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T E O R I A
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 deacción-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 eslo mismo su derivada es igual a cero:

Cohete de botella típico.

De esta ley, con los oportunos pasos matemáticos y sustituciones, se deriva la ecuación del cohete de Tsiolskovski:

Donde ves la velocidad instantánea, vu la velocidad de salida del fluido por la boca, m0 la masa total inicial y m la masa en cada momento.

La propulsión del cohete de agua puede esquematizarse como unsistema 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. Conla 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 airecomprimido se produce relativamente deprisa, unos 0,2 segundos, lo que no permite un intercambio térmico, por lo que esta expansión puede considerarse un proceso adiabático(aquél en el cual el sistemageneralmente, un fluido que realiza un trabajo no intercambia calor con su entorno). Aplicando esta consideración se puede derivar la fórmula que describe la fuerza teórica que sigue el agua al serexpulsada (la ecuación de la tobera De Laval) que será de la misma intensidad que la que empuja al cohete, quedando así:
F = 2πr2P
Donde F es la fuerza de propulsión, r es el radio de la boca y P la...
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