¿cÓmo funcionan los cohetes que salen del planeta

5/12/2018 ¿C MO FUNCIONAN LOS COHETES QUE SALEN DEL PLANETA - slidepdf.com

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¿CÓMO FUNCIONAN LOS COHETES QUE SALEN DEL PLANETA?

RESUMEN:

Este trabajo surgió después de cuestionarnos el por qué algunos cohetes no logran salir del

planeta, y ¿qué era lo que se necesitaba para lograrlo? Comenzamos por investigar los principios en que utilizan los sietes para despegar y concluimos en que el principio básico y necesario era el de la fuerza estratosferita y la velocidad de escape de los cuerpos; depuse de pensar que podíamos utilizar para simular esta fuerza y despegue concluimos en utilizar el principio de la ley de gay – lussac. Y utilizamos una lata en donde e gas es contenido para después ser impulsado por medio de una chispa producida por el mecanismo de un encendedor deestufa, al hacer contacto la chispa y el gas producirá una flama que impulsara la tapa de la

lata para que salga disparada de esta y así simular el despegue de un cohete; para este paso tuvimos que resolver diversos problemas, como el evitar que el gas se escapara al momento deagitar la lata, paro los resolvimos. También tuvimos que calcular la velocidad, fuerza y aceleración que tenía la tapa al salir disparada y además se le fue colocado de diversos

materiales ligeros un cohete y accesorios varios para darle mayor vistosidad y hacer una buena simulación.

MARCO TEÓRICO: A partir de una curiosidad sobre como funcionan los cohetes espaciales en Houston o los lanzados por los japoneses, me cuestione si era posible realizar un modelo a escala y para esto me encontré que mi dispositivo tiene que ver con:

El dispositivo funciona con base a la investigación en:

1.- Postulados de la teoría cinética (solo los relacionados con gases y temperatura)• Los gases están constituidos por moléculas que se mueven libremente al azar,colisionando unas con otras mediante choques elásticos.

• La presión de un gas es consecuencia del choque entre las moléculas y paredes del recipiente. La presión aumenta al incrementar en número de choques.

• La Ec media de las partículas es proporcional a la temperatura absoluta del gas2.- Ley de Gay-Lussac Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800. Establece la relación entre la

temperatura y la presión de un gas cuando el volumen es constante. La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:

• Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.• Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más rápidamente y por

tanto aumenta el número de choques contra las paredes, es decir aumenta la presión ya

que el recipiente es de paredes fijas y su volumen no puede cambiar. Gay-Lussac

descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el cociente entre la presión y la

temperatura siempre tenía el mismo valor:

(Donde: El cociente entre la presión y la temperatura es constante)



Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P 1 y a una temperatura T1 alcomienzo del experimento. Si variamos la temperatura hasta un nuevo valor T 2, entonces la

presión cambiará a P 2, y se cumplirá:

Que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.

Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la temperatura absoluta. Aligual que en la ley de Charles, las temperaturas han de expresarse en Kelvin.

4.-Combustión

La combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla desustancias llamada combustible con el oxigeno. Es característica de esta reacción la formación

de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor que esta en contactocon la sustancia combustible. La reacción puede llevarse a cabo directamente con el oxigeno o

bien con una mezcla de sustancias que contengan oxigeno llamada comburente, siendo el aireatmosférico el comburente mas habitual.

5.- Gravedad

Ley de gravitación universal de newton

Newton descubrió que la gravedad es universal, los cuerpos se atraen en la que sólo intervienen masa y distancia. La ley de gravitación universal de Newton dice que un objeto atrae a los demáscon una fuerza que es directamente proporcional a las masas.

