Física 3

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Física 3

  1. 1. Física termodinámica y de Fluidos Proyecto: COHETE HIDRAÚLICO AVANCES - 2 - CORTE Presentado a: Javier Bobadilla Presentado Por: Jair Herrera William Ramos Alexandra Segura Gómez Bogotá D.C Abril de 2013Escuela Colombiana de Carreras Industriales – ECCI
  2. 2. INTRODUCCION Y ANTECEDENTES:La propulsión a chorro es conocida por el hombre desde hace más de 2000 años,cuando Herón de Alejandría invento un artefacto conocido como eolípila, el cualera un dispositivo esférico con 2 tubos diametralmente opuestos que expulsabanvapor que estaba al interior de la esfera y que provenía de un depósito de aguaque se calentaba y que estaba conectado por 2 tubos a la esfera y que a su vezservían de soporte y eje de giro de la misma, ya que al salir el vapor, producía elempuje necesario para hacer rotar la esfera sobre su eje. (Ver figura 1).(Figura 1. Replica moderna de una eolípila de Heron.)Esta máquina fue desarrollada por simple curiosidad científica de su inventor perodesafortunadamente nunca pasó de ser más que un juguete exótico, sin que nadiese percatara de sus usos prácticos.Tuvieron que pasar más de 1500 años para que hombres como el propio GalileoGalilei, y el gran Sir Isaac Newton sentaran las bases teóricas que permitiríanexplicar fenómenos como el mostrado en este artefacto.
  3. 3. MARCO TEÓRICO:Para una clara comprensión de los fenómenos que se analizaran a través delexperimento propuesto, es necesario primero conocer y recordar algunosconceptos y leyes físicas en los que se fundamenta esta actividad y que serelacionaran a continuación:Principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta unempuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.Principio de Pascal: La presión ejercida sobre la superficie de un líquidocontenido en un recipiente cerrado se transmite a todos los puntos del mismo conla misma intensidad. (Ver figura 2)(Figura 2. Representación Grafica del principio de Pascal) Leyes de Newton: Primera Ley de Newton o Segunda Ley de Newton o Tercera Ley de Newton o Ley de Inercia Ley de Fuerza Ley de acción y reacciónTodo cuerpo permanece en estado de Siempre que una fuerza no equilibrada Cuando una fuerza determinada actúareposo o continúa con un movimiento actúe sobre un cuerpo, se produce una sobre un cuerpo, éste reacciona conrectilíneo uniforme, siempre y cuando aceleración en la dirección de la fuerza una fuerza con igual magnitud, pero enuna fuerza externa no actúe sobre él. que es directamente proporcional a la sentido Opuesto. fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo. Tiro Parabólico y Caída libre:Aplican los conceptos ya conocidos del movimiento uniforme rectilíneo ymovimiento uniforme acelerado, junto con sus respectivas ecuaciones
  4. 4. OBJETIVO GENERAL:Diseñar y construir un dispositivo funcional que se desempeñe como un cohete depropulsión a chorro usando como elemento propulsor agua líquida, utilizandomateriales sencillos y de bajo costo, con el fin de verificar experimentalmente losprincipios físicos involucrados en el funcionamiento del mismo.
  5. 5. OBJETIVOS ESPECIFICOS:Verificar experimentalmente el Principio de PascalVerificar experimentalmente la 3º ley de NewtonVerificar experimentalmente los principios del Movimiento UniformementeAcelerado y las ecuaciones del tiro parabólico.Comprender los principios de la caída libre con rozamientoComprender principios básicos de Aerodinámica
  6. 6. MATERIALES:Básico Mejoras ( opcional)- Botella de plástico (600 ml) - Hilo y bolsas de plástico para (paracaídas)- Tapón de corcho o de goma - Cartón (para hacer un cono)- Bomba de aire para bicicleta - Cartón (para alerones)- Agua - Pinturas de colores- Aguja de hinchador o canutillo de bolígrafo FUNCIONAMIENTO: Fase: El llenado de combustible El cohete va a funcionar utilizando como "combustible", un líquido que propulsará el cohete, en nuestro caso, agua utilizando el principio de acción y reacción. En nuestras pruebas la cantidad óptima es alrededor de 1/3 de la capacidad de la botella, para cantidades mucho mayores,(más de la mitad) la botella despegará con gran parte de agua en su interior lo que hará que alcance una menor altura, en caso contrario, si se ha llenado con poca agua, se realiza un menor impulso inicial y también alcanzaremos menor altura, el llenado es pues, una fase importante, debemos, realizar distintas pruebas hasta determinar la cantidad de agua más adecuada. 2ª Fase: El taponado y puesta en marcha Una vez cargada, tapamos nuestra botella con un tapón de corcho o de goma de laboratorio, en el que previamente hemos introducido una aguja de inflador de balones o un canutillo de bolígrafo. Esta es la fase más crítica, en la construcción de los cohetes de agua y de ella depende gran parte del éxito del vuelo, el tapón debe quedar lo más hermético posible, para que en el momento del inflado no pierda agua, además cuanto más apretado este más presión de aire soportará por tanto el impulso inicial y la altura alcanzada será mayor. 