Objetivo Específicos.
- Calcular las magnitudes precisas (peso, longitud y tiempo), para superar las fases de la competencia.
- Comprobar la tercera ley de Newton (Acción y Reacción)
- Evaluar leyes de movimiento como lo es el tiro parabólico o de proyectiles.
- Observar el principio de pascal “la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.”
- Observar la caída libre con razonamiento.
Antecedentes.
La hidráulica consiste en utilizar un líquido para transmitir una fuerza de un punto a otro.
En Colombia se han desarrollado proyectos en cohetería hidráulica, con competencias a nivel nacional e internacional por parte de la comisión Colombiana de Cohetería y Astronáutica C3.
Actividades realizadas en Colombia:
- Festival de Astronomía de Villa de Leyva (exhibición anual). Organizado por ASASAC.
- Celebración de los 40 años de la Conquista de la Luna, 2009 (taller/exhibición). Organizado por el Grupo de Astronomía Apolo en Barranquilla.
- Olimipadas Colombianas de Astronomía OCA (Competencia anual). Organizadas por la Fundación Cosmos en Bogotá.
- Festival de la Luna en Chía (exhibición anual). Organizado por la Alcaldía de Chía.
- Aventura Espacial, Barranquilla 2009 (organización/concurso). Organizado por la Fundación Genius en Barranquilla.
- Festival de Astronomía del Desierto de la Tatacoa (Exhibición anual).
Participaciones significativas internacionalmente.
- APRSAF-16 (Tailandia) en enero de 2010 por Alfonso Hiram Redondo (Barranquilla) y Kevin Darío Alfonso (Cartagena).
- APRSAF-17 (Australia) en noviembre de 2010 por José Manuel Bautista (Bogotá) y Freddy Leyro (Barranquilla).
- APRSAF-18 (Singapur) en diciembre de 2011 por Alfonso Hiram Redondo (Barranquilla) y María Paula Fuentes (Puerto Colombia).
http://coheteriacolombiana.blogspot.com/p/quienes-somos.html
http://www.astronomovil.com/index.php?option=com_content&view=article&id=24&Itemid=53
En la universidad ECCI se han desarrollado varios proyectos con la temática relacionada hacia cohetes hidráulicos que podemos tomar como referencia y aprender sobre aquellas experiencias.
- Yeymy Carolina Hernández Rojas. Su objetivo principal fue construir un cohete propulsado por agua para comprender el funcionamiento de varios principios físicos tales como: El principio de pascal, el principio de acción o reacción (tercera ley de newton),las leyes de movimiento, aerodinámica; las conclusiones del proyecto fueron que las dos variables principales es el ángulo del lanzamiento y el agua inyectada en la botella, se evidencio que al momento del lanzamiento se aumentaban las posibilidades al estar los elementos mojados.
Tomado de: https://carito19gato.wordpress.com/proyecto-cohete-hidraulico/
- Eliana Liceth Cano Sarmiento, Julieth Camina Cubides Bernal y Kimberly Cristina Sánchez Torres, realizó el proyecto en el 2014 su objetivo general era 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 y como resultado (conclusión) se observó que 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.
Tomado de: https://ksfluiter.wordpress.com/
- Gloria Alicia Tabares Pulgarin, José Efraín Romero Vargas y Juan José Garzón en el año 2013, el objetico fijado fue determinar y analizar el empuje, la presión y la fuerza ejercida por un fluido mediante una carga represada, con la cual se evidenciaría la elevación de un cohete hidráulico practicado en una botella plástica por medio de agua.
Las conclusiones obtenidas durante el desarrollo del proyecto fueron evidenciar la aplicación de la física y los temas vistos en clase con el objetivo de realizar un análisis y cálculos con variables presentes en el medio ambiente que influyeron para la generación de un tiro parabólico.
Tomado de: http://es.slideshare.net/efrain8910/proyecto-cohete-hidrulico?related=1
Marco Histórico.
Historia del Cohete
No se puede saber exactamente en qué tiempo se inventó el motor cohete, ya que su registro se pierde entre la antigua civilización del Extremo Oriente. Se piensa que fue desarrollado inicialmente a partir de las “flechas incendiarias o cabezas de dragón voladoras”, las cuales contenían una mezcla pirotécnica con pólvora negra (56,2% de salitre, 31.8% de carbón vegetal y 12% de azufre).
En china, se manifiesta que los cohetes fueron usados en la guerra como en la defensa de la ciudad Pien-King capital de la provincia china Ho-Nan.
Los conocimientos de estos cohetes de pólvora fueron difundidos rápidamente en Europa, apareciendo así el tratado en latín “Liber ignium” de Marcus Graechus en el cual son descritas las mezclas de materias explosivas e incendiarias de los cohetes de pólvora. Este tratado fue estudiado por Roger Bacón dando a conocer en 1260 una perfeccionada fórmula de la pólvora, permitiendo a los cohetes alcanzar mayores distancias.
Los cuerpos expedicionarios británicos en 1799 son tomados por sorpresa por los combatientes indios del príncipe Haidar Ali al ser atacados por su ejército regular de 1200 lanzadores de cohetes.
