Cohete a reacción, precisión y con dispositivo de paracaídas.

Integrantes: Carlos Mauricio Becerra Hoyos.Juan Daniel Pacheco Mejia.

Luis Salcedo.Luis Sierra.

Lic en Física Humberto Mosquera Vargas

Fundación Educativa de Montelíbano.Departamento de ciencias, física.

Montelíbano-Córdoba.2015

Tabla de Contenidos Capítulo I Problema1.1. Título descriptivo del proyecto1.2. Formulación del problema1.3. Objetivos de la investigación1.4. Justificación1.5. Limitaciones

Capítulo II Marco de referencia2.1. Fundamento teórico

2.1.1 Fundamentos generales.2.1.2 Fundamentos cohete de precisión2.1.3 Fundamentos cohete a reacción.

2. 2. Identificación de las variables.

Capítulo III Metodología3.1. Diseño de técnicas de recolección de información3.2. Técnicas de análisis

3.2.1 volumen/distancia3.2.2 Presión/distancia

Capítulo IV Aspectos administrativos4.1. Recursos humanos4.2. Presupuesto.

v Diseños.5.1 Cohete precisión5.2 Paracaídas.5.3 Mecanismo de doble ignición5.4 Base y sistema de gatillo.

Referencias

I.- EL PROBLEMA.1.1. Título descriptivo del proyecto

Cohete a reacción, de precisión y con dispositivo de paracaídas.

1. 2. Formulación del problema El proyecto de los cohetes ha sido una constante dentro de las actividades últimas de cada promoción, este año, 2015, el reto consiste en fabricar tres cohetes que tendrán diferentes objetivos: Lanzar un tiro parabólico en un lugar aleatorio, incluir un sistema de paracaídas y hacer una doble ignición.

1. 3. Objetivos de la investigación

Se fundamenta en tres retos grandes, el primero impactar en un punto aleatorio durante la competencia (tiro parabólico); El segundo hacer que estos cohetes generan dos etapas de ignición: una durante el despegue y otra en la trayectoria de su curso; Y el tercero incluir un sistema de paracaídas que retrase su caída.

1. 4. Justificación

El cohete se realizará como un medio para aplicar los conceptos de mecánica clásica aprendidos hasta la fecha en las clases de física.

Limitaciones. Se emplea tiempo extra aparte del tiempo brindado en las clases de física, además se debe tener en cuenta el presupuesto y gastos imprevistos.

Cuando se realizan las modificaciones a la botella, se realiza una abertura en una de 3L para poder adecuar su parte inferior a la punta de la botella inicial para que esta quede con una forma cuadrada y se pueda sostener sola. Cuando se hace el hueco este queda muy ancho y no da soporte al cohete. El problema se corrige cortando la mitad de una botella extra y ubicándola en la parte que se quiere estabilizar, dejando la parte inferior del cohete en forma de un cilindro sin una tapa.

No funcionó en la prueba del 24 de Septiembre debido al mal estado del sistema de disparo el cual tenía a una fuga de aire, mal posicionamiento de la válvula y la mala adecuación de las abrazaderas que tenían la función de sostener al empaque que se encarga de ejercer presión y sostener la botella, cabe agregar además de que a la fecha aún no se adhirió ésta a la base de prueba, la cual no poseía el sostenimiento adecuado para la ubicación del ángulo.

Debido a la falta de consenso dentro de los integrantes del grupo, se realizaron varios cambios innecesarios en la estructura de la base que tenía como función la inyección de gas a presión. En la prueba del 13 de noviembre la estructura no sirvió debido a que presentó problemas en las válvulas, las cuales les falló el gusanillo, así mismo se tuvo problema con el diámetro del tubo ya que este no permitía la salida ágil del proyectil. Se destaca el mecanismo de disparo que funciona bajo el principio de obstrucción, cuando este se retira el proyectil se libera.

