COHETE HIDRAULICO CON EYECCIÓN DE PARACAÍDAS

Ana María Bello Peña, Daniela Cuadrado Arrieta, Juan Camilo Gonzalez Guevara, Laura Hernández Rincón y Natalia Ruiz García

Fundación Educativa de MontelíbanoDepartamento de Ciencias Naturales

Clase de FísicaMontelíbano, Córdoba

11B-2015

COHETE HIDRAULICO CON EYECCIÓN DE PARACAÍDAS

Ana María Bello Peña, Daniela Cuadrado Arrieta, Juan Camilo Gonzalez Guevara, Laura Hernández Rincón y Natalia Ruiz García

Informe procedimental y de investigación sobre cohete hidráulico de doble ignición y base de lanzamiento.

Lic en física. Humberto Mosquera

Fundación Educativa de MontelíbanoDepartamento de Ciencias Naturales

Clase de FísicaMontelíbano, Córdoba

11B-2015

CONTENIDO

1. PROBLEMA1.1 Formulación del problema.1.2 Objetivos de la investigación.1.3 Justificación.1.4 Limitaciones

2. MARCOS DE REFERENCIA2.1 Fundamentos teóricos.2.2 Identificación de las variables.

3. METODOLOGÍA.3.1 Diseño de técnicas de recolección de información3.2 Población y muestra3.3 Técnicas de análisis3.4 Guía de trabajo de campo3.5 Gráfica Distancia vs Presión 3.6 Gráfica Distancia vs Volumen3.7 Conclusión gráficas

4. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS.4.1 Recursos humanos: “personas que intervienen en el proyecto”4.2 Presupuesto: gastos nombre de las partes y costos4.3 Cronograma.: Etapas de desarrollo de la actividad

3. BIBLIOGRAFÍA3.1 Fuentes Bibliográficas o Web

1.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Elaboración de plataforma de lanzamiento y del cohete hidráulico buscando que con determinado ángulo, presión interna y cantidad de agua el proyectil logre llegar a un punto determinado. Además como segunda instancia se buscará que el cohete hidraulico luego de un lanzamiento completamente vertical, despliegue un paracaídas que lo haga planear en el aire sin sufrir ningun tipo de daño.

1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

Realizar el respectivo estudio de todos los fenómenos físicos presentados en la competencia a partir de un lanzamiento de cohetes, como lo son la caída libre y movimiento parabólico, presión, principio hidrodinámicos, principios aerodinámicos, ley de conservación de la energía y leyes de Newton.

1.3 JUSTIFICACIÓN

Realizar el respectivo análisis físico, químico y matemático para que a partir del ángulo, la presión interna y la cantidad de agua, luego de un respectivo cálculo de cantidad de movimiento y cantidad de energía en el sistema el proyectil aterrice en un determinado punto.

1.4 LIMITACIONES

● Se pueden presentar equivocaciones al momento de medir distancias, presiones y volúmenes que puede cambiar los cálculos del ángulo y causar problemas al momento del disparo e impacto en el lugar indicado.

● Por fragilidad de los materiales elegidos como lo son el plástico pvc, se pueden presentar inconvenientes antes de la presentación del proyecto, lo cual evitará el impacto efectivo del proyectil.

2.1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Movimiento parabólico: El movimiento parabólico, consiste en lanzar un cuerpo con una velocidad que forma un ángulo α con la horizontal. En la siguiente figura puedes ver una representación de la situación. Este movimiento es el propio de los proyectiles. En el eje X el cuerpo se desplaza a velocidad constante y en el eje y con una aceleración constante provocada por la gravedad.

Presión: La presión es una magnitud que mide el efecto deformador o capacidad de penetración de una fuerza y se define como la fuerza ejercida por unidad de superficie. El recipiente que contiene un fluido, el peso del líquido ejerce una presión (presión hidrostática) sobre su fondo que a su vez crea una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente desde el interior del fluido hacia afuera. Por esta razón, cualquier fluido en equilibrio (que no se encuentre en movimiento) ejerce una fuerza sobre cualquier superficie que se encuentre en contacto con él. Dicha fuerza es perpendicular a la superficie de contacto entre ambos.

