Fundación Educativa de Montelíbano Depto. de Ciencias Naturales Grado undécimo-2015 Construcción de cohetes hidráulicos Profesor: Humberto Mosquera Estudiantes: Natalia Cuadros, Natalia Manjarrés, Cristian Calderón e Iván A. Pupo.

1. CONSTRUCCIÓN Y LANZAMIENTO DE COHETES HIDRÁULICOS
Cristian D. Calderón, Natalia Cuadros, Natalia Manjarrés e Iván A. Pupo
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN:
COHETES HIDRÁULICOS SENCILLOS Y CON SISTEMA DE PARACAÍDAS
Humberto Mosquera
Licenciado en Física
Fundación Educativa de Montelíbano
2015

2. INTRODUCCIÓN
El presente informe busca documentar el proceso realizado por estudiantes de once, en torno al
proyecto de construcción de un cohete hidrodinámico, centrándose de forma específica en las
fases de construcción y lanzamiento de los proyectiles.
En aras de cumplir con este propósito, se proporcionará información de interés general con
respecto al tema, al igual que se fijará un marco teórico como punto de partida y se adjuntará un
récord de las pruebas realizadas por el proyectil construido en este proyecto. Eso incluye gráficas
de lanzamiento, y descripción de trayectorias por los cohetes, además de tablas de datos con
valores que pueden ser utilizados en pruebas futuras.

3. I. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA:
A partir de los conocimientos adquiridos en clase sobre los principios aerodinámicos e hidráulicos, al
igual que otras leyes importantes de la física, se buscó unificar toda esta información e implementarla en
la realización de un proyecto que evidenciara la aplicación manual de estos conocimientos. Por estas
razones, se llega a la idea de la construcción de un cohete hidráulico construido por los estudiantes, como
forma de materializar sus conocimientos sobre la física.
¿Cómo se puede lograr la construcción y aplicación efectiva de un cohete hidrodinámico sencillo y de
dos fases?
OBJETIVOS

4. OBJETIVO GENERAL: El principal objetivo de esta investigación es lograr la construcción de dos
cohetes hidráulicos mediante planteamientos físicos aerodinámicos. Por medio de este proyecto se busca
fomentar el espíritu creativo y analítico de los estudiantes ante las situaciones problema que en este caso
son el aterrizaje del cohete en un lugar específico y el despliegue de una parte del cohete en el aire
generado por una reacción química.
El primer cohete consiste en un ejemplar sencillo (de una sola fase) el cual, por medio del cálculo previo
de los estudiantes, pueda aterrizar en un punto específico dado por el profesor. El segundo cohete consiste
en un ejemplar con un sistema de paracaídas integrado, el cual mediante un tiro vertical deberá alcanzar
su máxima altura y desplegar el paracaídas para facilitar su caída.
JUSTIFICACIÓN

5. La importancia de este proyecto radica en buscar que los estudiantes combinen sus aptitudes creativas y
análiticas en aras de lograr construir dos cohetes que cumplan las leyes de la física. La física juega un
papel determinante en este proyecto ya que son conceptos de esta rama de la ciencia los que se evidencian
al poner en acción ambos cohetes. Es importante para el entendimiento de los criterios físicos realizar
proyectos como el de los cohetes ya que en ellos se evidencian de una forma más dinámica y
comprensible estos conceptos.
De igual forma, podría decirse que una justificación secundaria de este proyecto es unificar los
conocimientos adquiridos en clase y poder compartir esta información con otras personas que tengan
intereses por este tipo de actividades.
LIMITACIONES

6. Como todo proyecto, existen limitaciones y problemas con los cuales nos podemos encontrar a lo largo
del desarrollo del ejercicio.
Uno de ellos es el componente analítico, ya que al tratarse de un proyecto que combina la ciencia y la
matemática es importante realizar cálculos específicos al momento de hacer el lanzamiento de los
cohetes. En caso de que estos cálculos sean erróneos o hayan sido mal evaluados, se verá comprometido
el desarrollo esperado del proyecto. Otra posible limitación se fundamenta en la cantidad de material a
usar en el proyecto. Esto quiere decir que al momento de llenar el cohete con agua y aire (presión) un
posible inconveniente sería saber cuánta agua y cuánta presión son necesarias para que el cohete se
accione correctamente. Por último, podríamos presenciar problemas con el diseño del cohete, siendo este
un factor importante en la investigación ya que si los cohetes están mal diseñados, esto afectaría
gravemente el desarrollo del proyecto.
II. MARCO DE REFERENCIA

7. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
¿QUE ES UN COHETE HIDRÁULICO?:
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.
Para poder realizar este proyecto de la mejor manera, es importante tener en cuenta los siguientes
principios teóricos.
● Caída Libre: En física, se denomina caída libre al movimiento de un cuerpo bajo la acción
exclusiva de un campo gravitatorio. Esta definición formal excluye a todas las caídas reales
influenciadas en mayor o menor medida por la resistencia aerodinámica del aire, así como a
cualquier otra que tenga lugar en el seno de un fluido; sin embargo, es frecuente también referirse
coloquialmente a éstas como caídas libres, aunque los efectos de la viscosidad del medio no sean
por lo general despreciables.
● Tiro Parabólico: Se denomina movimiento parabólico al realizado por un objeto cuya trayectoria
describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un
medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. El
movimiento parabólico puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos:
un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y un movimiento rectilíneo uniformemente
acelerado vertical. El tiro parabólico tiene las siguientes características:
I. Conociendo la velocidad de salida (inicial), el ángulo de inclinación inicial y la diferencia
de alturas (entre salida y llegada) se conocerá toda la trayectoria.
II. Los ángulos de salida y llegada son iguales.
III. La mayor distancia cubierta o alcance se logra con ángulos de salida de 45º.
IV. Para lograr la mayor distancia fijado el ángulo el factor más importante es la velocidad.
V. Se puede analizar el movimiento en vertical independientemente del horizontal.
● Principio Hidrodinámico: El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de
Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de
corriente y expresa que en un fluido perfecto (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de
circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo
largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes.
I. Cinético: Es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.
II. Potencial gravitacional: Es la energía debido a la altitud que un fluido posea.
III. Potencial Presión: Es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.
● Principio Aerodinámico:
I. Teorema de Bernoulli:
Daniel Bernoulli comprobó experimentalmente que "la presión interna de un fluido (líquido o
gas) decrece en la medida que la velocidad del fluido se incrementa", o dicho de otra forma "en

8. un fluido en movimiento, la suma de la presión y la velocidad en un punto cualquiera permanece
constante", es decir que p + v = k. Para que se mantenga esta constante k, si una partícula
aumenta su velocidad v será a costa de disminuir su presión p, y a la inversa.
II. Efecto Venturi:
Giovanni Battista Venturi, comprobó experimentalmente que al pasar por un estrechamiento las
partículas de un fluido aumenta su velocidad.
III. Tercera Ley de Newton:
Para cada fuerza de acción hay una fuerza de reacción igual en intensidad pero de sentido
contrario
● Ley de Acción y Reacción: En la Ley de acción-reacción, por cada fuerza que actúa sobre un
cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Las
fuerzas siempre presentan pares de igual magnitud y sentido opuesto, situadas sobre la misma
recta. Esto permite enunciar los principios de conservación del momento lineal y del angular.
● Tiro Vertical: Este movimiento está sujeto a la aceleración de la gravedad, porque en este
instante la aceleración se opone al movimiento inicial del cohete. El tiro vertical comprende
subida y bajada de cuerpos.
● Rozamiento: El rozamiento es la fuerza que se opone al desplazamiento del cohete mientras
está realizando su desplazamiento sobre el aire. Se produce siempre que un cuerpo esté en
movimiento y se da en direccion contraria al cuerpo. Se considera una “fricción aerodinámica” en
la medida que depende tanto de las propiedades del fluido utilizado y del cuerpo mismo.
IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES
Velocidad En física, velocidad es la magnitud física que expresa la variación de