El capitán inglés William Congrave, responsable del arsenal de Woolwich, estudió los cohetes y empezó a producirlos en cantidades y cuyos alcances llegaban a superar los 2000 metros, pasando así al servicio del ejército inglés.
Los cohetes de pólvora se usaron en el ataque naval a la ciudad de Boulonge en Francia en 1805, a la ciudad de Dancing en 1806 y a Copenhague en 1807 permitiendo así la incorporación de estos artefactos a la mayoría de los arsenales europeos. En la independencia americana se utilizaron cohetes de pólvora para bombardear ciudades como Washington, Baltimore, entre otras.
Los generales rusos Alexandro Zasiadko y Konstantin Konsatantinov, se ocuparon de perfeccionarlos y fabricarlos en serie entre 1817 y 1871, naciendo así la publicación del libro titulado “El cohete militar”, que relata el estudio y utilización de los cohetes, este libro pronto pasaría a ser traducido en varios idiomas y ser difundido entre las altas esferas militares.
Estos cohetes de pólvora también son utilizados en las campañas contra los turcos entre 1828 y 1829 teniendo un gran éxito.
Pero el rápido desarrollo de las armas de fuego convencionales haría caer en desuso a los cohetes para los finales del siglo XIX, quedando así arrinconado en los arsenales hasta la Segunda Guerra Mundial.
Es precisamente en la Segunda Guerra Mundial donde llega a su madurez el cohete siendo más potente, eficaz y aterrador. Los norteamericanos hicieron uso del cohete antitanque Bazooka contra los vehículos alemanes. Los rusos emplearon el cohete Katiushka (pequeña catalina), y los alemanes utilizaron los antitanque Panzerfaust.
Así también los alemanes crean el cohete V-2 el cual fue desarrollado en el Centro de Investigación de Cohetes de Peenemunde cerca del río Oder en la frontera de Alemania y Polonia, este centro tuvo un coste de más de 120 millones de dólares y trabajaban allí unos 2000 científicos, el director fue el capitán Walter Dornberger en cuyo grupo de genios científicos se encontraba el joven Wernher von Braun quién llegaría a ser el cerebro del centro.
El primer cohete producido fue el Aggregate -1 (A-1), de 300 Kg. de empuje, usando alcohol y oxígeno líquido. Luego se vio nacer al A-2 que alcanzó alturas de más de 1830 metros. Así nace en 1937 el A-3 con un empuje de 1360 Kg. usando oxígeno líquido y alcohol, cada cohete llegaba a medir 6 metros de longitud y a pesar unos 745 Kg. Luego nacería el A-4 que en 1938 sería lanzado en el Báltico llegando a alcanzar una altura de 10 Km. Con modificaciones posteriores de este último se llegó en junio de 1942 al V-2. Este tenía una longitud de 14,05 metros y un peso aproximado de 12 toneladas funcionaba con alcohol etílico (75%) y oxígeno líquido (25%), podía sobrepasar la barrera del sonido alcanzando más de 80 Km de altura y cubriendo distancia de más de 191 Km. Era capaz de quemar combustible a una velocidad de 127,4 Kg, alcanzado un empuje de 26 000 Kg.
Marco Teórico.
Ley de acción y reacción (tercera ley de newton):
Por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma: Las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud y sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.
Esta es la forma fuerte de la tercera ley, permite enunciar los principios de conservación del momento lineal y del angular. El enunciado más simple de esta ley es “para cada acción existe una reacción igual y contraria” siempre y cuando este en equilibrio.
Ley de acción y reacción fuerte de las fuerzas:
En la Ley de acción y reacción fuerte, las fuerzas, además de ser de la misma magnitud y opuestas, son colineales. La forma fuerte de la ley no se cumple siempre. En particular, la parte magnética de la fuerza de Lorentz que se ejercen dos partículas en movimiento no son iguales y de signo contrario. Esto puede verse por cómputo directo. Dadas dos partículas puntuales con cargas q1 y q2 y velocidades, la fuerza de la partícula 1 sobre la partícula 2 es: donde d la distancia entre las dos partículas y es el vector director unitario que va de la partícula 1 a la 2 análogamente, la fuerza de la partícula 2 sobre la partícula 1 es: Empleando la identidad vectorial, puede verse que la primera fuerza está en el plano formado por y que la segunda fuerza está en el plano formado por y. Por tanto, estas fuerzas no siempre resultan estar sobre la misma línea, aunque son de igual magnitud.
Ley de acción y reacción débil:
Como se explicó en la sección anterior ciertos sistemas magnéticos no cumplen el enunciado fuerte de esta ley (tampoco lo hacen las fuerzas eléctricas ejercidas entre una carga puntual y un dipolo). Sin embargo si se relajan algo las condiciones los anteriores sistemas sí cumplirían con otra formulación más débil o relajada de la ley de acción y reacción. En concreto los sistemas descritos que no cumplen la ley en su forma fuerte, si cumplen la ley de acción y reacción en su forma débil, la acción y la reacción deben ser de la misma magnitud y sentido opuesto (aunque no necesariamente deben encontrarse sobre la misma línea) todas las fuerzas de la mecánica clásica y el electromagnetismo no relativista cumplen con la formulación débil, si además las fuerzas están sobre la misma línea entonces también cumplen con la formulación fuerte de la tercera ley de Newton.