Principio de Bernoulli: El fluido hidráulico en un sistema contiene energía en dos formas: energía cinética en virtud del peso y de la velocidad y energía potencial en forma de presión. Daniel Bernoulli, un científico Suizo demostró que en un sistema con flujos constantes, la energía es transformada cada vez que se modifica el área transversal del tubo.

El principio de Bernoulli dice que la suma de energías potencial y cinética, en los varios puntos del sistema, es constante, si el flujo sea constante. Cuando el diámetro de un tubo se modifica, la velocidad también se modifica. La energía cinética aumenta o disminuye. En tanto, la energía no puede ser creada ni tampoco destruida. Enseguida, el cambio en la energía cinética necesita ser compensado por la reducción o aumento de la presión.

Principio Aerodinámico: El estudio de la aerodinámica es, justamente, el estudio de la interacción entre un objeto que se mueve y el medio por el cual lo hace. Las características físicas del objeto, junto con las características físicas del medio, dan como resultado una dinámica específica de movimiento. Es decir, una aceleración, dirección y velocidad determinada.

Ley de conservación de la energía: La energía interna de un sistema es una caracterización macroscópica de la energía microscópica de todas las partículas que lo componen. Un sistema está formado por gran cantidad de partículas en movimiento. Cada una de ellas posee:

● energía cinética, por el hecho de encontrarse a una determinada velocidad● energía potencial gravitatoria, por el hecho de encontrarse en determinadas

posiciones unas respecto de otras ● energía potencial elástica, por el hecho vibrar en el interior del sistema

En definitiva, en el interior de un sistema conviven distintos tipos de energía, asociadas a las partículas microscópicas que los componen y que forman su energía interna.

Leyes de Newton:

- Primera ley de Newton: Si no se aplica ninguna fuerza a un cuerpo o la resultante de las fuerzas que se le aplican es nula, éste no modificará su estado de reposo o de movimiento, es decir, que se mantendrá en reposo si estaba en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme si se encontraba en movimiento.

- Segunda ley de Newton:Si la fuerza resultante que se aplica a un cuerpo no es nula, este experimentará un cambio en su estado de reposo o de movimiento, o lo que es lo mismo, experimentará una aceleración.

- Tercera ley de Newton: Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre otro cuerpo B, B reaccionará ejerciendo otra fuerza sobre A de igual intensidad y dirección aunque de sentido contrario. La primera de las fuerzas recibe el nombre de fuerza de acción y la segunda fuerza de reacción.

2.2 IDENTIFICACIÓN DE LAS VARIABLES.

Tiempo: Magnitud física que permite ordenar la secuencia de los sucesos, estableciendo un pasado, un presente y un futuro. Su unidad en el Sistema Internacional es el segundo.

Presión: Magnitud física que expresa la fuerza ejercida por un cuerpo sobre la unidad de superficie. Su unidad en el Sistema Internacional es el pascal.

Distancia Eje X: Distancia medida de manera horizontal, en paralelo con el piso.

Distancia Eje Y: Distancia medida de manera vertical, perpendicular al piso.

Temperatura: Magnitud física que expresa el grado o nivel de calor de los cuerpos o del ambiente. Su unidad en el Sistema Internacional es el kelvin (K).

Aceleración:Magnitud que expresa el incremento de la velocidad en la unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro por segundo cada segundo (m/s2).

Velocidad: Magnitud física que expresa el espacio recorrido por un móvil en la unidad de tiempo. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro por segundo (m/s).

3. METODOLOGÍA.

3.1 Diseño de técnicas de recolección de información: descripción del proyecto, galería fotográfica de las partes.

El proyecto se llevará a cabo a partir de la planeación, construcción y ejecución del lanzamiento del cohete. Las tareas necesarias para la ejecución del proyecto serán divididas en grupos de trabajo, a los cuales se les darán instrucciones específicas para el desarrollo de este. En el proyecto se tomarán datos tanto métricos como estadísticos, con el fin de elaborar un cohete propulsado por energía hidráulica, que tenga un gran alcance tanto vertical como horizontal.