9. posición de un objeto en función del tiempo, o distancia recorrida por un
objeto en la unidad de tiempo. Se suele representar por la letra . La
velocidad puede distinguirse según el lapso considerado, por lo cual se
hace referencia a la velocidad instantánea, la velocidad promedio,
etcétera. En el Sistema Internacional de Unidades su unidad es el metro
por segundo. En términos precisos, para definir la velocidad de un
objeto debe considerarse no sólo la distancia que recorre por unidad de
tiempo sino también la dirección y el sentido del desplazamiento, por lo
cual la velocidad se expresa como una magnitud vectorial.
Tiempo Desde la física es posible definir al tiempo como la separación de los
acontecimientos que son sometidos al cambio. Es también comprendido
como un flujo de sucesos. De esta manera los acontecimientos son
organizados en secuencias, permitiendo determinar el futuro, el presente
y el pasado. El sistema Internacional de Unidades determinó al segundo
(S) como la unidad básica del tiempo.
Altura (distancia) La distancia se refiere a cuanto espacio recorre un objeto durante su
movimiento. Es la cantidad movida. También se dice que es la suma de
las distancias recorridas. Por ser una medida de longitud, la distancia se
expresa en unidades de metro según el Sistema Internacional de
Medidas. Al expresar la distancia, por ser una cantidad escalar, basta
con mencionar la magnitud y la unidad.
Masa
La masa es una propiedad física de las partículas o los objetos que mide
su inercia, es decir, su resistencia a modificar su estado de movimiento
cuando se le aplica una fuerza. Estrictamente hablando ésta sería la
masa inercial. Es una propiedad fundamental de las partículas, como la
carga eléctrica o el momento magnético de espín.
También puede definirse como la propiedad de los objetos que define
cómo se atraen unos a otros bajo los efectos de la gravedad, lo que se
conoce como masa gravitacional. Hasta ahora todos los experimentos
han demostrado que ambas masas son equivalentes.
En el Sistema Internacional de Unidades se mide en kilogramos.
Presión
Se define presión como el cociente entre la componente normal de la
fuerza sobre una superficie y el área de dicha superficie.
La unidad de medida recibe el nombre de pascal (Pa).
La fuerza que ejerce un fluido en equilibrio sobre un cuerpo sumergido
en cualquier punto es perpendicular a la superficie del cuerpo. La
presión es una magnitud escalar y es una característica del punto del
fluido en equilibrio, que dependerá únicamente de sus coordenadas
como veremos en la siguiente página.

10. III. METODOLOGÍA
● Diseño de técnicas de recolección de información: La información necesaria para el proyecto
de los cohetes consta de datos que pueden ser organizados en tablas y gráficas. Algunos datos que
pueden ser recolectados de este proyecto son la trayectoria del cohete (expresada en una gráfica),
la cantidad de agua y presión que necesita el cohete para poder accionar de forma acertada y el
ángulo de inclinación que necesita la base con el fin de que el cohete logre aterrizar en el lugar

11. deseado. Como dicho anteriormente, estos datos pueden ser organizados en tablas de datos y
gráficas (en el caso de la trayectoria). De igual forma, después de realizar varias pruebas, se podrá
determinar qué datos son los más acertados para la recreación del proyecto.
● Población y muestra: “Dentro de la población bajo estudio hay que tener en cuenta factores tales
como la homogeneidad, el tiempo, el espacio y la cantidad. La muestra es un subconjunto
representativo de la población donde se destacan tres tipos de muestreo: el aleatorio, el
sistemático y el estratificado” (Widogski, 2010)
● Técnicas de análisis: Con el fin de “agrupar los distintos elementos individuales que forman el
todo y que estos grupos se constituyan en unidades homogéneas de estudio”, es necesario ir de lo
general a lo específico, “lo que se conoce como método deductivo, con el propósito de examinar
con responsabilidad y bajo el criterio de razonabilidad el que las operaciones se ajusten a la ley
(leyes físicas) y procedimientos (analíticos)” (Cauca, 2003)
● Guía de trabajo de campo:
http://cmap.upb.edu.co/rid=1152623729703_792438137_6663/inv.cualitativa.guia.t.c.doc.
IV. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS
● Recursos humanos: Los recursos humanos necesarios para el desarrollo de nuestro proyecto son
el de los cinco integrantes del grupo y el profesor de área. Se busca que estén entregados y
dispuestos a realizar una buena investigación y análisis con el fin de que el proyecto finalmente
sea un éxito.
● Presupuesto: El presupuesto es un poco complicado de determinar ya que existen situaciones en
las cuales no se esperaba tener que comprar otros materiales o reemplazar alguna pieza de los

