Como funciona um foguete

O primeiro foguete de combustível líquido voou por dois segundos e meio e subiu cerca de 12.5 m.

O motor lança gás para baixo (seta inferior); o gás empurra o foguete para cima com uma força igual (seta superior). Não é preciso ar nem chão para servir de apoio.

Empurre algo e receba um empurrão de volta

Fique sobre um skate e lance uma bola pesada para a frente: você rola para trás. Solte um balão cheio e ele dispara enquanto o ar escapa pelo bico. Nos dois casos, atua a terceira lei de Newton: quando um objeto empurra outro, o segundo empurra o primeiro com a mesma intensidade, na direção oposta. Um motor de foguete queima combustível para produzir uma grande quantidade de gás quente e o lança pelo bocal em alta velocidade. O foguete empurra o gás para trás, e o gás empurra o foguete para a frente.

Um erro comum é pensar que os gases de escape precisam de ar para empurrar. Não precisam. O empurrão acontece dentro do motor, entre o foguete e seu próprio gás; por isso foguetes funcionam ainda melhor no vácuo espacial, sem a resistência do ar. A grandeza relevante é a quantidade de movimento, massa vezes velocidade. Se o motor lança 1 kg de gás a 3000 m/s, o foguete ganha 3000 kg·m/s de quantidade de movimento na direção oposta, qualquer que seja o ambiente.

A equação do foguete

Em 1903, o professor russo Konstantin Tsiolkovsky publicou um tratado sobre motores de foguete no espaço, com a equação que todo projetista de foguetes ainda usa. Ela informa quanto um foguete pode variar sua velocidade, Δv, a partir de dois valores: a velocidade de saída dos gases v_e e a razão de massas, a massa inicial m₀ dividida pela massa final m_f após o combustível acabar. Δv = v_e × ln(m₀ ÷ m_f). O logaritmo é a má notícia. Com gases a 3 km/s, um foguete com três quartos de sua massa em combustível (razão de massas 4) ganha 4.16 km/s; aumentar o combustível para 90% (razão 10) só permite chegar a 6.91 km/s.

Chegar à órbita exige cerca de 7.7 km/s de velocidade lateral, mais o necessário para vencer a gravidade e o ar na subida, além do alcance de um foguete simples. A solução é usar estágios. Um primeiro estágio grande ergue tudo e se solta quando esvazia, eliminando o peso inútil de seus tanques e motores; um segundo estágio começa com uma nova razão de massas, bem melhor. O Saturn V da NASA, usado nos voos Apollo, tinha três estágios: o primeiro levava o foguete a cerca de 68 km; o segundo, quase até a órbita; o terceiro completava a tarefa e depois impulsionava a nave rumo à Lua.

ContextoEm 16 de março de 1926, em uma fazenda coberta de neve em Auburn, Massachusetts, Robert Goddard lançou o primeiro foguete de combustível líquido do mundo. Segundo o município de Auburn, ele atingiu 41 pés de altura (cerca de 12.5 m), voou por dois segundos e meio e caiu a 184 pés (cerca de 56 m) da estrutura de lançamento. Goddard havia publicado "A Method of Reaching Extreme Altitudes" em 1919 e fora ridicularizado por sugerir que um foguete poderia chegar à Lua. Hoje, o local do lançamento, parte de um campo de golfe, é um marco histórico nacional.

Saturn V (NASA)	Valor
Altura	111 m (363 pés)
Massa na decolagem	2.8 milhões de kg
Empuxo no lançamento	34.5 milhões de newtons
Para a órbita terrestre	cerca de 118 000 kg
Para a Lua	cerca de 43 500 kg
Estágios	3

A decolagem também exige empuxo maior que o peso. O Saturn V pesava 2.8 milhões de kg × 9.81 m/s² ≈ 27.5 milhões de newtons na plataforma, e seus motores produziam 34.5 milhões, uma razão de aproximadamente 1.26. Os 7 milhões de newtons restantes, divididos por 2.8 milhões de kg, resultam em aceleração inicial para cima de apenas 2.5 m/s², por isso foguetes grandes parecem subir tão devagar. Conforme o combustível queima, a massa diminui e a aceleração aumenta.

