FISICA DE FLUIDOS Y TERMODINÁMICA

PROYECTO COHETE HIDRÁULICO

ELIANA LICETH CANO SARMIENTO

JULIETH CAMINA CUBIDES BERNAL

KIMBERLY CRISTINA SÁNCHEZ TORRES

JAVIER BOBADILLA

UNIVERSIDAD ECCI

TECNÓLOGO EN ELECTROMEDICINA

2014 – II

INTRODUCCION

El cohete hidráulico que realizaremos tiene como fin aplicar los conocimientos adquiridos durante el proceso académico, basándonos ciencias exactas como lo es la física y los conceptos que esta abarca, como lo son la presión, termodinámica, leyes de Newton, movimiento parabólico; notando así la importancia que tienen al momento de construir un cohete impulsado con agua al aplicarle cierta cantidad de aire. Teniendo en cuenta que la construcción de este cohete tiene grandes dificultades, se deben implementar mecanismos y/o elementos que permitan que una precisión exacta sea posible.

OBJETIVOS

Objetivo general

· Usar los temas vistos en la materia como lo son la presión, termodinámica, leyes de Newton, movimiento parabólico y profundizar más en estos para así poderlos aplicar de forma correcta al momento de construir el cohete hidráulico

Objetivos específicos

· Construir un cohete hidráulico teniendo como base las temáticas vistas en clase y varios principios físicos que se presentan en él.

· Comprobar la tercera ley de Newton, observando cómo trabaja la presión y la fuerza externa aplicada hacia otro cuerpo.

· Alcanzar los estándares de evaluación propuestos por el profesor, como lo son precisión, distancia, basándonos en los diferentes fenómenos que se encuentran en la vida cotidiana.

· Implementar componentes aerodinámicos

· Observar el comportamiento del cohete hidráulico

MATERIALES

· Dos botella plástica

· Un corcho

· Una bomba o inflador

· Agua

· Palos de balso

· Cartón paja

· Cinta

MARCO TEÓRICO

Un cohete de agua o un cohete de botella es un tipo de cohete de modelismo que usa agua como proponente 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

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.

Esquema de las fuerzas en el interior de un cohete cargado.

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 fluidodinámica. 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.

DESARROLLO DEL PROYECTO

1. Antes de la construcción del cohete es saber las dimensiones del lugar en el que podremos experimentar la precisión

2. Conocer los materiales que se implementaran para la construcción de este, teniendo en cuenta que estos no que sufran cambios por el agua.

3. Construir los alerones del cohete

4. Cortar las botellas de 600ml de tal forma que se pueda notar la forma cónica del cohete, pues esta ayuda en el movimiento y la precisión

5. Se le introduce agua al cohete

6. Se coloca en la parte inferior del cohete el corcho con la aguja

7. Se le conecta el corcho a la bomba, luego se le introduce aire a la botella, hasta el punto que la presión que internamente se encuentra dentro de la misma, produzca que el cohete salga con gran velocidad y precisión

ANTECEDENTES FOTOGRAFICOS

COHETE FINAL

BÚSQUEDA BIBLIOGRÁFICA

Las siguientes páginas a citar son instrumentos que nos facilitan y/o ayudan a tener una idea de la construcción de un cohete hidráulico y su funcionamiento, para el correcto desarrollo de los objetivos del proyecto.

*Artusia Juan Ignacio. Cohetes propulsados por agua.

*El cohete de agua un experimento divertido.

*Organismo de exploración aeroespacial del Japón. Cohetes de agua, manual del educador.

. *Vargas Miguel. Manual de lanzador construcción de cohetes.

www.astroeduc.com.ar

www.astroeduc.com.ar

CONCLUSIONES

· Tener claros los conceptos, las temáticas vistas el proceso académico y llevarlos a la práctica correctamente, son de gran importancia en la construcción y funcionamiento de este cohete,

· Para un excelente funcionamiento del cohete hidráulico, es necesario calcular la cantidad de agua y la presión que debemos generar en el cohete, para que este vuele, tenga un movimiento parabólico y la precisión requerida.