12. cohetes. Sin embargo, un presupuesto aproximado sería alrededor de los treinta a cuarenta mil
pesos por mucho que se gaste en los materiales de la base, los cohetes, etc.
● Cronograma: Los tiempos estipulados para la realización del proyecto son todos en horario
escolar, específicamente en las clases de física. Sin embargo, es necesario gestionar la utilización
del tiempo de casa con el fin de hacer más productivo la realización del proyecto.
V. DISEÑO

13. VI. DOCUMENTACIÓN DE PRUEBAS
LANZAMIENTO DE COHETE SIMPLE
PRIMERA PRÁCTICA

14. TABLA 1
Volumen vs Distancia
Volumen (L) 0.3 0.6 0.9 1.2
Distancia (m) 40.8 49 57.6 49.8
➔ Descripción de la gráfica: Para los datos de la tabla Volumen vs Distancia, se mantuvo una
presión constante de 30 lb y un ángulo de 45°. Se efectuó un aumento constante del volumen de
agua utilizado en el cohete, adicionando 0.3 L en cada lanzamiento, empezando con 0.3 L,
continuando con 0.6 L y 0.9 L, y finalmente con 1.2 L. Se calcula una incertidumbre de 0,1m por
cada lanzamiento.
➔ Complicaciones: Debido a los fuertes impactos que tuvo el cohete al chocar con el suelo, fue
necesario reparar algunas de sus aletas y la nariz que se encuentra en la parte superior del mismo.
➔ Conclusiones: A una presión constante de 30 lb, el mayor alcance del cohete es cuando tiene un
volumen de agua de 900ml. Si se utiliza un volumen mayor, manteniendo una presión constante
de 30 lb, el alcance muy probablemente será menor. Eso se evidencia en el último lanzamiento,
en donde se utiliza un mayor volumen de agua (1.2 L) con la misma presión (30lb), y se obtiene
una distancia menor al lanzamiento anterior.
TABLA 2
Presión vs Distancia
Presión (lb) 30 40 50 60

15. Distancia (m) 57.6 63.5 86 92.2
➔ Descripción de la gráfica: Para los datos de la tabla Presión vs Distancia, se mantuvo un
volumen constante de 0.9 L de agua y un ángulo de 45°. Se efectuó un aumento constante en los
valores de la presión utilizados en los lanzamientos, adicionando 10 lb de presión en cada
lanzamiento, empezando por 30lb, continuando con 40 y 50 lb y finalmente con 60 lb. Se calcula
una incertidumbre de 0,1m por cada lanzamiento.
➔ Complicaciones: Al principio, intentamos realizar los disparos iniciando con una presión mínima
de 10 lb, continuando progresivamente de 10 en 10. Sin embargo, al intentar disparar con 10lb y
un volumen de 900ml el cohete no despegó. Proseguimos a aumentar la presión a 20 lb y
mantener el volumen de 900 ml pero tampoco despegó. El cohete finalmente despegó con una
presión de 30 lb y 900 ml de agua.
➔ Conclusiones: Con un volumen constante de 900 ml de agua es imposible que el cohete arranque
con presiones inferiores a las 30 lb. Se llegó a la conclusión de que la presión mínima para
efectuar un disparo en el cohete es de 30 lb, y que si se disminuye esta medida, el despegue puede
verse afectado.
Entre mayor sea la presión, mayor será el alcance del cohete con un volumen constante de 900
ml.
VII. BIBLIOGRAFÍA
● Widogski, J. (14 de julio de 2010). Metodología de la investigación . Recuperado el 26 de agosto
de 2015, de Metodología de la investigación :
http://metodologiaeninvestigacion.blogspot.com/2010/07/poblacion-y-muestra.html

16. ● Cauca, U. d. (2003). Técnica del análisis . Recuperado el 26 de agosto de 2015, de Técnica del
análisis : http://fccea.unicauca.edu.co/old/tgarf/tgarfse103.html
● Málaga, N. J. (5 de noviembre de 2013 ). Justificacion, limitaciones y viabilidad del estudio.
Recuperado el 26 de agosto de 2015, de Justificación de la investigación
:http://www.slideshare.net/niltonmalaga/clase-ndlop,eg-
04justificacionlimitacionesyviabilidaddelestudio