Física en contexto: cohetes de agua

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COHETES PROPULSADOS
POR AGUA
DOCUMENTACIÓN DE ACTIVIDADES PARA EL CONCURSO DE
COHETERÍA DE LA COMISIÓN NACIONAL DE ACTIVIDADES
ESPACIALES

Autores:
ARTUSA, Juan Ignacio
CAMPITI, Nicolás
COMPETIELLO, Marcos
MORI RODRIGUEZ, Juan Martín
ROJAS, Silvio
SOLARES, Federico

Docente:
GONZALEZ, Pablo Martín

“Al principio vienen necesariamente a la mente la fantasía y la fábula.Desfilan después los
cálculos matemáticos, y sólo al final la realización corona el pensamiento”
Konstantín Tsiolkovski

Introducción
La frase precedente refleja para nosotros lo que significó participar en el diseño, construcción y
lanzamiento de cohetes propulsados por agua. El trabajo es sencillo, pero la cantidad de variables que
intervienen para que el vuelo sea realmente controladoson muchas. A lo largo de este documento
plantearemos los problemas a los que nos enfrentamos y cómo intentamos resolverlos, algunos
mediante el cálculo y otros utilizando las pruebas de campo. La impresión que provoca en los alumnos
puede notarse en las palabras de Nicolás Campiti, cuando expresa “la idea que se plantea este
concurso es una idea genial, el hecho de dar a conocer una actividadcomo ésta, poco común pero al
alcance de todos ya es un buen inicio para un proyecto. El hacer participar a estudiantes en este tipo de
competencias fomenta el crecimiento y la curiosidad en nuevas ramas, ya que desde lo más simple en
la construcción de un cohete se tiene que ir investigando y haciendo pruebas para lograr un desarrollo
óptimo de éste. Además, brinda la posibilidad deesparcimiento para poder realizar tareas al aire libre
y con otros alumnos de otros colegios”.
Esperamos poder manifestar en este documento el trabajo y la imaginación de este grupo de alumnos
entusiastas en las ciencias espaciales.

Ing. Pablo M. González
Docente tutor

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BREVE INTRODUCCIÓN TEÓRICA
FISICA DEL VUELO
Un cohete es básicamente una máquina voladora autopropulsada que se muevesiguiendo las
leyes básicas de la física. La diferencia entre este y un avión radica fundamentalmente en que
no se apoya en el medio para propulsarse, o sea que puede viajar en el vacío.
Existen cuatro fuerzas básicas que predominan en el cohete:

Imagen cortesía de NASA

El peso (weight) es la fuerza generada por la atracción gravitacional de la Tierra. Depende de
la masa, pero en estecaso como no la conserva durante todo el vuelo consideraremos la masa
total sólo en el primer momento y aplicada en el centro de gravedad (CG).
El empuje (thrust) es la fuerza que impulsa hacia arriba y genera el movimiento principal del
cohete. Se genera por la salida de masa desde un extremo a alta velocidad cumpliendo el
principio de acción y reacción.
La sustentación aerodinámica (lift) seproduce por la acción de las superficies de
sustentación cuando el cohete se desplaza.
La resistencia aerodinámica (drag) es generada por el rozamiento del cuerpo del cohete con
el aire, y se opone al movimiento vertical.

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LEYES DE NEWTON
Nuestro cohete además está sometido a las tres leyes o principios de Newton:
Según la PRIMERA LEY DE NEWTON, si no existen fuerzas externas queactúen sobre un
cuerpo, éste permanecerá en reposo o se moverá con una velocidad constante en línea recta.
El movimiento termina cuando fuerzas externas de fricción actúan sobre la superficie del
cuerpo hasta que se detiene. Cuando se presenta un cambio en el movimiento de un cuerpo,
éste presenta un nivel de resistencia denominado INERCIA. Por tanto, a la primera ley de
Newton también se leconoce como ley de la inercia.
La SEGUNDA LEY DE NEWTON determina que si se aplica una fuerza a un cuerpo, éste se
acelera. La aceleración se produce en la misma dirección que la fuerza aplicada y es
inversamente proporcional a la masa del cuerpo que se mueve. Si la masa de los cuerpos es
constante, la fórmula que expresa la segunda ley de Newton es: fuerza = masa x aceleración.
En cambio...