento, tenha sempre à mão garrafas vazias de refrigerante de 2 litros e fita adesiva. Embora algumas garrafas lancem de 20 a 40 foguetes, as garrafas eventualmente falharão e precisarão ser substituídas. Devido ao seu design leve, os foguetes stomp funcionam melhor em dias sem vento. Se você estiver localizado em um local com muito vento, tente orientar seu local de lançamento atrás de um quebra-vento, como um ginásio ou outro edifício grande. tem uma área de solo de pelo menos 100 metros por 25 metros para melhores resultados de rastreamento de altitude. Uma linha de base mais curta, de 50 metros ou 25 metros, também pode ser usada. Se calcular a altitude usando as estações de rastreamento A e B, coloque o lançador de foguetes no ponto médio de uma linha de base de 100 metros. Se estiver estimando a altitude usando marcadores locais, como marcas em prédios, oriente os lançadores de foguetes e os observadores adequadamente. Pisar: Certifique-se de que os alunos pisem na garrafa em todo o rótulo da garrafa, perpendicularmente ao corpo da garrafa. Esta é a zona mais flexível da garrafa e permite que ela seja reutilizada inúmeras vezes. Se os alunos pisarem na extremidade inferior da garrafa, muitas vezes ela quebrará, tornando a garrafa inutilizável. Objetivo: As pernas de PVC do lançador têm comprimentos diferentes. Isso permite o ajuste em terreno irregular e direcionar o lançamento para o vento se você estiver lançando em um dia ventoso. (Lançar contra o vento compensará a deriva do foguete e tornará os foguetes mais fáceis de rastrear e recuperar.) Além disso, as competições de distância horizontal podem ser realizadas e os ângulos de lançamento ajustados. Coloque uma bola de basquete na zona de pouso, peça aos alunos que imaginem que a bola é Marte e lance seu foguete para Marte! Se realizar lançamentos horizontais, um grande espaço interno, como uma cafeteria ou ginásio, pode ser usado.Reinflar a garrafa: As garrafas podem ser facilmente infladas novamente usando o ar de seus pulmões. Coloque a mão em punho ao redor da extremidade aberta do tubo de lançamento e sopre em seu punho para inflar novamente a garrafa. Usar seu punho protege você das condições insalubres que podem existir em seu lançador de foguetes. Nota de Segurança: Tenha cuidado ao lançar os foguetes stomp. Mantenha todos os alunos afastados do tubo de lançamento e da área de pouso. Permita que apenas um aluno, o stomper, fique perto do lançador e certifique-se de que o tubo de lançamento esteja apontado para longe do stomper. Recupere os foguetes apenas depois que eles pousarem.

Fundo

Os poderosos foguetes espaciais de hoje são o resultado de mais de 2.000 anos de invenção, experimentação e descoberta. Foguetes lançaram naves espaciais para todos os planetas do sistema solar e até enviaram humanos para a lua. Em breve, eles levarão os humanos ainda mais longe para lugares como Marte e além.

Os primeiros pioneiros de foguetes criaram o que na época parecia impossível – dispositivos movidos a foguetes para terra, mar, ar e espaço. Quando os princípios científicos que governam o movimento foram descobertos, os foguetes passaram de brinquedos e novidades a dispositivos sérios para comércio, guerra, viagens e pesquisa, e fizeram algumas das descobertas mais surpreendentes de nosso tempo.

Todo foguete espacial já construído foi construído com uma missão específica em mente. O Projeto Bumper, na década de 1950, combinou um pequeno foguete WAC Corporal com um V2 para testar a preparação do foguete, alcançar recordes de altitude e transportar pequenas cargas úteis para investigar o ambiente espacial. O míssil Redstone foi projetado para ogivas explosivas, mas posteriormente adaptado para transportar o primeiro astronauta americano ao espaço. O Saturn V foi projetado para transportar astronautas e naves de pouso para a lua. Ele também foi modificado e usado para lançar a primeira estação espacial americana, a Skylab. O ônibus espacial, talvez o foguete mais versátil já projetado, era, no entanto, uma carga útil e transportador de laboratório para missões de baixa órbita e foi usado em voos de montagem para a Estação Espacial Internacional. A miríade de usos potenciais para o futuro Sistema de Lançamento Espacial da NASA continua a ser visto, mas os planos incluem o transporte de espaçonaves robóticas para lugares em nosso sistema solar que possam abrigar vida, como a lua Europa de Júpiter e a lua Titã de Saturno, e eventualmente transportar tripulação na espaçonave Orion mais para dentro do sistema solar do que nunca – para um asteroide ou mesmo para Marte.

Saiba mais sobre a história dos foguetes e as inspirações que levaram às primeiras viagens da humanidade ao espaço sideral aqui.

Cada foguete tem um design único que depende da missão em questão, mas todos eles têm algumas partes essenciais: a fuselagem, as barbatanas e o cone do nariz. A fuselagem é o corpo principal do foguete. As barbatanas fornecem estabilização e são colocadas simetricamente ao redor da circunferência da fuselagem perto da cauda. E o cone do nariz é preso ao topo do foguete para ajudar na aerodinâmica perfurando o ar.

