Miguel Ángel Uchubo Gómez // 2012184416 – José Iván Cadena // 2013184125 2013

¨PROYECTO COHETERIA¨

Física Termodinámica – Ing. Industrial.

Primer Corte:

OBJETIVOS:

Realmente lo que se busca es crear un modelo práctico y básico hecho con materiales reciclables, para crear un cohete, fundado con una serie de bases científicas para construir y proporcionar los fundamentos necesarios para entender y aplicarlos en la cotidianidad del día a día, mostrando así su trayectoria tanto en el despegue, el vuelo y por supuesto el aterrizaje, con un funcionamiento puntual y sencillo, situando el modelo de forma vertical con algún tipo de plataforma, se realizaran varias pruebas hasta determinar fallos y errores que pueden llegar a presentarse antes de realizar el lanzamiento definitivo, además de eso para comprender el funcionamiento de varios principios físicos tales como.

El principio de pascal El principio de acción o reacción (3º Ley de Newton) Leyes del movimiento como el tiro parabólico Caída libre con y sin rozamiento Aerodinámica

Aparte de eso se plantean también otros objetivos tales como, plantear preguntas para cuestionarnos acerca del entorno a la física en cuanto a los cohetes y misiles y su funcionamiento, compartir discutir y debatir las respuestas a las cuestiones planteadas.

ANTECEDENTES:

http://www.slideshare.net/paoandreacampos/coheteria-hidraulica

Contiene aire en su interior a una presión elevada. Cuando se abre el orificio en la parte inferior de recipiente, el agua expulsada ejerce una fuerza sobre el recipiente similar al empuje que experimenta un cohete al expulsar el combustible quemado por sus toberas.

La ecuación del movimiento vertical en un cohete, es la de una partícula de masa m bajo la

acción de dos fuerzas el empuje y el peso // ma = E-mg

http://es.wikipedia.org/wiki/Cohete_de_agua

Un cohete de agua o un cohete de botella es un tipo de cohete de modelismo que usa agua como propelente de reacción. La cámara de presión, motor del cohete, es generalmente una botella de plástico. El agua es lanzada fuera por un gas a presión, normalmente aire comprimido, lo que impulsa el cohete según la 3ª ley de Newton.

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http://www.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/10121778/Como-hacer-un-cohete-de-agua.html

http://www.et.byu.edu/~wheeler/benchtop/ifm.php

Segundo Corte:

MARCO TEORICO:

El principio que explica la propulsión de un cohete de agua es la ley de la conservación de la cantidad de movimiento, que es otra forma de llamar a la 3ª ley de Newton o principio de acción-reacción. Este principio establece que en ausencia de fuerzas externas la cantidad de movimiento de un sistema, p, que es el producto de su masa por su velocidad, permanece constante o lo que es lo mismo su derivada es igual a cero:

De esta ley, con los oportunos pasos matemáticos y sustituciones, se deriva la ecuación del cohete de Tsiolskovski:

Donde es la velocidad instantánea, la velocidad de salida del fluido por la boca, la masa total inicial y la masa en cada momento.

La propulsión del cohete de agua puede esquematizarse como un sistema en el cual se va a producir la expulsión hacia atrás de una parte de su masa (el agua) lo que provocará un empuje que propulsará al resto del sistema hacia delante (acción-reacción), compensándose la cantidad de movimiento total del sistema. La energía mecánica necesaria para la expulsión de esta fracción de masa se almacena en el sistema como energía potencial en forma de gas a presión. Con la expulsión esta energía se irá convirtiendo en energía cinética, las del movimiento del agua y el cohete.

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La expansión del aire comprimido se produce relativamente deprisa, unos 0,2 s, lo que no permite un intercambio térmico, por lo que esta expansión puede considerarse un proceso adiabático. Aplicando esta consideración se puede derivar la fórmula que describe la fuerza teórica que sigue el agua al ser expulsada (la ecuación de la tobera De Laval) que será de la misma intensidad que la que empuja al cohete, quedando así:

Donde es la fuerza de propulsión, es el radio de la boca y la diferencia de presión entre el interior y el exterior.

