Manual do Professor para O Tutorial Fly Higher 2 · Manual do Professor para “Aviões no Ar: O que Fazem os Motores a Jato” Tutorial 2 ii Sobre este documento Este documento faz

Manual do Professor para

O Tutorial Fly Higher 2

Aviões no Ar: O que Fazem os Motores a Jato

Versão piloto: Fevereiro 2014

Manual do Professor para “Aviões no Ar: O que Fazem os Motores a Jato” Tutorial 2

ii

Sobre este documento

Este documento faz parte do segundo Tutorial do Projeto Fly Higher “AVIÕES NO AR: O QUE

FAZEM OS MOTORES A JATO” servindo de apoio ao ficheiro powerpoint. Pode ser utilizado

de forma independente, mas também surge no seguimento do trabalho do Tutorial 1

“AVIÕES NO AR: COMO VOAM OS HUMANOS”.

Tem como objetivo proporcionar aos estudantes uma perceção sobre o funcionamento dos

motores dos aviões e a necessidade de desenvolver uma alternativa mais poderosa – o jato

- para o motor de combustão interna, assim como uma compreensão dos princípios

científicos envolvidos.

Autor(es)

Autor: David Quince, Professor Assistente em Aeronáutica, Coventry University.

Editor: John Fairhurst, Associação Europeia de Diretores Escolares

Isenção de Responsabilidade

Os pontos de vista expressos nesta publicação pertencem aos autores e não refletem

necessariamente o ponto de vista da Comissão Europeia sobre o assunto.

Manual do Professor para “Aviões no Ar: O que Fazem os Motores a Jato” Tutorial 2

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Índice

Sumário do Tutorial ................................................................................................................... 4

Estrutura da Lição ..................................................................................................................... 5

PowerPoint – Notas Adicionais ..................................................................................................... 6

Slide 1: ................................................................................................................................................. 6

Slide 2: Fase 1. Introdução ao voo dos pássaros ................................................................................. 6

Slide 3: Vídeo ....................................................................................................................................... 6

Slide 4: Impulso .................................................................................................................................... 6

Slide 5: Física por detrás do Impulso ................................................................................................... 7

Slide 6: Avião em movimento para a frente ........................................................................................ 7

Slide 7: História dos Motores a Jato .................................................................................................... 8

Slide 8 ................................................................................................................................................... 8

Slide 9 ................................................................................................................................................... 8

Slide 10................................................................................................................................................. 9

Slide 11 Fundamentos sobre Motores............................................................................................... 10

Slide 12............................................................................................................................................... 10

Slide 13............................................................................................................................................... 11

Slide 14: Tipos de Motores ................................................................................................................ 11

Slide 15: Outros Tipos de Motores a Jato .......................................................................................... 11

Slide 16: Seleção de Motores ............................................................................................................ 12

Slide 17:Turbojatos ............................................................................................................................ 12

Slide 18: Turboventilador .................................................................................................................. 13

Slide 19: Turbopropulsor ................................................................................................................... 13

Slide 20: Estatorreator ....................................................................................................................... 13

Slide 21: Foguetão ............................................................................................................................. 13

Slide 22: Sumário ............................................................................................................................... 13

Slide 23: Conhecimentos Adicionais .................................................................................................. 14

Materiais Adicionais ................................................................................................................... 15

Dentro ou Fora da Aula ...................................................................................................................... 15

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Sumário do Tutorial

Faixa Etária:

O tutorial é concebido para estudantes dos 12 aos 16 anos.

Duração:

Para discussão completa: 50 + minutos

Mínimo possível: 35 minutos

(Os tempos sugeridos são indicativos e variáveis. Pretende-se que os professores giram

os recursos com flexibilidade, mediante as próprias circunstâncias.)