La gravedad se ejerce entre dos objetos y depende de la distancia que separa sus centros de

masa.2

21

d

mmG F = G=6,67·10-11 N m²/kg²

Constante de la gravitación universal (g )

La proporcionalidad de esta ley, podemos expresarla con una ecuación

El valor de G nos dice que la fuerza de gravedad es una fuerza muy débil, la fuerza entre unindividuo y la Tierra, se puede medir (peso), pero también, depende de la distancia respecto alcentro de la Tierra. Cuanto más lejos de la Tierra es menor el peso, por ser menor la gravedad. Cuando una cantidad varía como el inverso del cuadrado de la distancia, a su origen,

decimos que se rige por una ley del inverso cuadrado; " cuanto mayor sea la distancia a la de un

objeto, que se encuentra en el centro de la tierra, menor será su peso, por tener poca gravedad”.

Si un cuerpo pesa 1 N , en la superficie terrestre , el peso será de 0,25 cuando se aleja dos veces mas de la Tierra, porque la intensidad de la gravedad se reduce a un cuarto del valor que tiene en la superficie, cuando se aleja tres veces pesa sólo un noveno de su peso en la superficie.



Campo gravitacional

Es necesario conocer el concepto de campo magnético, que es un campo de fuerza que rodea a un

imán, éste a su vez, ejerce una fuerza a los objetos que están a su lado, siempre y cuando sea una sustancia magnética.

Campo gravitacional de la tierra

Las líneas de campo representa el campo gravitacional que rodea a la Tierra, el campo será intenso cuando las líneas de campo estén mas juntas y será débil cuando las líneas esténseparadas.

Un cohete es atraído por las Tierra o bien el cohete interactúa con el campo gravitacional de la Tierra, éstas son definiciones iguales.

Si se conoce la masa y el radio de un planeta cualquiera, se puede calcular el valor correspondiente de la gravedad, como es en el caso de la Tierra igual a nueve coma ocho

metros por segundo al cuadrado.

Campo gravitacional en el interior de un planeta

Dentro del planeta el campo gravitacional se puede explicar mejor con un ejemplo de un túnelque cruza de lado a lado (norte a sur) de la Tierra. En la superficie, la aceleración será " G ",

pero, se reduce al acercarse al centro de la tierra, esto se debe a que - al mismo tiempo - que la Tierra ejerce una fuerza hacia abajo, la Tierra que queda arriba también ejerce una fuerza sobre él, y, al llegar al centro , la aceleración es cero , porque , las fuerzas se encuentranequilibradas arriba y abajo.

Por lo tanto, el campo gravitacional en el centro de las Tierra es igual a cero.

Peso e ingravidezSabemos que la gravedad es una fuerza que provoca aceleración, pero, nosotros no la sentimos,

porque estamos pegados a la tierra (peso) .

La sensación del peso es igual a la fuerza que ejerce sobre el piso. Si el piso acelera hacia arriba o abajo (ascensor), el peso puede variar. Cuando nada lo sostiene en caída libre, sientesque tu peso es cero, según esto, estás en condiciones de ingravidez pero, esto solamente es una sensación, al igual que lo sienten los astronautas.

La ingravidez real sólo se daría lejos y en el espacio, apartado de otros planetas y estrellascapaces de atraer. El peso es igual a la fuerza que ejerce el piso (o sobre la balanza).La ingravidez es la ausencia de una fuerza de soporte, en el caso de los astronautas, se encuentran

sin una fuerza de soporte, por lo tanto, están en un estado de ingravidez prolongada.



6.-Características de la propulsión por cohetes

La fuerza de reacción Ante todo debemos partir de la idea de que un cohete es un aparato volador que se desplaza siguiendo los principios expuestos por Isaac Newton en su famosa Tercera ley del Movimiento: A

una fuerza llamada acción se opone otra llamada reacción, de igual magnitud, pero de sentidocontrario.

Componentes del cohete

Todo cohete, desde los tipos más sencillos utilizados en pirotecnia, hasta los enormementecomplejos de las aplicaciones astronáuticas, consta esencialmente de los mismos elementos. Uncilindro, ya sea de cartón o de metal, en el que se alojan las substancias químicas que van a

entrar en combustión, un sistema de encendido para producir ésta (la simple mecha de los pequeños cohetes de pólvora) en la correspondiente cámara de combustión, y un orificio desalida o tobera por el que se expulsarán los gases obtenidos provocando así la fuerza de

reacción. Para mantenerlo en la dirección deseada existen varios sistemas desde una simple varilla de madera al conjunto de aletas estabilizadoras y giróscopos de los grandes cohetesactuales.