Se encontró que el diámetro tanto de los tubos de pvc como de las aberturas de las botellas no tienen las mismas características, en algunas ocasiones las botellas entraban con dificultad y el coeficiente de rozamiento entre la botella y el tubo era demasiado alto, lo que provocaba mayor fricción entre las superficies y por lo tanto un retraso en la velocidad inicial del cohete. Para resolver este problema se tuvo que reemplazar el tubo de pvc por un tubo de cobre para que la salida del cohete fuese ágil. Para el sistema de gatillo, era necesario adecuar varios tubos de diferentes tamaños organizados de menor a mayor para luego hacer dos perforaciones que permitieran la entrada de dos filamentos de metal que obstruyen la salida del cohete, cuando estos se retiran el cohete se liberaba. Sin embargo, muchos de estos tubos tuvieron que ser improvisados a veces hasta de otro material diferente, esto provocaba filtros de agua y aire, además de un mal posicionamiento de los filamentos de metal, como solución se hizo una pieza enteriza en cobre.

Para el cohete a doble ignición se necesitan materiales que no se encontraban en la ciudad, se tuvo que hacer un viaje para poder conseguirlos.

II.-MARCO DE REFERENCIA

2. 1. Fundamento teórico

2.1.1 Fundamentos generales El principio de funcionamiento es muy sencillo, funciona por el principio de acción - reacción debido al aire introducido en la botella.

La propulsión del cohete de agua puede va a producir la expulsión hacia atrás de una parte de su masa (el agua) lo que provocará un empuje que propulsó 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.

2.1.2 Fundamentos cohete precisión. El principio básico que rige cualquier lanzamiento de cohetes, sea cual sea su medio de propulsión, es la 3ª ley de Newton, conocida también como Principio de acción-reacción: Cualquier acción aplicada sobre un cuerpo provoca una reacción sobre el mismo cuerpo, de igual magnitud y opuesta a la primeraacción Además de este principio básico, para entender completamente cómo se mueve el cohete hay que tener en cuenta otros elementos que intervienen en el proceso: En primer lugar, la fuerza de la gravedad empuja al cohete hacia abajo. Como es sabido, esta fuerza es mayor cuanta más masa tiene el cohete.En segundo lugar, el rozamiento del aire hace que el cohete no alcance la velocidad teórica que debería alcanzar por las fuerzas que se producen en él. Cuanto más rápido se mueva el cohete, mayor será el rozamiento del aire. Además, el rozamiento del aire depende de la forma del cohete y de varios factores más (densidad del aire, posición del cohete mientras sube...)Todos estos factores son los que determinan cómo se mueve el cohete en cada momento. Hay que tener presente que se trata de un movimiento complicado, porque: La masa del cohete cambia a medida que sube, porque pierde agua.El rozamiento del aire también cambia, porque la velocidad varía.La energía necesaria para proporcionar la acción que impulsará al cohete se almacena en el propelente. En los cohetes de agua, el propelente es el aire, que almacena la energía en forma de presión. Esta energía es transmitida al combustible, que es el agua. En este caso, no puede hablarse propiamente de combustible, porque no hay ninguna reacción química de combustión. Sin embargo, le damos ese nombre por analogía. El agua recibe la presión del aire y es empujada hacia el pico de la botella. La diferencia en las secciones del motor y el pico de a botella produce una enorme aceleración en la salida del agua, y por ello el empuje es muy grande.

El cohete, cuando está a punto de ser lanzado, tiene una energía almacenada en su interior en forma de aire a presión. La presión elevada del aire empuja a

todas las superficies con las que está en contacto, incluida la del agua, con una fuerza que es igual a la presión por la superficie. Cuando el pico de la botella se abre y el agua empieza a salir, la fuerza responsable de que el agua salga es sobre todo la debida a la presión interna del aire: El aire empuja al agua hacia fuera, y como la superficie superior del agua es mucho mayor que la inferior, la velocidad que adquiere el agua al salir es muy grande. Por tanto, lo que sucede en el interior del cohete es una conversión de energía: El aire contiene una energía (presión) que se traslada al agua y se convierte en energía cinética (movimiento). La forma de la botella permite que la conversión de energía sea muy eficiente (es decir, que la presión provoque una velocidad muy grande en el agua que sale del cohete).