Materiais Necessários:

Computador e tela de projeção na sala

Balão pequeno (para demonstrações) ou uma série de balões para realizar

uma atividade equivalente

Peso num fio (opcional)

Braçadeira e 3 réguas de 30cm, uma de plástico, uma de madeira e uma de

metal (opcional)

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Estrutura da Lição Introdução (Slide 1)

Apresentação dos Objetivos (1 min)

Identificação da imagem de um avião (1 min)

Fase 1. Introdução ao Impulso e movimento em frente do avião (Slides 2 – 6) Revisão do T1 e Discussão: Como podem os aviões voar no ar? (2 mins)

Vídeo a explicar a física por detrás do voo dos pássaros (4 mins, incluindo vídeo de 2.30 minutos)

Discussão: O que é o Impulso? Quais os fenómenos da Física por detrás do Impulso? (2 -3 mins)

Demonstração (ou atividade equivalente); Balão largado (3 – 6 mins)

Fase 2. História da Propulsão de um Avião (Slides 7 – 10) Sir Isaac Newton – Carro a vapor de Newton (1 min)

Irmãos Wright e Kitty Hawk (1 min)

Sir Frank Whittle – Motor Turbojato (1 mins)

Fase 3. Fundamentos do Motor e Funcionamento (Slides 11 - 13) Funcionamento Básico do Motor (4 mins)

Motor a Hélice (2 mins)

Vídeo – Dentro de um Motor a Jato (2 min)

Fase 4. Tipos de Motor, Sumário e Informação Adicional (Slides 14 - 23) Brainstorming: Porque são utilizados diferentes motores? (3 – 4 min)

A seleção de motores é baseada nos requisitos de voo. Atualmente existem vários tipos de motor (2-5

min)

Tipos de motores (opcional, tema muito abrangente que poderá reduzir o tempo da componente

anterior): Turbojato, Turboventilador, Turbopropulsor, Estatorreator, Foguetão (6 - 10 mins)

Vídeo – Sumário sobre motores (1 min) e conhecimento adicional sobre Simulador de Motores (opcional e

possível atividade fora da aula)

Todas as durações são aproximadas, devendo servir como um guia. Obviamente, as discussões durante a

formação podem ser encurtadas ou desenvolvidas em maior profundidade, especialmente se os alunos

trabalharem em pequenos grupos antes de uma discussão mais ampla. O programa pode ser prolongado se o

professor apresentar alguns detalhes fornecidos neste Manual do Professor.

Seguindo os tempos mínimos sugeridos aqui teríamos uma formação de 35 minutos. Se preferir explorar algumas

atividades adicionais, a aula deverá demorar cerca de 50 a 55 minutos.

Os materiais adicionais podem ser utilizados para aumentar a duração ou podem ser definidos como trabalhos de

casa. Esperamos que considere também utilizar as competições do Fly Higher como materiais adicionais. Visite

http://www.flyhigher.eu.

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PowerPoint – Notas Adicionais

Slide 1: Introdução e Atividade Adicional Imagem principal: Motor Rolls Royce Trent 900 no Airbus A380 - Avião de passageiros.

Alguns factos sobre o Motor: 4.55 m de comprimento. Diâmetro de 2.94 m, peso 6.271 kg e produz

um impulso de 374 kN (kilo Newton). O motor do Renault Espace, ou outro carro familiar, é de cerca

de 150hp. (Sugerimos que, para turmas mais avançadas e/ou científicas utilize unidades mais

avançadas no Tutorial).

Slide 2: Fase 1. Introdução ao voo dos pássaros Utilize este slide como pano de fundo para pedir aos alunos para nomearem algumas criaturas vivas

que voem e o que têm em comum. Se a turma tiver trabalhado o Tutorial Fly Higher 1, terá algum

conhecimento sobre o voo dos pássaros e reconhecerá que os aviões não os imitam apenas.

Contudo, alguns elementos são relevantes para qualquer objeto voador: consumo de energia

elevado, peso minimizado e asas (ou hélices) que são moldadas aerodinamicamente.

Peso: embora alguns pássaros sejam pesados, todos têm uma estrutura óssea leve (Asas e peso

limitado - embora algumas aves maiores sejam pesadas, todas têm uma estrutura óssea leve e

plumagem extensa, que faz parecer os seus corpos maiores do que realmente são). Mamíferos

(como nós próprios) geralmente não voam. As nossas estruturas ósseas são demasiado pesadas, por

isso também não temos asas, não fomos concebidos para voar! (Os morcegos são uma exceção).

Os pássaros batem as asas para empurrar o ar para baixo, o que produz uma força oposta que

“eleva” o pássaro no ar. As suas asas são moldadas aerodinamicamente e produzirão alguma

elevação, mesmo quando o pássaro está apenas a planar (tal como acontece nos aviões).