Empuje de un cohete

Obtiene su empuje por la reacción de la expulsión rápida de gases de combustión desde un motor

cohete. Muchos de los cohetes actuales obtienen su empuje de reacciones químicas (motor decombustión interna). Un motor cohete químico puede usar propelente sólido, líquido o una mezcla de ambos. Una reacción química se inicia entre el combustible y el oxidante en la cámara de combustión, y el resultado son los gases calientes que se aceleran a través de

una tobera (o toberas) en la parte final del cohete. La aceleración de estos gases a través delesfuerzo del motor (empuje) en la cámara de combustión y en la tobera, haciendo que el

vehículo se mueva (de acuerdo con la tercera Ley de Newton).

Las presiones que actúan en las paredes internas y externas en el motor del cohete, liberandoenergía cinética mediante la transformación de la materia en gases de escape, (figura 1.1)

(Fig.1.1) en esta se muestran los punto de presión en el momento de la combustión y están señalados por las flechas. Empuje total = Momento de empuje + Presión de empuje



Velocidad de escape

Isaac Newton fue el primer científico en definir matemáticamente la gravedad, cuando formulósu ley de gravitación universal, La ley de gravitación indica que la gravedad es la más fuerteentre dos objetos de gran masa, y se debilita grandemente a medida que estos objetos se

separan.

Una de las aplicaciones de esta ley es el concepto de ‘velocidad de escape’, que es la velocidadque necesita un objeto para lograr escapar a la atracción gravitacional de otro objeto (como la

Tierra). La velocidad de escape puede calcularse a partir de la lay gravitacional de Newton, y sisustituimos los valores que tenemos del planeta Tierra, podremos ver que la velocidad de escape

de la Tierra es de, aproximadamente, 11 Km/s. Esto significa que si lográramos lanzar una pelota a 11 Km/s, ¡nunca caería! (figura 1.2)

(Fig. 1.2)Los parámetros principales en la propulsión del cohete

la velocidad de escape de un cohete debe ser de 11km/s, para que pueda salir totalmente de la orbita del planeta; aunque con una velocidad de 8km/s lograría salir solo a la orbita terrestre

y quedar como un satélite del planeta.

PROBLEMA:

¿Qué se necesita para que un cohete logre salir del planeta?

OBJETIVOS

• Identificar como un cohete logra despegar • Hacer un prototipo que logre realizar la simulación de un despegue.• Poner los principios de los cohetes en practica

DESARROLLO:

1.-Se busco una lata apta para el proyecto, una tapadera que quedara a presión y sin dejar el escape de los gases, y se compro un encendedor de cocina para el dispositivo de chispa.(Foto 1.1; 1.2; 1.3)

2.-Se perforo la lata en la parte inferior, de modo que los cables que producirán la chispa entraran sin problema. Después se sello ese espacio para evitar el escape del combustible ogases. Para este paso fue muy difícil el sellar el orificio ya que algunos pegamentos nosoportaron la presión ni el calor que se emiten dentro del dispositivo, también utilizamos



cera, pero esta no se adhiere de forma aceptable al aluminio (material de la lata), así queconcluimos en utilizar plasti loka que funciono de forma satisfactoria. (foto 2.1; 2.2; 2.3)

3.- después pasamos a conseguir que la tapa cumpliera los requisitos necesarios, y esta loscumplió en un 95% ya que el gas y el combustible se escapan en ligeras proporciones y esto

afecta en una pequeña proporción al dispositivo.

