Corales

INFORME LABORATORIO PROYECTO FINAL
“Cohete a propulsión de Agua”

FISICA MECANICA

HAROLD YESID VALENCIA

TATIANA SUAREZ
PAOLA SEPULVEDA
ALEJANDRO PACHON

MAYO 27 DEL 2011
BOGOTA DC

COHETE A PROPULSIÓN DE AGUA

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, esgeneralmente 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.
Objetivos:
Construir cohetes propulsados por agua para comprender el funcionamiento de varios principios físicos tales como:
El principio de acción o reacción (3ª ley de Newton).
El principio de Pascal.
Leyes de movimiento como el tiroparabólico.
Aerodinámica.
Materiales
Para el cohete
Botella de plástico (2l o 1,5 l)
Pinturas
Contac
Base
Madera
Tubo pvc
Bomba de aire
Elementos
Agua
Cinta aislante
cohete
Hilo
bolsas de plástico para (paracaídas)


Marco teórico
Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de dirección contraria sobre el cuerpo que laprodujo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección opuesta.


Cohete de botella típico.

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

Donde v es la velocidad instantánea, vu la velocidad de salida del fluido por la boca, m0 la masatotal inicial y m la masa en cada momento.
La propulsión del cohete de agua puede esquematizarse como un sistema 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 laexpulsión 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.


Esquema de las fuerzas en el interior de un cohete cargado.
La expansión del aire comprimido se produce relativamente deprisa, unos 0,2 s, lo que no permite un intercambiotérmico, por lo que esta expansión puede considerarse un proceso adiabático. Aplicando esta consideración se puede derivar la fórmula que describe la fuerza teórica que sigue el agua al ser expulsada (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 diferencia depresión entre el interior y el exterior.
Además en su movimiento el cohete estará sometido a la fuerza de la gravedad y a la resistencia producida por la fricción con el aire que depende de las leyes de la fluido dinámica. La ecuación final de su trayectoria es muy compleja y se numéricamente por medio de varios programas de simulación disponibles en internet.
La estabilidad de vuelo del coheteestará condicionada por la posición del centro de masas y de la posición del centro de presión aerodinámica. El primero tiene que encontrarse siempre delante del segundo y a una distancia que se estima empíricamente como óptima cuando ambos están separados alrededor del doble del radio del cohete. Para distancias inferiores el vuelo puede resultar inestable.
El centro de presión aerodinámicarepresenta el punto en el cual se podrían concentrar de forma equivalente todas las fuerzas que frenan el movimiento del cohete debido a la resistencia del aire. El cálculo de su posición es muy complejo, pero gracias al trabajo de James Barrowman (publicado en 1966) se puede resolver usando un sistema de ecuaciones simplificado. Un método alternativo más fácil es encontrar el (baricentro) de una...