Qual lei explica o movimento de um foguete?
- A terceira lei de Newton
- A lei de conservação da massa
- A lei de Ohm
Um motor de foguete precisa empurrar o ar para funcionar?
- Sim
- Não, ele empurra seus próprios gases de escape
Um motor lança 2 kg de gás a 3000 m/s. Quanto de quantidade de movimento (kg·m/s) o foguete ganha?
Velocidade dos gases de escape de 3 km/s, razão de massas 10. Qual é Δv em km/s? (duas casas decimais)
Velocidade dos gases de escape de 4.4 km/s, razão de massas 10. Qual é Δv em km/s? (uma casa decimal)
Por que foguetes usam estágios?
- Para descartar tanques vazios e motores, melhorando a razão de massas do restante
- Porque não é possível acender um motor grande o suficiente
- Para deixar o foguete mais alto
O foguete de Goddard atingiu 41 pés. Quantos metros são? (uma casa decimal; 1 pé = 0.3048 m)
Saturn V: empuxo de 34.5 MN e peso de 27.5 MN. Qual é a razão empuxo/peso? (duas casas decimais)
Em que ano Tsiolkovsky publicou seu trabalho sobre foguetes no espaço?
- 1903
- 1926
- 1957
Por que um foguete grande parece subir devagar no início?
- Seu empuxo é só um pouco maior que seu peso
- O ar é espesso e o impede de subir
- Os motores aquecem devagar

Pontos-chave

Um foguete empurra gases para trás e é empurrado para a frente (terceira lei de Newton); não precisa de ar.
Equação do foguete: Δv = vₑ × ln(m₀ ÷ m_f).
O uso de estágios elimina peso inútil para que cada estágio comece com uma razão de massas melhor.
Goddard fez voar o primeiro foguete de combustível líquido em 16 de março de 1926.
Saturn V: 111 m, 2.8 milhões de kg, empuxo de 34.5 MN, três estágios.

Fontes deste curso (17)

Town of Auburn MA, Robert Goddard (auburnma.gov/693/Robert-Goddard)
History.com This Day in History, 16 March 1926 (Tsiolkovsky 1903 treatise)
NASA "What Was the Saturn V?" (nasa.gov/learning-resources/for-kids-and-students/what-was-the-saturn-v-grades-5-8)
NASA Earth Fact Sheet (nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html, GM 0.39860 × 10⁶ km³/s², escape velocity 11.186 km/s, sidereal rotation 23.9345 h)
NASA History "The Dawn of the Space Age" (nasa.gov/history/dawn-of-the-space-age)
NASA "April 1961, First Human Entered Space" (nasa.gov/image-article/april-1961-first-human-entered-space)
GPS.gov Space Segment (gps.gov/space-segment)
KARI (kari.re.kr: KOMPSAT-1 1999, Chollian, Nuri launch dates, Danuri contents/193, 194, 196 and news release 2022-12-28)
Korea.kr policy news on the Nuri second launch, 21 June 2022 (korea.kr/news/policyNewsView.do?newsId=148902762)
Korea AeroSpace Administration (kasa.go.kr, founded 27 May 2024)
NASA International Space Station Facts and Figures (nasa.gov/international-space-station/space-station-facts-and-figures)
ISS National Lab on Zarya and Expedition 1 (issnationallab.org/iss360/celebrating-the-20th-anniversary-of-the-first-international-space-station-module)
Korea Herald and Korea.net on Yi So-yeon, 8 April 2008 (koreaherald.com/article/10711787, korea.net/NewsFocus/HonoraryReporters/view?articleId=264742)
NASA Apollo pages (nasa.gov/the-apollo-program, nasa.gov/history/apollo-11-mission-overview, nasa.gov/mission/artemis-ii)
NASA Voyager 1 (science.nasa.gov/mission/voyager/voyager-1) and "What is a light-day" (science.nasa.gov/mission/voyager/voyager-1/voyager-1-what-is-a-light-day)
NASA Stennis Lagniappe July 2015 on New Horizons at Pluto (nasa.gov/wp-content/uploads/2015/05/julylagniappe.pdf)
NASA SVS 5534 Parker Solar Probe (svs.gsfc.nasa.gov/5534).

Data de verificação: 2026-10-18