3ª Fase: El inflado y despegue Después de taponar bien el cohete y conectar la goma del inflador colocamos, con ayuda de una plataforma, el cohete en posición vertical o inclinada en el caso de que queramos un vuelo parabólico y comenzamos a llenar la botella con ayuda del compresor de bicicleta, debemos tener paciencia porque esta fase puede llevar varios minutos.Al llenar el cohete de aire y comprimirlo estamos aumentando la presión en su interior, cuando la presión llega a un determinado valor el tapón salta y el líquido es desplazado contra el suelo, de esta forma se realiza una fuerza contra el mismo a la que según la tercera ley de Newton se le opone otra fuerza igual y en sentido contrario, esta fuerza es la que hace que los cohetes se eleven.
  7. 7. Por lo tanto podemos afirmar, como hemos dicho antes que la altura que tomanlos cohetes es directamente proporcional a la presión a la que son sometidos loscohetes; esto quiere decir que a mayor presión mayor altura. La presión a la quepodemos someter los cohetes está relacionada con lo ajustado que este el tapón,cuanto más ajustado, podremos introducir más aire, y por lo tanto saldrá conmayor velocidad. 4ª Fase: El vuelo y aterrizaje1. El agua sale hacia abajo impulsando los cohetes, y haciendo que estos salgan despedidos; en el momento en que salen su velocidad es máxima, de unos 20 m/s. Como dato curioso es interesante reseñar que la velocidad a la que debe ir un cohete real para vencer el campo gravitatorio terrestre es de 11 km/s. 2. Debido al rozamiento con el aire, y sobre todo a su peso que los atrae hacia la tierra debido a la atracción gravitatoria, los cohetes tienen una deceleración de 9,8 m/s² que los va frenando hasta alcanzar una altura máxima (25-100 m), en este momento su velocidad es 0 m/s. 3. A partir de este momento los cohetes comienzan a descender, en el descenso se activa el sistema de apertura automática del paracaídas; que hace que el paracaídas se abra y este decelera la caída de los cohetes, que de esta forma caen con más suavidad evitando así que se dañen y haciendo posible su reutilización. La construcción y lanzamiento de cohetes propulsados o impulsados por agua constituye una experiencia pedagógica de gran utilidad para motivar e introducir a los niños y jóvenes en las leyes del movimiento de los cuerpos y losprincipios de la astronáutica. El anhelo del hombre por alcanzar las alturas se remonta hasta la muy remota antigüedad donde conseguimos los mitos griegos de Dédalo Ícaro entre otros quienes intentaron conquistar los cielos. Es el siglo XX con el desarrollo y aplicación de la física newtoniana que abre el camino a la conquista del espacio con los pioneros, el ruso Constantin Tsiolkowsky el alemán Hermann Oberth y el norteamericano Robert Goddart a comienzos del siglo XX.Con el advenimiento de la carrera espacial, después de la segunda guerra mundial Rusos y Norteamericanos seré parten a los científicos e ingenieros alemanes quienes habían alcanzado mayor avance en cohetería y desarrollan sendos programas espaciales hasta nuestros días. Los jóvenes podrán disfrutar de la construcción y lanzamiento de cohetes propulsados por agua cuyo funcionamiento es muy sencillo, se llena la botella con aproximadamente 1/6 de agua, tapa con un tapón de corcho o goma bien ajustado y la situamos en posición vertical parado sobre sus propias alerones, al corcho se le introduce una aguja gruesa conectada a una manguera delgada a través de la cual introducimos aire a presión con una bomba de bicicleta, cuando la presión es suficientemente grande el tapón se dispara saliendo hacia abajo el agua y el cohete despega alcanzando alturas variables que pueden llegar a unos 80 m.
  8. 8. AVANCES DEL PROYECTO:
  9. 9. BUSQUEDA BIBLIOGRAFICA: http://cohetehidarulico.blogspot.com/ http://es.wikipedia.org/wiki/Cohete_de_agua http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/cohete/cohete.htmhttp://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=10&ved=0CFsQFjAJ&url=http%3A%2F%2Fwww.scribd.com%2Fdoc%2 F52893887%2FCohete-Hidraulico- 3&ei=RFBsUeXbHYTa9QS84YCYCA&usg=AFQjCNGsd-h96yVOpMLJS4FIx75uLPaKDw&sig2=0iy8N6MElOP4ILUu_Havvg&bvm=b v.45175338,d.eWUhttp://www.astroelda.com/html/actividades/cohetes_propulsados_por_agua. htm http://www.slideshare.net/EscTecAmalia/proyecto-cohete-de-agua- 12707812 http://www.slideshare.net/ErnestoDiaz2/cohete-hidraulico https://2mp.conae.gov.ar/descargas/Materiales%20/Cohetes_de_Agua- Manual_del_Educador.pdfhttp://astronomovil.com/index.php?option=com_content&view=article&id=24 &Itemid=53

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