Os foguetes stomp nesta atividade, embora simples, podem ter uma variabilidade surpreendente na altitude que atingem. Ao eliminar o arrasto e simplificar seus projetos, os alunos podem fazer seus foguetes voarem mais alto. Os foguetes não chegarão a Marte, mas se projetados corretamente, podem chegar a mais de 50 metros!

Procedimentos

Construir o foguete:

Enrole um pedaço de papel de 8,5 x 11 polegadas confortavelmente (mas não muito apertado) em torno de um comprimento de 24 polegadas de tubo de PVC de 1/2 polegada. Opcionalmente, use uma das capas personalizadas. Cole o papel com fita adesiva (mas não no tubo de PVC). Use fita adesiva suficiente para selar completamente a costura, tornando a costura hermética. Este será o corpo, ou fuselagem, do seu foguete. Deslize a fuselagem para fora do formulário de PVC. Verifique se a fuselagem desliza facilmente da forma de PVC para que ela se encaixe no tubo de lançamento posteriormente. Faça um cone de nariz apertando uma extremidade da fuselagem, dobrando-a e prendendo-a ao corpo do foguete; ou cortando um círculo de 3/4, enrolando-o em forma de cone e colando-o na fuselagem. Opcionalmente, use o modelo de cone de nariz personalizado. Prenda o cone do nariz usando bastante fita adesiva para deixar o foguete hermético. (Sopre o foguete a partir do fundo para verificar se há vazamentos.) Corte as aletas (de qualquer forma) e prenda-as simetricamente na parte inferior da fuselagem (oposto ao cone do nariz), deixando a abertura na parte inferior da fuselagem aberta e livre de fita. Permita que os alunos experimentem o tamanho e a forma de suas barbatanas de foguete. Através de vôos repetidos, os alunos descobrirão que nadadeiras proporcionais e firmes fornecerão a maior estabilização ao seu foguete e eliminarão o arrasto. Peça aos alunos que coloram e nomeiem seus foguetes para diferenciá-los de outros foguetes do grupo.

Construa o Rastreador de Altitude:

Recorte o Altitude Tracker (copiado em cartolina), seguindo o contorno externo. Enrole o tubo de mira para que a linha de As e a linha de Bs fiquem juntas, depois grampeie ou cole com fita para formar um tubo. Use um clipe de papel ou lápis afiado para fazer um furo no ápice do quadrante do transferidor no gabarito. Deslize um fio ou pedaço de barbante pelo furo e prenda a extremidade pequena na parte de trás do rastreador. Complete o rastreador colando um centavo na outra extremidade da corda para que a corda fique pendurada na frente do transferidor.

Construir o lançador: Isso deve ser feito pelo instrutor antes do dia do lançamento.

Corte o tubo de PVC nos seguintes comprimentos. (Os números de peça indicam onde cada peça é colocada no diagrama do lançador montado): #3 - 50 cm#5 - 18 cm#7 - 4 cm#9 - 4 cm#11 - 25 cm#12 - 20 cm#14 - 25 cmInsira a extremidade da peça nº 3 no gargalo da garrafa e prenda-a com fita adesiva. Siga o diagrama de construção abaixo para montar o lançador. Combine os comprimentos dos tubos com os números das peças. Gire as duas pernas para fora ou para dentro até que cada uma toque o chão para formar o tripé. O lançador está pronto para uso.

Lançar e rastrear o foguete: Nota de segurança: Tenha cuidado ao lançar os foguetes stomp. Mantenha todos os alunos afastados do tubo de lançamento e da área de pouso. Permita que apenas um aluno, o stomper, fique perto do lançador e certifique-se de que o tubo de lançamento esteja apontado para longe do stomper. Recupere os foguetes apenas depois que eles pousarem.

Localize um local seguro para lançar os foguetes (livre de obstruções verticais e horizontais). Coloque o lançador de foguetes a meio caminho entre a Linha de Base A e a Linha de Base B. Meça e registre a distância entre a Linha de Base A e a Linha de Base B. Tenha vários alunos com Rastreadores de Altitude em cada linha de base junto com um aluno que possa ler e registrar os resultados dos rastreadores. Peça a um aluno que coloque seu foguete no tubo de lançamento, deslizando-o para baixo o máximo possível. Instrua o aluno a observar a direção do vento e mirar seu foguete no vento conforme necessário, girando o lançador de foguetes ou tubo. Certifique-se de que o lançador esteja estável no chão, ajustando as pernas conforme necessário. Limpe a área de lançamento de todas as pessoas e certifique-se de que o foguete esteja apontado para longe das pessoas. Peça aos alunos que façam uma contagem regressiva de 3, 2, 1. No "lançamento", o aluno cujo foguete está sendo lançado deve pisar na garrafa perpendicularmente ao longo eixo da garrafa. Enquanto o foguete está em vôo, faça com que os alunos com os Rastreadores de Altitude sigam o foguete até sua altitude mais alta e segurem os rastreadores em lugar enquanto um parceiro lê o ângulo. Um registrador de dados para cada linha de base deve registrar os ângulos de altitude que cada rastreador mediu para o foguete. Repita as etapas de 1 a 10 para cada foguete.

