Estabilizador vertical para um foguete Um foguete lançado por um tubo tem estabilizadores verticais na parte traseira. Durante o lançamento, os estabilizadores sofrem a ação de gás quente a
durante um tempo
segundos. É importante que os estabilizadores sobrevivam ao lançamento sem fusão na superfície. Sugira um índice de material para selecionar um material para os estabilizadores. A tabela a seguir resume os requisitos.
Função | Estabilizadores de foguete com alta taxa de transferência de calor |
---|---|
Restrições | Todas as dimensões especificadas |
Não devem sofrer fusão na superfície durante exposição a gás a
|
|
Objetivos | Minimizar a elevação da temperatura na superfície durante a ignição |
Maximizar o ponto de fusão do material | |
Variável livre | Escolha de material |
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um foguete que, durante o lançamento, tem estabilizadores na parte de trás expostos a gás bem quente, de até
por
segundos. Nosso objetivo é escolher um material para esses estabilizadores que não derreta nessa temperatura e que, idealmente, minimize o aumento de temperatura na superfície durante o lançamento. Para isso, vamos precisar entender propriedades como ponto de fusão e transferência de calor dos materiais disponíveis.
Passo 2
Primeiro, precisamos garantir que o material escolhido não derreta quando exposto a
. Isso significa que o ponto de fusão do material deve ser maior que
. Vamos procurar materiais com pontos de fusão altos, como certos metais ou ligas especiais.
Passo 3
Além de não derreter, queremos que a superfície dos estabilizadores não aqueça muito durante o lançamento. Para isso, precisamos considerar a condutividade térmica do material. Materiais com alta condutividade térmica dissipam o calor mais rapidamente, reduzindo o aumento da temperatura na superfície. Então, é bom buscar materiais que não só não derretam, mas que também conduzam bem o calor.
Passo 4
Vamos dar uma olhada em alguns materiais que atendem a esses requisitos:
- Aço Inoxidável: Tem um ponto de fusão alto, em torno de
, o que é um pouco abaixo da nossa necessidade. - Tungstênio: Possui um ponto de fusão de
, bem acima do necessário, e também tem boa condutividade térmica. - Níquel: Com ponto de fusão de
, também fica abaixo do requerido. - Titânio: Tem um ponto de fusão de
, quase chegando perto, mas ainda não é ideal.
Passo 5
Dentre esses, o Tungstênio se destaca porque seu ponto de fusão é significativamente maior que os
do gás quente. Além disso, sua alta condutividade térmica ajuda a dissipar o calor rapidamente, o que minimiza o aumento da temperatura na superfície dos estabilizadores durante o curto período de exposição.
Resposta
O índice de material sugerido para os estabilizadores é o Tungstênio, devido ao seu alto ponto de fusão (
) e excelente condutividade térmica, garantindo que não derreta e que a temperatura na superfície seja minimizada durante o lançamento.