Alguns mamíferos que vivem em árvores, esquilos asiáticos por exemplo, têm membros alados (em

forma de asa, quando estendidos, como as de um morcego), o que lhes permite planar, aumentando

assim a distância que conseguem saltar entre os ramos. No entanto, não conseguem levantar voo a

partir do chão.

Slide 3: Vídeo Vídeo sobre como os pássaros conseguem voar. Fonte – YouTube. Como voam os pássaros?

Agradecimento: www.pendulumswingmedia.com. Duração: 2:29

Slide 4: Impulso O impulso de um avião parte do motor e a elevação é produzida pelas asas aerodinâmicas (rígidas)

do avião.

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Não podemos somente copiar as asas e imitar o bater de asas dos pássaros. (De novo, ver Tutorial

FlyHigher 1.) Os pássaros são muito mais leves no que diz respeito ao peso, pelo que requerem

menos energia das suas asas para se elevarem no ar. Um avião de passageiros grande como o Boeing

747 é concebido para elevar aproximadamente 334 toneladas incluindo passageiros, bagagem,

combustível e o peso do próprio avião. O Renault Espace pesa 3 toneladas (3000kg) incluindo 7

passageiros que pesam em média 80kg cada. Deste modo, o avião pesa o mesmo que 112 Renault

Espace completamente cheios!

Recentemente tem sido realizado muito trabalho de investigação para tornar o corpo dos aviões

mais leves, utilizando materiais compósitos. A intenção é reduzir a massa total do avião, aumentar a

distância percorrida e diminuir o consumo de combustível. Os aviões mais novos – como o Airbus

380 – beneficiaram consideravelmente da nova tecnologia de materiais.

Não é possível que as asas do avião batam devido às limitações dos movimentos mecânicos

complexos requeridos; o peso adicional (para bater as asas do avião seria necessário que as mesmas

tivessem os próprios motores/atuadores e o seu próprio combustível) seria maior que a elevação

gerada.

As nossas máquinas, quer grandes quer pequenas, têm asas fixas de forma aerodinâmica – têm

forma de asas, com as vantagens da simplicidade e integridade estrutural, usando a velocidade para

alcançar a elevação. Os helicópteros, por vezes chamados aviões de “asas rotativas”, são bastante

diferentes, mas trabalham desta forma – ver Tutorial FlyHigher 3). A velocidade necessária – criada

pelo impulso – fez com que os pioneiros aeronáuticos se focassem na melhoria dos motores – o

motor a jato, inventado nos anos 40, com todos os desenvolvimentos gerados desde então.

Slide 5: Física por detrás do Impulso Demonstração do Professor (ou possível atividade na aula): Encher um balão simples com ar e

libertá-lo no ar. A turma pode ter visto antes, como parte do Tutorial 1; pode ou não querer repetir

esta atividade, dependendo da aula em si e do tempo. Como possível variação utilize o recurso

disponível em: http://www.bloodhoundssc.com/shop/balloon-car-kit.

Explicação: O ar dentro do balão está comprimido nas paredes de borracha do balão. Quando o

bocal ou abertura do balão é aberta, o ar sai. A terceira lei do movimento de Newton afirma que

cada ação tem uma reação igual e oposta. Assim, a ação de escape do ar cria uma reação – produz

uma força nas paredes do balão que o lançam no ar. (Uma vez que a Terceira Lei de Newton é tão

importante, deverá enfatizá-la novamente, embora já vários conteúdos tenham sido dedicados a

este tema no T1. De notar que o itinerário do voo do balão é muito irregular, porque não existem

estruturas como no avião (estabilizadores) para o controlar.

Slide 6: Avião em movimento para a frente O motor a jato do avião trabalha segundo o mesmo princípio que a terceira lei do movimento de

Newton. Os gases de escape quentes dos motores a jato do avião empurram o ar, o que por sua vez

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produz uma reação oposta nos motores. Como o motor está fixo ao avião, este cria um movimento

para a frente.

O movimento de avanço do avião e a forma aerodinâmica da asa fazem com que o ar na parte

superior da asa se mova mais rapidamente do que em baixo. Isto cria uma camada de baixa pressão

de ar acima da asa, ao contrário do que acontece na parte inferior. A diferença de pressão gera uma

força para cima, elevação, o que mantém o avião no ar. (Ver Tutorial FlyHigher 1.)