El diseño de la plataforma es en forma de araña, con un centro cuadrado en el cual se encuentra empotrado el lanzador, se toma este diseño debido a que aporta en la estabilidad general del lanzador, y nos permite manejar todos los ángulos posibles, cabe resaltar que esta todo sellado y no afecta en nada al lanzador.

El lanzador es un sistema independiente de la plataforma, y tiene un gusanillo directo que le da la presión al proyectil, en donde se encuentra el agua. El lanzador cuenta con un sistema de agarraderas de plastico (o cintas de seguridad) que sostiene el proyectil, y gracias al empaque de plástico, el sistema proyectil- lanzador, se encuentra herméticamente sellado.

En cuanto a la obtención de datos se repartirán tareas para tomar los respectivos tiempos, cantidad de agua y de presión en cada lanzamiento.

3.2 Población y muestra: a quien se dirige el proyecto, fotografía final

El proyecto “Cohete Hidraulico con eyección de paracaídas” sera presentado principalmente a Humberto Mosquera Vargas, profesor de física de la Fundación Educativa de Montelíbano, también será expuesto a estudiantes de diferentes grados de la institución educativa con el fin de que este sea utilizado como recurso educativo.

3.3 Técnicas de análisisEn el análisis matematico y estadistico del proyecto, se tuvo en cuenta la ponderación de los datos, ya que como sabemos, existe margen de error, porque definitivamente somos humanos, y nuestros sentidos no son del todo milimétricos, en este orden de ideas, se tuvo presente el promedio, el error absoluto, y muchas otras herramientas estadísticas que buscan universalizar la toma de datos, y por ende los resultados de los mismos.

Tablas de obtención de datos:

Ángulo ___ Tiempo Altura Presión Alcance horizontal.

Lanzamiento 1

Lanzamiento 2

Lanzamiento 3

Lanzamiento 4

Promedio

Alcance horizontal.

Lanzamiento 1 Lanzamiento 2 Lanzamiento 3

Ángulo

Ángulo

Ángulo

3.4 Guía de trabajo de campo.

3.5 Gráfica Distancia vs Volumen

Distancia (m) Presión (Psi) ± Distancia(m) ± Presión(Psi)

12 30 ± 7.6 m ± 6 Psi

15 30 ± 7.6 m ± 6 Psi

18 35 ± 7.6 m ± 6 Psi

21 35 ± 7.6 m ± 6 Psi

26 40 ± 7.6 m ± 6 Psi

18.4 34 ------ ------

3.6 Gráfica Distancia vs Volumen

Distancia (m) Volumen (ml) ± Distancia (m) ± Volumen (ml)

12 250 ± 3.6 m ± 140 ml

15 300 ± 3.6 m ± 140 ml

14 350 ± 3.6 m ± 140 ml

21 400 ± 3.6 m ± 140 ml

20 500 ± 3.6 m ± 140 ml

16.4 360 ------ ------

3.7 Conclusión gráficas Podemos notar que al usar más presión el cohete llegará más lejos debido a que la presión le da más fuerza, y al llevar menos agua, hay menos peso que obligue al cohete a bajar, por lo tanto esto también ayuda a la distancia del cohete, pero muy poca agua deja al cohete sin propulsión, obligándolo a caer cuando se acabe el agua. Con este estudio es fácil concluir que es necesario agregar más presión que agua al cohete para que vuele más alto y llegue más lejos, pero es necesaria una cantidad suficiente de agua para darle el empuje que el cohete requiere.