Además en su movimiento el cohete estará sometido a la fuerza de la gravedad y a la resistencia producida por la fricción con el aire que depende de las leyes de la fluido dinámica. La ecuación final de su trayectoria es muy compleja y se resuelve numéricamente por medio de varios programas de simulación disponibles en internet.

La estabilidad de vuelo del cohete estará condicionada por la posición del centro de masas y de la posición del centro de presión aerodinámica. El primero tiene que encontrarse siempre delante del segundo y a una distancia que se estima empíricamente como óptima cuando ambos están separados alrededor del doble del radio del cohete. Para distancias inferiores el vuelo puede resultar inestable.

El centro de presión aerodinámica representa el punto en el cual se podrían concentrar de forma equivalente todas las fuerzas que frenan el movimiento del cohete debido a la resistencia del aire. El cálculo de su posición es muy complejo, pero gracias al trabajo de James Barrowman (publicado en 1966) se puede resolver usando un sistema de ecuaciones simplificado. Un método alternativo más fácil es encontrar el (baricentro) de una silueta de papel con la misma forma que la proyección lateral del cohete. Este punto es muy cercano al verdadero centro de presión aerodinámica. Además la posición del centro de presión aerodinámica se puede ajustar en cierta medida modificando la posición y dimensiones de los alerones.

Cohete de agua hidráulico:

Un cohete de agua es básicamente un cohete (en este caso podemos utilizar una botella) que se ve impulsado por presión de agua, algo bastante sencillo y fácil de realizar pero que nos ofrece una diversión increíble.

Cómo funciona el cohete de agua:

Los cohetes funcionan bajo el principio de acción y reacción. De una manera básica lo que haremos será generar presión dentro de la botella introduciendo aire en la misma. Esta presión llegará a un límite, el límite de la botella, y cuando esto ocurra deberá salir por algún lado. El corcho es la parte más débil del cohete así que será la salida de escape.

De esta manera toda la presión se verá liberada por el orificio de la botella con un impulso muy veloz, así que tengan cuidado con hacia donde apuntan la botella. Saldrá mucha agua, así que es mejor realizar el experimento en un lugar abierto y no en el interior de una casa.

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Qué necesitamos para hacer un cohete de agua:

Si queremos hacer un cohete básico lo único que necesitamos es: Una botella de dos litros de refresco Un corcho Un inflador Agua Algún objeto para sostener nuestro misil

Si quieren hacer un experimento más profesional pueden agregar algún conducto para transmitir la presión del agua, algo así como un caño de PVC. También pueden agregar algunas aletas al misil para que logre tener más estabilidad. Pueden utilizar algún otro objeto como misil, algo más aerodinámico para que tenga un vuelo más duradero.

COHETES DE AGUA – MANUAL DEL EDUCADORProf. Nobuaki IshiiInstituto de Ciencias Espaciales y AstronáuticaOrganismo de Exploración Aeroespacial del Japón

En este proyecto aprenderemos a elaborar un cohete hidráulico los cuales si se fabrican adecuadamente resultan fáciles, además , son muy utilizados en la vida cotidiana de la personas y son buena fuente de aprendizaje para niños y adultos.

1. Historia

En la década de 1960 Japón importó cohetes de agua de juguete fabricados en Alemania y los Estados Unidos y mediados de 1980 se realizaron competiciones de cohetes de agua en Escocia.

Las conocidas botellas de agua se utilizaban para hacer los cohetes de agua, en 1974 se utilizaron por primera vez en los Estados Unidos dándole un gran esparcimiento a su uso.

2. Terminología:

Lastre (plastilina): Mantiene la estabilidad aerodinámica durante el vuelo

Cojín: Reduce los daños del cohete cuando retorna a tierra

Cono de la nariz: Punta o cabeza del cohete de agua

Cuerpo (depósito de agua): Contiene agua y aire a presión

Falda (cilindro con aletas de la cola): La parte donde se fijan las aletas.