Slide 7: História dos Motores a Jato Sir Isaac Newton foi o primeiro a propor a teoria da explosão canalizada para a retaguarda. Um

exemplo simples de uma explosão canalizada para a retaguarda é um carro a vapor como se

apresenta no slide. Em 1687 Newton tentou testar as suas leis recém-formuladas com o seu

protótipo de "carro a vapor". Este carro tinha uma caldeira montada e para o fazer avançar, o vapor

saia pelo bocal na retaguarda. Embora o seu carro a vapor não tenha funcionado (o vapor não

produzia pressão suficiente) a sua teoria ou força explosiva canalizada para a retaguarda provou ser

produtiva nos últimos anos, quando adaptada para o fabrico de veículos rodoviários a vapor.

De notar que as máquinas a vapor, tão importantes para as primeiras redes de caminho-de-ferro,

funcionam com princípios bastante diferentes e não relacionados com a propulsão a jato.

Possível Extensão: (i) pedir aos alunos para pesquisarem e escreverem um breve resumo sobre

as várias realizações de Newton.

Possível Extensão: (ii) Pedir aos alunos para pesquisarem sobre os primeiros jatos, "os carros

de vapor” e por que motivo a ideia foi abandonada.

Slide 8 Os veículos rodoviários a vapor foram mais tarde substituídos por veículos a gasolina devido a um

desempenho muito superior da gasolina. A invenção da Combustão Interna (CI) do motor durante o

século XVIII fez com que os irmãos Wright adequassem o seu "Kitty Hawk" com um motor a gasolina

de 12 cavalos (hp).

Slide 9 As hélices são aerodinamicamente moldadas (portanto, são torcidas ao longo do comprimento).

Várias forças agem sobre a hélice. Os alunos poderão estar familiarizados com a força centrífuga e

tensões de curvatura (produzidas por cargas aerodinâmicas). Ambas complicam a conceção e a força

necessárias para que a hélice funcione.

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A força do impulso gerado pelas lâminas da hélice é determinada pela área do disco das lâminas.

Uma área muito pequena é, obviamente, menos eficiente, mas em contrapartida um disco muito

grande pode gerar mais ruído do que impulso!

Possível demonstração do professor:

Força centrífuga – rodopie um peso num fio e deixe-o voar

Tensão de Curvatura – Fixe uma régua de plástico numa das extremidades. Em seguida, com dois dedos

aplique carga na outra extremidade. A deformação da régua acontece devido à tensão de curvatura.

Empurre com força suficiente e a régua de plástico irá dobrar e dobrar... e então quebrar! (geralmente

subitamente). Com uma régua de madeira: a madeira - dependendo da espessura e tipo - provavelmente irá

dobrar menos e rachar e quebrar de forma irregular. Com uma régua de metal: o metal vai provavelmente

dobrar, mas não quebrar. No entanto, em algum momento irá ficar permanentemente distorcido, para

nunca mais retornar à sua forma original. Estas observações são lugares-comuns, mas enfatize que os

materiais com os quais as peças de aviões são produzidas são cruciais. Será que alguém quereria estar num

avião em pleno voo quando a hélice quebrasse de repente e voassem pedaços?!

Os aviões leves modernos ainda usam hélices (embora estas sejam feitas de materiais compósitos de

alta tecnologia que são mais leves e mais fortes do que os do passado). Fundamentalmente, o custo

de aquisição e manutenção de um motor de hélices é significativamente menor do que um motor a

jato. Aviões leves, que voam curtas distâncias a velocidades modestas e altitudes mais baixas são,

talvez, de um amador ou usados para pulverizador de um agricultor. Os baixos custos são

imperativos.

Os motores a jato são sofisticados e caros. Um avião pequeno, de alto desempenho (um Air-force,

por exemplo) que tem de voar a elevadas altitudes e velocidades será, obviamente, a jato, como

aviões executivos de uma empresa internacional (que tem de levar os seus VIPs a locais distantes,

mas rapidamente).

Slide 10 Desde 1903, ano do primeiro voo dos irmãos Wright, até ao final de 1930, o motor de combustão

interna a gasolina com uma hélice era o único meio utilizado para a propulsão de um avião. Foi Sir

Frank Whittle, um piloto britânico, quem concebeu o primeiro turbojato em 1930.