4.- para resolver el problema del escape de combustible, utilizamos pintura para estufas y así con el volumen que hace se evitaría el escape de los gases además de que de esta forma

no se quemaría en dispositivo en caso de que en combustible se encendiera . (Foto 4.1; 1.2)

5.- ya armado el dispositivo se hicieron las primeras pruebas, en las cuales se reviso que la chispa funcionara correctamente y; al hacer esta prueba nos dimos cuenta de que hacia

falta aislar la lata puesto que el metal producía conducción y al momento de activar la chispa daba una pequeña descarga en la mano así que forramos literalmente la lata para evitar esta descarga incomoda. (Foto 5.1; 5.2; 5.3; 5.4; 5.5; 5.6)

6.- ya corregido el problema de la descarga seguimos con las pruebas; y obtuvimosexcelentes resultados en cuanto a la función de nuestro dispositivo. Y procedimos a conseguir los materiales para la elaboración del cohete que va montado sobre la tapadera.

7.- conseguimos papel Fabriano que es un papel ligero pero bastante resistente, se cortó en forma de cono se pinto para darle vistosidad y se le colocaron alerones disminuir la resistencia al viento. (Foto 7.1; 7.2; 7.3)

8.- se armo el dispositivo completamente ya con el mini cohete y se probo, obteniendo

pequeñas fallas que se resolvieron después de las primeras pruebas. y logramos obtener éxito en nuestro dispositivo.

RESULTADOS:

1.- Realizamos un modelo a escala de lo que ocurre en un cohete que intenta salir de la tierra.

2.- comprobamos el funcionamiento de algunas leyes de la física y química.

3.- (la masa es de 10 gramos aproximadamente; la altura que obtiene en la parábola que realiza es de aprox. 2m a partir de donde se coloque la lata; recorre una distancia total de4 a 6 m. en un tiempo aproximad de 2.5 s)

ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS

Con los datos que saque espero me ayude para poner lo de esta parte.

CONCLUSIONES:



Algunas de nuestras conclusiones fueron:

• Que es necesario cumplir el impulso con la velocidad necesaria para salir de la tierra.

• Comprobamos la ley de gay lussac con una aplicación mecanica y de combustión.• También comprobamos las leyes de la física investigadas en el marco teorico y nos

dimos cuanta de que son factor clave para que un cohete a escala u en tamaño real pueda tener un despegue correcto.

REFERENCIAS

• Paúl G. Hewitt, Física conceptual, Pearson 2007, México.

• Raymon A. Serway, Fisica volume 1, Cengage Learning, 2007,

México.

• http://www.upv.es/satelite/trabajos/Grupo5_b99.00/Propulsi.htm

• http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informatico

s/andared02/leyes_gases/index.html

• www.portalplanetasedna.com.ar/cohete02.htm

(NO TENGO NINGUN LIBRO DE QUIMICA PARA PONER)

HOJA DE REGISTRO

FECHA DE EMISIÓN: Miércoles, 25 de Marzo de 2009 a las 19:54:43 hrs.

FOLIO DE INTERNET: 6803431

Título del trabajo: Simulador de la Propulcion de Un Cohete Pseudónimo de integrantes: S.P.U.C.

Área Seleccionada: Física Categoría: Local

Modalidad: Desarrollo Tecnológico

Alumnos inscritos



1 Nombre: Galaviz Hernández Gerardo Número de Cuenta: (308080478) Telefono: 56964174Correo Electrónico: [email protected] Escuela: UNAM. Escuela Nacional Preparatoria. ENP 7 Ezequiel A. Chávez

Asesores inscritos

1 Nombre: León Salinas David Telefono: 21584395 Correo Electrónico: [email protected] Escuela: UNAM. Escuela Nacional Preparatoria. ENP 7 Ezequiel A. Chávez

Firmas de Recibido

Gerardo Galaviz Hernández

Nombre y firma del responsable Nombre y firma de recibido. Lugar y fecha de recepción.

Física Área

Local Categoría



Desarrollo Tecnológico Modalidad

"Simulador de la Propulcion de UnCohete"

Título del trabajo

S.P.U.C. Pseudónimo de integrantes

¿cÓmo funcionan los cohetes que salen del planeta

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