Según la 3ª ley de Newton, la reacción se produce sobre el mismo cuerpo que realiza la acción. En el caso del cohete, es él mismo quien realiza la acción (la conversión de energía), y por tanto la reacción se aplica también sobre él. Como la reacción es de igual magnitud y sentido contrario, cuanto mayor sea el valor de la velocidad de salida del agua mayor será la velocidad de reacción del cohete.

2.1.4 Fundamentos cohete a reacción.

ComponentesEl funcionamiento del conector rápido Gardena se invierte en este diseño, ya que es la parte interior del conector rápido que se mueve en lugar del collar. El muelle se desplaza desde la parte interior del cuello y se coloca en el exterior para forzar el conector rápido abierto.El cuerpo del servidor de ensayo está hecho de una sección de FTC que está unido permanentemente a la de refuerzo. El cuerpo también está permanentemente conectado al collar a través de una segunda pieza de FTC.El tubo flexible permite que la parte interior del mecanismo de Gardena de moverse libremente en relación con el refuerzo.

Cargando El Sustentador

Cuando la boquilla del sustentador se coloca en el servidor de ensayo, el peso del sustentador obliga a la parte interior del conector rápido hacia abajo en la posición de bloqueo de la boquilla de agarre sustentador.El bloqueo de la boquilla es puramente logra en peso y es independiente de la presión interna.Mientras que el cohete está en la plataforma de la tierra proporciona una fuerza de oposición para mantener el mecanismo de bloqueo.

PresurizaciónPresurización del servomotor permite que el aire fluya a través del tubo transparente en el sustentador, con la válvula de no retorno en el conector rápido Gardena evitando que el agua y el aire fluya de nuevo en el refuerzo. Dado que el servidor de ensayo mecanismo de bloqueo es independiente de la presión, la presurización del refuerzo no causa el sustentador de volar fuera.El tubo transparente es auto sellado. Como la presión se acumula en el refuerzo y sustentador, se presiona el tubo Transparente contra los agujeros, ya que se amplió en las puntas de lápiz insertados.

LanzamientoCuando el cohete lanza aceleración y peso continúa para mantener el mecanismo de abajo y bloqueado.Durante la aceleración del sustentador está soportado por el cuerpo FTC, como la parte interna del conector rápido se apoya contra la parte superior de la misma. La parte inferior del cuerpo de FTC se apoya contra la brida de la botella de refuerzo.

Puesta en escenaA medida que el refuerzo se queda sin empuje las únicas fuerzas que actúan sobre el mecanismo de puesta en escena son la fuerza del muelle de servidor de ensayo y la resistencia del aire. Desde el sustentador y de refuerzo son esencialmente en caída libre con relación a otra, el resorte es libre para empujar las dos etapas de separación. Como lo hace, sino que también abre la boquilla del sustentador y la presión dentro del sustentador ayuda a empujar las dos etapas separadas lograr puesta en escena.

2. 2. Identificación de las variables.

Para el lanzamiento del cohete se debe tener en cuenta la cantidad de agua suministrada, así mismo la cantidad de presión, y el ángulo. Además considerar la condición de la estructura de la base y aspectos como fugas de aire, de agua y estabilización. Tener en cuenta la condición climática así como la resistencia del aire al momento de hacer pruebas.

III.-METODOLOGÍA.3.1. Diseño de técnicas de recolección de información: Para efectos de estudio se tomaron en cuenta tres variables: Volumen de agua, presión de aire y distancia recorrida. Y se analizó así: Se mantuvo el cohete bajo condiciones iso volumétricas variando únicamente la presión de aire y anotando la cantidad de distancia recorrida en cada variación de la presión; Así mismo también se mantuvo el cohete bajo condiciones isobáricas variando únicamente la cantidad de volumen de agua suministrado y anotando la cantidad de distancia recorrida en cada variación del volumen.

3.3 Técnicas de análisis Con motivos de estudio se hicieron varias pruebas con dos caracteristicas. Una en un sistema isobárico, y la otra en un sistema isovolumetrico. Los resultados a continuación.:

3.2.1 Volumen/distancia

El cohete fue lanzado bajo condiciones isobáricas variando la cantidad de volumen de agua y anotando la cantidad de distancia recorrida.

volumen presión distancia0,55 L 51 LB 82,2 M0,75 L 51 LB 82,3 M

1 L 51 LB 85 M

Se hicieron tres lanzamientos inmersos a un sistema isobárico, se varío el volumen y se encontró que el volumen y la distancia horizontal recorrida por el cohete hidráulico son proporcionales.