Na imagem encontramos um Gloster E28/39 e, como os alunos devem reparar rapidamente, não

existe uma hélice no nariz do avião. O motor tinha vários níveis de compressores e turbinas para

criar impulso para a frente, mas em última análise, dependia do gás de escape para empurrá-lo para

a frente - como o balão! Poderá ser importante salientar que este avião e o avião a hélices do slide

anterior parecem semelhantes, mas são muito diferentes os biplanos 30 anos mais antigos e os jatos

modernos 30 anos mais recentes.

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Slide 11 Fundamentos sobre Motores Este slide demonstra o funcionamento básico de um motor com pistões, que é essencialmente o

motor utilizado nos carros. Para demonstração, pode usar uma seringa vazia com um pistão numa

extremidade e um bocal na outra.

A primeira fase de funcionamento do motor é a entrada de ar pelo movimento descendente do

pistão. Um bom exemplo é quando o pistão de uma seringa é puxado para trás, enchendo-a de ar.

A segunda etapa está relacionada com a compressão de ar, que é executada pelo movimento

ascendente do pistão no cilindro. Demonstração - Se fechar o bico de uma seringa (ou bloqueá-lo

com o dedo) e empurrar o pistão na direção do bico, vai comprimir o ar lá dentro. Note que num

motor com pistões real, a entrada de ar fecha de forma segura, para evitar qualquer escape de ar a

partir do cilindro e permitir a compressão de todo o ar.

A terceira fase de funcionamento do motor envolve a combustão pela adição e ignição de

combustível. Obviamente trata-se de um processo complexo. Todo o combustível dentro do cilindro

tem de queimar e tem de ser injetada a quantidade certa de combustível. Para além disso, esta

entrada de combustível deve acontecer no momento correto no ciclo. Os alunos podem ter visto

“velas de ignição” em motores simples, como um cortador de relva ou um velho carro, e

possivelmente ouviram falar do "distribuidor" que liga mecanicamente a vela de ignição à parte

elétrica do carro no momento certo. Se puder, mostre-lhes. Os motores dos carros modernos são

controlados por computador e os alunos podem ter ouvido falar de sistemas de “injeção de

combustível" eletrónicos.

A quarta etapa é o escape de gases quentes através da abertura de escape. Estes gases quentes têm

elevada temperatura e pressão (energia) e enquanto escapam causam o movimento descendente do

pistão no interior do cilindro.

O movimento descendente do pistão provoca uma entrada de ar para o próximo ciclo. O ciclo

prossegue assim por diante repetidamente. O pistão está ligado à hélice do avião através de uma

peça que provoca o movimento de rotação da hélice, como apresentado no slide seguinte.

Slide 12 Como pode ver na fotografia, o propulsor é ligado através de um virabrequim, o que provoca o

movimento do pistão em rotação. Quantos mais pistões estiverem a bombear, mais energia é gerada

e o mais suavemente roda o virabrequim. Portanto, o motor tem vários cilindros, de modo a

fornecer uma fonte de energia contínua a partir de ignições individuais, com mais que um pistão

ligado ao virabrequim.

Geralmente, um motor de automóvel tem quatro cilindros - mas muitos têm seis (especialmente em

veículos mais sofisticados e/ou maiores). Os cilindros tendem a ser em pares para se obter um

equilíbrio, com dois ou três de cada lado. No entanto, pequenos motores, tais como os encontrados

em ciclomotores ou máquinas de jardinagem, têm um único cilindro e utilizam apenas um pistão,

uma vez que a exigência de potência é menor. Os veículos maiores (por exemplo, camiões que

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transportam cargas mais pesadas) ou veículos especializados (por exemplo, carros de corrida

Fórmula 1) terão 8, 10 ou 12 cilindros, dependendo das exigências.

Slide 13. 1) Vídeo – Duração: 1:41. Fonte – Youtube Dentro de um Motor a Jato.

Agradecimento: www.wydea.com.

2) Vídeo alternativo: http://www.youtube.com/watch?v=ON0sVe1yeOk

Slide 14: Tipos de Motores Na imagem - Airbus A380 de longa distância, aviões de dois andares com quatro motores gigantes

montados da Rolls Royce Trent 900 Motors ou Engine Alliance GP700. Estes são motores

turboventiladores, mais adequados para voos comerciais que precisam de motores robustos e

fiáveis.