Presión:
Es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie. En el Sistema Internacional de Unidades la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.
Tiro vertical:
Es un movimiento sujeto a la aceleración de la gravedad, sólo que ahora la aceleración se opone al movimiento inicial del objeto (en este caso el cohete). El tiro vertical comprende subida, bajada de los cuerpos u objetos considerando lo siguiente:
Nunca la velocidad inicial es igual a 0.
Cuando el objeto alcanza su altura máxima, su velocidad en este punto es 0.
Si el objeto tarda por ejemplo 2s en alcanzar su altura máxima tardará 2s en regresar a la posición original, por lo tanto el tiempo que permaneció en el aire el objeto es de 4s.
Para la misma posición del lanzamiento la velocidad de subida es igual a la velocidad de bajada.
Aire: Se denomina aire a la mezcla de gases que forma la atmósfera terrestre, sujetos alrededor de la Tierra por la fuerza de gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta, es particularmente delicado y está compuesto en proporciones ligeramente variables por sustancias tales como el nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (variable entre 0-7%), ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y algunos gases nobles como el criptón o el argón, es decir, 1% de otras sustancias.
Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje 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.
MATERIALES.
Botella, Agua, Cartón paja, Silicona, Pintura en aerosol, Palo de balso, Tijeras, Válvula, Bisturí, Puntillas, Tronillos, Martillo, Destornillador de estrella, Lamina para plastificado, Regla, Metro, Tabla de madera
ELABORACION DEL COHETE HIDRAULICO.
Se armó el cohete, se hecho de 100 a 150ml de agua, se bombeo aire con una bomba este se elevó con un ángulo de 45° gracias al principio de acción y reacción, en este cohete el agua es comprimida haciendo reacción y el cuerpo (botella) del cohete es quien hace la presión con ayuda de la válvula para que así se eleve, en este caso la acción sería el hecho de elevarse pues si uno haciende (el cohete) el otro va hacia abajo sacando parte de su masa(agua),lo que lo lleva hacia arriba el cohete por la presión del aire mostrando entonces como se aplica en el experimento la tercera ley de newton.
El experimento mostro que mientras mayor sea la fuerza interna, mayor es la energía potencial acumulada la cual depende también de la válvula ya que si está bien compacto aumenta la presión y hace que el cohete se eleve más alto pero así mismo si no esta no está bien presionado a la boca de la botella el cohete tendrá menos presión por lo tanto menos velocidad, hay que tener en cuenta que la cantidad de agua es un factor importante para el impulso y la velocidad pues tiene peso y puede hacer que el cohete se eleve menos por lo tanto hay que tener un equilibrio entre la cantidad de agua y el tamaño del recipiente para que el experimento pueda tener un buen desarrollo , también fijarse en la calidad del recipiente y que la presión de la válvula sea fuerte pero no exagerada pues el recipiente podría no resistir la presión y terminaría rompiéndose todas las paredes de este.
| INTENTO N°1 | ||
| Cantidad de agua | Angulo | Presión del Aire(Medida en Bombazos) |
| 200ml | 40° | Dos bombazos |
| 100ml | 30° | Tres bombazos |
| 150ml | 45° | Dos bombazos |
| INTENTO N°2 | ||
| Cantidad de agua | Angulo | Presión del Aire(Medida en Bombazos) |
| 200ml | 40° | Dos bombazos |
| 150ml | 40° | Tres bombazos |
| 150ml | 45° | Dos bombazos |
| INTENTO N°3 | ||
| Cantidad de agua | Angulo | Presión del Aire(Medida en Bombazos) |
| 200ml | 40° | Dos bombazos |
| 100ml | 50° | Tres bombazos |
| 150ml | 45° | Dos bombazos |
Fuentes Bibliográficas:
- http://definicion.de/puntos-colineales/
- http://www.ojocientifico.com/3639/el-cohete-de-agua-un-experimento-divertido
- http://www.astroelda.com/html/actividades/cohetes_propulsados_por_agua.htm
- http://www.ehowenespanol.com/construir-cohete-botella-paracaidas-como_14320/
- https://www.google.com.co/search?q=partes+de+un+cohete&espv=2&biw=1366&bih
=677&site=webhp&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=WAAaVbjxIcaoNqKsgvgH&ved=0CAYQ_
AUoAQ#tbm=isch&q=partes+de+un+cohete+de+agua&revid=2132 - Química física : problemas de termodinámica, cinética y electroquímica / Alberto Requena Rodríguez, Adolfo Bastida Pascual
- Creus Solé, Antonio. Neumática e hidráulica, 2011
- Ortiz Flórez, Ramiro. Hidráulica: generación de energía; coordinación editorial Adriana Gutiérrez M, 2011
Paola.B.Salazar 