3.2.3 Presión/distancia.

El cohete fue lanzado bajo condiciones iso volumétricas variando la cantidad de presión y anotando la cantidad de distancia recorrida.

volumen presion distancia1 L 15 LB 16 M1 L 50 LB 53,4 M1 L 60 LB 74,7 M

Se hicieron tres lanzamientos en condiciones iso volumétricas donde se mantuvo el volumen constante de 1 lt y se varió la cantidad de presión se puede afirmar que estas dos variables son proporcionales, es decir que cuando aumenta la presión así mismo la distancia horizontal recorrida.

IV.-ASPECTOS ADMINISTRATIVOS.

Titulo 4.1 Recursos Humanos

Para la realización y posterior concretación del proyecto que tiene como objetivo la creación de un cohete hidráulico, se contará con el apoyo de cuatro estudiantes de física de undécimo grado previamente conformados a voluntad de estos mismos.

En dicho equipo de trabajo no hay una subdivisión específica que limite a cierta parte de los integrantes del grupo a desarrollar una tarea en especial. Sino que cada miembro trabajará en el desarrollo de los elementos necesarios para hacer que el cohete funcione (estructura del cohete, base, planos, etc).

Y cada uno se rotará de tal manera que todo el personal trabaje y supervise en la creación de todos los componentes que conformarán el cohete para proceder con su respectivo lanzamiento. Título 4.2 Presupuesto.

El presupuestos que tomará realizar el cohete estará determinado por la cantidad de materiales que se deberán utilizar para la creación de este mismo, por lo tanto hay que entrar a mirar detalladamente el costo de cada implemento de estos.

Para la realización del proyecto es necesaria la utilización de los siguientes materiales:

- Tubos x 3m (1000 pesos el metro de tubo)- Codos x 10 (1 codo x 500 pesos)- Uniones en forma de T x 5 (1 T x 500 pesos)- Tablas de madera x 5 (x 4000 pesos en total)- Botellas de gaseosa 1.5, 2, 3 Lt, x 1 de 1.5 Lt, x 1 de 2 Lt y x 1 de 3 Lt

(1.5Lt x 2000 pesos, 2 Lt por 3000 pesos y 3 Lt x 5000 pesos)- Tubos de vinilo X 30 cm (1m x 1500 pesos)- Conector “Gardena” para mangueras de jardín x 1 (1 x 3000 pesos)- Alambre dulce x 1 m (1m x 1000 pesos)- Cinta aislante x 1 (1 x 3000)- Pegamento “Super Bonder” x 3 (1 x 600 pesos )

Con un total de 34.050 pesos gastados en la compra de cada uno de estos materiales.

V.- Diseño

5.1 Cohete de precisión

5.2 Paracaídas

5.3 Mecanismo de doble ignición

5.4 Base y sistema de gatillo

Referencias

● “2-Stage Water Rocket Flies to 810' (246m).” YouTube. YouTube, n.d. Web. 15

Nov. 2015. “https://www.youtube.com/watch?v=0qzozjrjpau”

● “4classes.” : Cohete de agua... Prof. Manuel Brito. Web. 15 Nov. 2015.

“http://4classes.blogspot.com.co/2010/03/cohete-de-agua-prof-manuel-brito.html”

● “Air Command Water Rockets.” Water Rocket. Web. 15 Nov. 2015.

“http://www.aircommandrockets.com/howitworks_4.htm”

● “Cómo Construir Un Cohete Casero Con Una Botella De Plástico, Agua y Aire.” El

Confidencial. Web. 15 Nov. 2015. “http://www.elconfidencial.com/tecnologia/2013-

12-25/como-construir-un-cohete-casero-con-una-botella-de-plastico-agua-y-

aire_69725/”

● “Proyectos.” proyectos. Web. 15 Nov. 2015.

“http://humbertomosquera.com.co/pasosdeproyectos.html”