O Airbus 380 é um dos aviões mais modernos. Pode transportar até 525 passageiros (com lugares

económicos, executivos e de primeira classe). Podia transportar 853 passageiros se existissem

apenas lugares de classe económica. Tem um alcance de 15,700 km e uma velocidade máxima de

945 km/h (9.755 milhas; 587 mph).

Para alunos mais avançados, podem devem ser introduzidos os números Mach, que expressam

velocidades (normalmente de aviões a jato) como uma fração da velocidade do som. Aviões

supersónicos voam mais rápido que a velocidade do som, daí a palavra "supersónico". A velocidade

máxima do Airbus é de 0,89 Mach. O Concorde atingia a velocidade máxima de 1,2 Mach.

.

Slide 15: Outros Tipos de Motores a Jato

Poderá focar-se neste slide e no próximo e não usar os slides 17-21, caso a idade/capacidade/interesse dos

alunos ou a duração da aula assim o exigir. O ponto essencial a salientar nestes slides é que há agora muitos

tipos diferentes de motores a jato e as novidades continuam a surgir.

Para fins não comerciais, o turboventilador não é necessariamente a melhor escolha. A utilização

militar, por exemplo, exige o melhor desempenho possível e o custo é um problema menor, ao

contrário do que acontece com as companhias aéreas. A tecnologia do motor a jato desenvolveu-se

consideravelmente e existe atualmente uma variedade de opções, como o slide apresenta.

Estatorreator – Avião espião de alta velocidade e alta altitude. Utiliza a velocidade maciça para

"forçar" o ar para dentro do motor. A imagem mostra o Lockheed SR-71 "Black Bird" sobre as

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montanhas de Sierra Nevada na Califórnia, em 1994. Foram apenas construídos 32 aviões deste tipo.

Os primeiros utilizadores foram a Força Aérea dos EUA e a NASA. Foi usado como avião de

reconhecimento aéreo por ser extremamente rápido (Mach 3 +, ou seja, uma velocidade de 1980

mph ou 3.186 Km/h). Um desempenho excecional do motor era o principal requisito deste avião,

tendo os custos uma importância secundária.

Turbojato – avião militar que tem de ser robusto e fiável, transportar cargas significativas e de forma

bastante rápida. Na imagem vê-se o Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II, composto por um

assento e dois motores. No total foram construídos 716 e encontram-se ainda atualmente em

serviço. Foi concebido para proporcionar apoio aéreo próximo às forças terrestres, para atacar

tanques, veículos armados e outros alvos terrestres com defesas aéreas limitadas. A exigência

principal deste motor é o desempenho e fiabilidade.

Foguetão – NASA Atlantis Space Shuttle. Utiliza um motor de foguete criogénico de combustível

líquido. Um motor de foguete criogénico utiliza combustível (hidrogénio líquido) e um oxidante

(oxigénio líquido). Os requisitos principais deste motor não são apenas o desempenho e fiabilidade,

mas poderem operar no espaço (onde não há ar!). Por isso, o foguetão deve fornecer o seu próprio

oxigénio.

Turbopropulsor – Avião executivo pequeno; precisa de ser de preço acessível, mas fiável e

razoavelmente rápido. Na imagem vê-se um Beechcraft King Air 350i, um avião executivo com 8

lugares equipado com dois motores - Pratt e Whitney (Canadá). Não é tão rápido como a maioria dos

jatos (velocidade máxima de 523 kmh, 325 mph), mas é mais rápido que um avião de hélices

movidas com pistões (a pista está na palavra “Turbo”!). Os motores são leves, eficientes em termos

de combustível e simples na sua conceção (mais barato em termos de funcionamento e

manutenção).

Avião de hélices movidas com pistões – Na imagem vê-se o Antonov AN-2. Era um avião agrícola

monomotor, biplano (avião com duas asas principais empilhadas uma sobre a outra) concebido na

União Soviética (Rússia) em 1946. O avião tinha uma velocidade máxima baixa de 258 km/h (160

mph), mas conseguia transportar uma carga significativa (até 5.500 kg; 12.000lb). A exigência

principal do motor com pistões de 9 cilindros era produzir o impulso necessário para levantar o avião

no ar.

Slide 16: Seleção de Motores O slide contém as explicações necessárias.

Slide 17:Turbojatos

Funcionam segundo o mesmo princípio que o motor com pistões: Entrada de ar na parte da frente

do motor e compressão seguida de combustão, mas os gases de escape saem através de uma

turbina para gerar impulso adicional.

