Monitoramento de aceleração em foguetes de garrafas PET usando Arduino

Resumo

No ano de 2014, foi realizada uma pesquisa no IFRS campus Canoas para descobrir quais matérias os alunos do ensino médio apresentavam maior dificuldade. A partir disso observou-se que a maioria dos alunos apontavam as aulas de Física como as mais complicadas, principalmente porque a maioria dos conceitos é abstrata, e também porque muitos não tiveram contato com essa disciplina no Ensino Fundamental. Visando minimizar esse tipo de problema foi proposta a construção de um foguete de garrafas PET, que seria monitorado de forma eletrônica. A ideia do foguete era auxiliar na compreensão dos conteúdos de aceleração e da 3ª Lei de Newton. Com um foguete essas matérias podem se tornar mais práticas e tangíveis. Desse modo, foi elaborado um componente que pode ser acoplado no foguete e que coleta dados de sua aceleração. Os dados podem ser utilizados pelo professor durante as aulas por meio de observações e gráficos, permitindo que os alunos tenham uma visão mais prática dos conteúdos abordados. Para viabilizar o lançamento do foguete ele é propulsionado por uma combinação de água e ar comprimido. Quando posicionado na base de lançamento, o foguete recebe ar por meio de uma bomba manual. Ao atingir a pressão necessária, a trava na base é liberada e o foguete é lançado. Nesse processo já se pode observar a 3ª Lei de Newton, que diz que um corpo, ao aplicar certa força, recebe outra força de igual intensidade e sentido, mas em direção oposta. Ao expelir a água e o ar por um lado o foguete se lança para o lado oposto. O circuito foi construído usando como base a plataforma Arduino, que é um microcontrolador programável que pode controlar diversos componentes eletrônicos. Para alcançar o objetivo, foi utilizado um acelerômetro, componente capaz de coletar informações referentes a sua aceleração. Durante o lançamento e o voo do foguete o acelerômetro coleta os valores da aceleração, que depois são salvos em um cartão SD usando um módulo controlado pela Arduino. No período de testes foi observado que alguns componentes eram bem sensíveis e poderiam ser danificados se sofressem grandes impactos. Para solucionar esse problema o circuito foi parafusado em uma cápsula impressa com filamento PLA na impressora 3D. Dessa forma, o hardware fica mais protegido de impactos ou mesmo do balanço que pode atrapalhar a coleta de dados. Além disso, também foi utilizado um paraquedas, que é acionado em pleno voo, visando impedir que o foguete atinja o solo em uma velocidade muito alta, podendo danificar o circuito. Além do trabalho realizado, envolvendo os testes dos componentes e o lançamento do foguete, ainda pretende-se elaborar um método para transpor os dados salvos no cartão SD em um gráfico, o que tornaria ainda mais aproveitável no ensino de física. Também se planeja aplicar o foguete em uma oficina ministrada pelo professor de Física. Todo o processo de montagem e lançamento do foguete é bem simples e interativo, e espera-se que ele incentive a participação mais ativa dos alunos em sala de aula.