4. ASPECTOS ADMINISTRATIVOS.

4.1. Recursos humanos:

Las personas que intervendrán de forma directa en el proyecto son: Ana Maria Bello Peña, Daniela Maria Cuadrado Arrieta, Laura Vanessa Hernandez Rincon, Juan Camilo Gonzalez Guevara y Natalia Ruiz García del grado Once B de la Fundación Educativa de Montelíbano. Como personas secundarias, se tendrá la participación del docente del área de ciencias naturales, en la asignatura de Física, Humberto Mosquera.

4.2 Presupuesto: gastos nombre de las partes y costos (valor en pesos colombianos)

Material Cantidad Valor unidad Valor total

Tubo de PVC ½” 3 m $1.800 $5.400

Codos (45°) de PVC 8 $720 $5.760

T de PVC 3 $1.500 $4.500

Botella (1.25 lt) 3 $2.000 $6.000

Válvula 2 $5.000 $10.000

Cinta aislante 3 rollos $2.700 $8.100

Lamina de balso 1 $8.000 $8.000

Pegante PVC 1 $6.000 $6.000

Silicona fria 1 $3.000 $3.000

Plastico PET 3 $1.200 $3.600

Sujetadores de cable 25 $100 $2.500

Super Bonder 1 $2.900 $2.900

Metro 1 $15.000 $15.000

Tubo PVC 1 ¼” 0.1m $2.000 $2.000

Segueta con soporte 1 $21.900 $21.900

Union PVC 2 $1.000 $2.000

Taladro 1 $164.900 $164.900

Gafas de seguridad 5 $8.900 $44.500

Guantes de seguridad 5 pares $2200 $10.000

Sombrilla 1 $7.500 $7.500

Rollo de Nylon 1 $4.000 $4.000

4.3 Cronograma.: Etapas de desarrollo de la actividad

Fecha Actividad Lugar

Agosto 27-2015 Búsqueda de información para comenzar a realizar el montaje

Colegio

Agosto 27-2015 Búsqueda de información para comenzar a armar el proyectil y la base

Colegio

Septiembre 4-2015 Trabajar en el informe Colegio

Septiembre 4-2015 Comenzar a construir la base Colegio

Septiembre 11-2015 Trabajar en el informe Colegio

Septiembre 18-2015 Trabajar en el informe Casa

Septiembre 22-2015 Montaje del proyectil de doble ignición

Colegio

Septiembre 22-2015 Finalizar detalles de la base y sistema de gatillo

Casa

Septiembre 23-2015 Disparo de prueba Colegio

Septiembre 24-2015 Finalización del informe Colegio

Octubre 28-2015 Búsqueda de información para la elaboración del paracaídas

Casa

Octubre 29-2015 Elaboración del Paracaídas Colegio

Noviembre 3-2015 Finalización elaboración paracaídas Colegio

Noviembre 11-2015 Disparo de Prueba para el paracaídas Colegio

Noviembre 12- 2015 Correcciones paracaídas Casa

Noviembre 13-2015 Prueba Final Colegio

Noviembre 14-2015 Elaboración video Casa

Noviembre 14-2015 Modificaciones al informe Casa

3. BIBLIOGRAFÍA

● Física lab (s.f) Movimiento Parabólico. Recuperado de https://www.fisicalab.com/apartado/movimiento-parabolico#contenidos

● Física lab (s.f) Primera Ley de la Termodinámica. Recuperado de https://www.fisicalab.com/apartado/primer-principio-termo#contenidos

● Física lab (s.f) Leyes de Newton para el movimiento. Recuperado de https://www.fisicalab.com/tema/leyes-newton-movimiento#contenidos

● Física lab (s.f) Presión, fuerza y fluidos. Recuperado dehttps://www.fisicalab.com/apartado/presion-fuerza-y-fluidos#contenidos

● Física lab (s.f) Principio de Bernoulli. Recuperado de http://fisica.laguia2000.com/dinamica-clasica/leyes-de-newton/principio-de-bernoulli

● Yarzabal. L (s.f) Qué es la aerodinámica. Recuperado de http://www.batanga.com/curiosidades/7230/que-es-la-aerodinamica

● Real Academia Española (s.f) Recuperado de http://www.rae.es/