Aletas: Se fijan a la parte trasera del cuerpo del cohete para asegurar la estabilidad aerodinámica durante el vuelo

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Boquilla: Pieza por la cual sale el agua del cohete Se enrosca en el pico de la botella PET

3. Materiales

Dos botellas PET Carpeta plástica Lamina PVC Plastilina Bolsa plástica Boquilla Cinta adhesiva Tijaras Marcador Cierra Lápiz Pegante para madera

4. Fabricación

Cortar aletas Preparar la base de las aletas Confeccionar el faldón y fijarlo al cuerpo del cohete Pegar aletas Cortar la botella y poner cono Sellar el cono de la nariz

Fuente:

https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua-Manual_del_Educador.pdf

BIBLIOGRAFIA:

http://es.wikipedia.org/wiki/Cohete_de_agua http://www.slideshare.net/paoandreacampos/coheteria-hidraulica http://julianaaya.blogspot.com/2012/11/blog-post.html http://fisicaenrealidad.wordpress.com/2012/11/21/coheteria-hidraulica/ http://blogcalsanz.blogspot.com/2012/11/coheteria-hidraulica.html

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Cómo hacer un cohete de agua:

Una vez que contamos con todos los componentes necesarios podemos comenzar con la construcción de nuestro experimento casero. Lo primero que debemos hacer es llenar la botella con agua hasta la mitad.

Hecho esto colocamos el corcho en el pico de la botella e introducimos el pincho del inflador dentro, cuidando de que en el extremo interior de la botella sobresalga la punta del pincho, que es por donde entrará el aire más tarde.

Cuando el sistema ya esté preparado lo único que debemos hacer es colocar la botella con el corcho hacia abajo y sostenerla en esa posición con algo, nunca con la mano. Luego podemos

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comenzar el experimento introduciendo aire con el inflador hacia dentro de la botella. Cuanto más rápido lo hagamos más veloz será nuestro cohete.

“CONCLUCIONES III CORTE”

Realmente fue una experiencia muy gratificante pues cuando comenzó el proyecto creímos que este sería un poco complicado de realizar sin embargo con la ayuda de mis compañeros y la experiencia del docente con su gran experiencia logramos sacar adelante el proyecto.

Cuando el cohete sale disparado por la presión, variando distintas veces el Angulo en la base de despegue en verdad que es muy divertido y se aprende bastante en la práctica, observamos distintos modelos con distintas y variadas formas de realización, muchos materiales muy interesantes, modelos y formas muy resistentes y creativas de cohetes y bases de lanzamiento.

Observamos también que el lugar de llegada del cohete depende estrictamente del Angulo y base de lanzamiento, también varía y/o depende del agua que la botella con la que se realiza el cohete tenga, con el manómetro o la bomba se podría tener una media mucho más puntual para el recorrido ideal del proyectil.

Es una práctica verdaderamente muy interesante de realizar, además de ser muy económica, hacer el cohete y la base de lanzamiento no tiene mayor trabajo, aunque si lleva tiempo y dedicación, pero no se requieren materiales costosos ni difíciles de encontrar, en verdad que vale la pena hacer este tipo de actividades, son muchas las enseñanzas que dejan y es divertido aprender de algunas cuestiones físicas de esta manera.

Aunque el proceso de fabricación del cohete no es complicado si hay que tener muy en cuanta puntos como la resistencia contra el agua, los golpes, la fricción y muchos factores que pueden dañar al cohete cuando este sea lanzado desde su base, es importante tener muy presente que se harán varios lanzamiento de prueba y que los materiales del cual el proyectil esta hecho así mismo su base deben tener un grado alto de resistencia para poder realizar varios lanzamiento sin problema alguno.

Es importante también tener muy en cuenta que el respeto hacia las demás personas es lo algo primordial por eso se debe tener mucho cuidado al realizar algún lanzamiento verificando que el lugar desde donde se va a realizar este despejado y no se corra el riesgo de ir a lastimar a alguien.

Básicamente el reto para realizar este proyecto fue que el punto de llegada o el punto de aterrizaje del proyectil, puesto que se trata de que cuando el cohete sea lanzado este llegue a un punto en específico, en un parque mas específicamente en una cancha de futbol.

Miguel Ángel Uchubo Gómez // 2012184416 – José Iván Cadena // 2013184125 2013