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Slide 18: Turboventilador O motor turboventilador tem um ventilador na entrada do motor para aumentar o impulso gerado

pelo motor. Uma característica chave do motor turboventilador é que o ventilador está no interior

da conduta do motor (não fora como uma hélice) e nem todo o ar passa através de todo o motor

como no Turbojato, sendo dividido em diferentes fluxos. Complexo, mas comum em aviões

comerciais.

Slide 19: Turbopropulsor Os motores turbopropulsores são geralmente usados em pequenos aviões subsónicos. Utilizam as

ideias principais de um turbojato, mas incluem maquinaria adicional para converter a energia nos

gases de escape de alta velocidade para conduzir uma hélice. Isto fornece a maior parte do impulso

propulsor ao avião, ao passo que os gases de escape que saem do motor contêm pouca energia em

comparação com um motor a jato e desempenham um papel menor na propulsão do avião.

Slide 20: Estatorreator Os estatorreatores são a forma mais simples de propulsão. O ciclo de energia que faz trabalhar o

motor é idêntica à do motor de combustão interna. A entrada de ar na frente a alta velocidade,

depois a compressão, alcançada dentro de um difusor (que abranda o ar, à medida que mais ar é

"forçado" para dentro, por isso a pressão aumenta). O combustível é queimado e pulverizado no

interior da câmara de combustão e, em seguida, finalmente o ar é expelido a alta velocidade através

do escape para gerar impulso.

Os motores estatorreatores dependem do avião já em movimento a alta velocidade e não

funcionam quando este está parado. Os estatorreatores precisam de assistência para a decolagem e

para acelerar a uma velocidade em que começam a produzir impulso. Trabalham de forma mais

eficiente a velocidades supersónicas de cerca de Mach 3.

Slide 21: Foguetão O motor de foguetão difere de todos os outros tipos de sistema de propulsão de aviões. Os motores

de foguetão não são motores de “respiração de ar" e utilizam quer combustível quer oxigénio, uma

vez que têm de funcionar em altitudes muito elevadas e em vácuo. Levar seu próprio abastecimento

de combustível e oxidante é também a sua principal fraqueza, devido ao aumento de peso que

acarreta. O impulso é gerado a partir das pressões elevadas no interior da câmara de combustão e o

bocal de descarga, que produz as mudanças de aceleração dos gases de escape.

Slide 22: Sumário Fonte: YouTube; Duração: 0:52. Agradecimento: www.rendermedia.co.uk

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Este vídeo não tem som! Pode precisar de o parar em determinadas alturas para verificar se os

alunos absorveram as ideias centrais. Discuta cada parte com os alunos à medida que o filme é

reproduzido.

Componentes na animação:

o Compressor – para comprimir o ar.

o Turbina – para extrair a energia dos gases quentes e colocar o compressor montado no eixo

em funcionamento.

o Câmara de combustão – para queimar o ar comprimido por adição de combustível.

o Invólucro do motor – para acomodar todas as componentes.

Como pode ver na animação, o ar frio (cor azul) que entra no motor é comprimido pelas hélices do

compressor, é queimado na câmara de combustão através da adição de uma mistura de ar-

combustível precisa; os gases quentes (cor vermelha) saem da turbina que fornece a força de

propulsão necessária para empurrar o avião para a frente.

Slide 23: Conhecimentos Adicionais Peça aos alunos para acederem ao website mencionado no slide (poderão fazê-lo na escola ou em

casa) e experimentar o simulador do motor.

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Materiais Adicionais

Dentro ou Fora da Aula

Sopa de Letras As duas sopas de letras que se seguem podem ser usadas de duas formas: com as palavras-chave listadas como

pistas ou sem essas palavras-chave. Podem ser utilizadas para prolongar a formação ou definidas como trabalho

de casa. Todas as palavras devem ter sido utilizadas na apresentação PowerPoint. As sopas de letras são

apresentadas num formato fácil de copiar (próxima secção). Todos os direitos de autor estão assegurados para

utilização educacional.

A Sopa de Letras 1 é de um nível mais acessível, mesmo sem as pistas. Todas as palavras são exibidas

vertical ou horizontalmente.

A Sopa de Letras 2 com as pistas é um pouco mais difícil; sem as pistas é bastante difícil! Uma série de

palavras estão escritas numa linha diagonal, ou da esquerda para a direita em linha reta, mas algumas

palavras mais simples estão apresentadas da direita para a esquerda.