Calcule a altitude do foguete:

Peça aos alunos que determinem uma escala para usar em seus desenhos em escala. A escala deve ser pequena o suficiente para que a medida entre a linha de base A e a linha de base B caiba em uma folha de papel milimetrado. Eles devem então desenhar uma linha horizontal no papel milimetrado que representa a distância entre a Linha de Base A e a Linha de Base B. Obtenha os dados de ângulo registrados para seu foguete da Linha de Base A e da Linha de Base B. Encontre o ângulo médio de elevação de seu foguete da Linha de Base A e Linha de base B. Use um transferidor para construir o ângulo de elevação da linha de base A em uma extremidade da linha, estendendo a linha do ângulo pelo papel. Use um transferidor para construir o ângulo de elevação da linha de base B na outra extremidade da linha, estenda a linha do ângulo pelo papel até cruzar a linha construída para a Linha de Base A. Usando técnicas de construção geométrica ou alinhando uma régua com linhas de grade no papel milimetrado, desenhe a altitude (perpendicular) da interseção das linhas construídas até a linha horizontal. Meça o comprimento desta altitude. Esta é a altitude atingida pelo foguete. Para uma medição de altitude mais precisa, adicione a altura média ao nível dos olhos dos rastreadores em cada linha de base.

Construa um foguete melhor:

Peça aos alunos que examinem seu foguete e analisem seu desempenho de voo, depois comparem os designs e o desempenho de voo dos foguetes de seus colegas. Peça aos alunos que discutam vários critérios para um bom desempenho de voo. O que, além ou além da conquista de altitude, constitui um bom desempenho de voo? Estabilidade em vôo, trajetória suave, etc. Com base em suas observações, faça os alunos formularem hipóteses sobre as ligações entre as especificidades do projeto do foguete e o desempenho. Observe coisas como número da aleta, posicionamento e design, design do cone do nariz e comprimento da fuselagem. Examine também os materiais usados. Peça aos alunos que agreguem dados de projeto e desempenho da classe para identificar as melhores características de foguetes de alto desempenho. Peça aos alunos que discutam como avaliar melhor as mudanças de projeto e as variáveis ​​de controle. Uma estratégia é mudar apenas uma coisa de cada vez e validar o desempenho; outra estratégia é reconstruir completamente um foguete com desempenho insatisfatório com base nas novas informações dos foguetes de classe. Instrua os alunos a usar o que aprenderam na primeira rodada de lançamentos para debater ideias para otimizar seu projeto e construir um foguete melhor. Repita as etapas em "Lançamento e Rastrear o Foguete" e "Calcular a Altitude do Foguete". Reavaliar o desempenho de vôo do foguete e determinar se as mudanças no projeto melhoraram o foguete. Continue otimizando os elementos de design e testando novamente até que os alunos acreditem que alcançaram o melhor desempenho possível do foguete.

Escreva um relatório de missão pós-voo:

Conclua o experimento de projeto de engenharia de foguetes fazendo com que os alunos escrevam um pequeno relatório que incorpore os vários materiais usados, esboços e descrições do projeto de foguetes, redesenhos, métodos e raciocínios usados ​​e resultados. Peça-lhes que incluam sugestões para voos futuros, caso tenham a oportunidade de realizá-los.

Discussão

Discuta vários resultados de voo e projetos de alunos. Peça aos alunos que formem hipóteses sobre a conexão entre design e desempenho. Peça aos alunos que criem um método para testar suas teorias de design vinculado ao desempenho e, em seguida, testem suas teorias. Discuta as variáveis ​​de construção: tipo e quantidade de papel usado, fita adesiva vs. cola, etc. Se essas coisas mudarem, o desempenho será aprimorado?Peça aos alunos que descrevam quais outras variáveis ​​existiam durante o lançamento? (vento, interferência, erro humano na medição do ângulo, etc.)

Avaliação

Peça aos alunos mais novos que enviem desenhos de seus foguetes e ilustrações de suas trajetórias de voo. Peça-lhes que comentem sobre o projeto de cada foguete e reflitam sobre como vários aspectos do projeto impactaram o voo e a altitude alcançada. os alunos discutem como podem melhorar seu projeto caso tenham a oportunidade de construir e lançar outro foguete.

Extensões

Compare foguetes a uma flecha, um cata-vento ou um dardo. Traga um ou mais desses objetos para a aula e compare-os com a forma dos foguetes dos alunos. Mostre fotos de foguetes diferentes e compare-os com os foguetes dos alunos. Use um dispositivo móvel para gravar vídeo em câmera lenta/alta taxa de quadros do lançamento para ser assistido mais tarde. Analise o vôo do foguete para ajudar na geração de ideias para o redesenho. Considere organizar um evento de lançamento de foguete familiar, durante o qual as famílias trabalham juntas para construir foguetes. O aluno experiente em cada família será o capitão da equipe e o instrutor.

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