Proyecto De Fisica

Escuela Superior Politécnica del litoral

Proyecto de Física
Cohete con propulsión de agua










Resumen:
Los cohetes propulsados por agua, en los modelos básicos están formados por una botella de plástico de 1,5 o 2 litros, agua para rellenar y un tapón de corcho.
El funcionamiento es sencillo, se llena la botella con aproximadamente 1/3 de agua, se pone un tapónbien ajustado y la situamos en posición vertical con algún tipo de plataforma, seguidamente, mediante un inflador de bicicleta introducimos aire dentro de la botella, cuando la presión es suficientemente grande el tapón se suelta saliendo hacia abajo el agua y el cohete despega alcanzando alturas variables que pueden llegar a unos 80 m.
Objetivo:
Lanzar un proyectil impulsando el agua conpresión de aire, posteriormente hacer el análisis correspondiente y descubrir su movimiento para comprender el funcionamiento de varios principios físicos tales como:
* El principio de Pascal.
* El principio de acción o reacción (3ª ley de Newton).
* Leyes de movimiento como el tiro parabólico.
* Caída libre con rozamiento.
* Aerodinámica.
Materiales:
* Botella de plástico(2l o 1,5 l)              
* Tapón de corcho o de goma              
* Hinchador de bicicleta                             
* Agua                                                  
* Aguja de hinchador o canutillo de bolígrafo
* -Silicón
* Cartón

Marco Teórico
Ecuaciones del movimiento
El movimiento del cohete se divide en dos etapas
Mientras sale agua por el orificioLa masa del recipiente no es constante, sino disminuye con el tiempo. La masa del recipiente es la suma de la carga útil, de la masa de las paredes del recipiente y del agua que contiene en el instante t.
m=mu+r S1·h
| La ecuación del movimiento vertical de un cohete, es la de una partícula de masa m bajo la acción de dos fuerzas el empuje y el peso.m=E-mgEn forma de ecuación diferencial |Tenemos que resolver un sistema de dos ecuaciones diferenciales simultáneas:
Una ecuación diferencial de primer orden, que nos calcula la variación de h con el tiempo.
La ecuación del movimiento. El empuje E y la masa m del cohete son funciones de h (altura de agua en el recipiente).

Cuando se ha agotado el agua
Una vez que se ha agotado el agua del depósito, el aire en el interior deldepósito tiene una presión p mayor que la presión atmosférica, pero supondremos despreciable el impulso adicional proporcionado por la salida del aire por el orificio inferior hasta que se igualan las presiones en el interior y exterior del recipiente. Sobre el cohete actúa solamente el peso, por lo que el movimiento es uniformemente acelerado
| a=-g
v=v0-g(t-t0)
x=x0+v0(t-t0)-g(t-t0)2/2donde x0,y v0 son la posición y la velocidad del móvil en el instante t0 en el que se ha agotado el combustible, en este caso, agua. |
El rozamiento del aire
Al moverse un cuerpo en el aire con velocidad v, experimenta una fuerza de rozamiento, que es proporcional al cuadrado de la velocidad
Esta fuerza de rozamiento no es importante durante la fase de lanzamiento que dura poco tiempo y durante la cual lafuerza de empuje es la que predomina, pero puede ser importante en la fase de vuelo libre desde que se agota el combustible hasta que alcanza la máxima altura.
La fuerza de rozamiento no se ha tenido en cuenta en la simulación del cohete propulsado por agua.
Funcionamiento
1ª Fase: El llenado de "combustible"
El cohete va a funcionar utilizando como "combustible", un líquido que propulsará elcohete, 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...