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Várias atividades extra já foram mencionadas ao longo da aula. Naturalmente, estas atividades também podem

ser usadas como trabalho de casa:

Após a discussão de Sir Isaac Newton (Slide 7):

Extensão Possível: (i) Pedir aos alunos para pesquisarem e escreverem um breve resumo das

muitas realizações de Newton.

Extensão Possível: (ii) Pedir aos alunos para pesquisarem sobre os primeiros jatos "os carros a

vapor” (em oposição aos motores a vapor) e por que motivo a ideia foi abandonada.

Após o Tutorial

Extensão Possível (i) (Como o slide final sugere): Pedir aos alunos para acederem ao website

mencionado no slide - na escola, se for possível, ou em casa - e experimentar o simulador do

motor.

Extensão Possível (ii) Os alunos também podem investigar os muitos vídeos disponíveis no

YouTube que demonstram como funciona um motor a jato. Alguns são engraçados, outros são

bastante técnicos – os alunos decidem o quanto querem aprofundar os seus conhecimentos.

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SOPA DE LETRAS DE MOTORES A JATO 1A

Procura nove palavras relacionadas com motores a jato escondidas na grelha seguinte. As palavras são:

* Airbus * Combustão * Escape * Jato

* Elevação * Newton * Impulso * Turbina * Whittle

A J A T O

I E L E V A C A O N

R E S C A P E E

B T U R B I N A W

U T

S I M P U L S O O

W H I T T L E N

C O M B U S T A O

Cada vez que encontras uma palavra, explica o que significa.

17

SOPA DE LETRAS SOBRE MOTORES A JATO 1B

Encontra as nove palavras sobre “Motores a Jato” escondidas na grelha seguinte

Sem pistas! Tens de as encontrar por ti próprio.

A R T O A T S U B M O C

I E L E V A C A O N U Y

R E S C A P E L K E J J

B T U R B I N A G W A H

U G F D S A Z X C T V B

S I M P U L S O O O M N

W H I T T L E L K N J H

T R E W Q S O D Y F U G

Cada vez que encontras uma palavra, explica o que significa.

18

SOPA DE LETRAS SOBRE MOTORES A JATO 2A

Encontra as onze palavras escondidas na grelha seguinte. De cada vez que encontras uma palavra, explica o

seu significado.

CUIDADO! Para além de estarem na vertical, horizontal ou diagonal, em alguns casos as palavras estão de

trás para a frente, ou seja, da direita para a esquerda. As palavras são:

* Airbus * Compressão * Escape

* Jato * Elevação * Newton * Estatorreator

* Foguetão * Impulso * Turbina * Whittle

I M P U L S O

E L E V A C A O C

N E W T O N A O

T F W I M

U O H R J P

R G I E B A R

B U T S U T E

I E T C S O S

N T L A S

A A E P A

O E O

E S T A T O R R E A T O R

19

SOPA DE LETARS SOBRE MOTORES A JATO 2B

Encontra onze palavras sobre “Motores a Jato” escondidas na grelha seguinte.

CUIDADO! Para além de estarem na vertical, horizontal ou diagonal, em alguns casos as palavras estão de

trás para a frente, ou seja, da direita para a esquerda.

Sem pistas! Tens de as encontrar por ti próprio.

I M P U L S O

O A C A V E L E C

N E W T O N A O

T F W I M

U O H R P

R G I E B J R

B U T S U A E

I E T C S T S

N T L A O S

A A E P A

O E O

E S T A T O R R E A T O R

De cada vez que encontras uma palavra, explica o seu significado.

20

RESPOSTAS DA SOPA DE LETRAS

RESPOSTAS DA SOPA DE LETRAS SOBRE MOTORES A JATO. CONJUNTO 1

A J A T O

I E L E V A C A O N

R E S C A P E E

B T U R B I N A W

U T

S I M P U L S O O

W H I T T L E N

C O M B U S T A O

RESPOSTAS DA SOPA DE LETRAS SOBRE MOTORES A JATO. CONJUNTO 2

I M P U L S O

E L E V A C A O C

N E W T O N A O

T F W I M

U O H R J P

R G I E B A R

B U T S U T E

I E T C S O S

N T L A S

A A E P A

O E O

E S T A T O R R E A T O R

21