Feria Cientifica

Colegio María Inmaculada

Feria Científica

Cohete propulsado por agua

Realizado por:

Karen Álvarez Esquivel

Profesora:

Mary Ann Murillo

Sección:

11-1

Introducción

Los cohetes funcionan gracias al principio de acción y reacción. Esto significa que los gases de combustión salen por “debajo” del cohete y lo empujan hacia arriba. Esos gases provienen de la oxidación rápida de combustibles especiales, y son lo suficientemente peligrosos como para desaconsejar completamente el intento de utilizar algo similar en casa.

Pero podemos construir un “cohete” que se impulse únicamente con agua. Esto contribuiría, a un desgaste menor en las capas de la atmósfera atreves de prácticas humanas; que proporcionen una mejoría ambiental importante para esta y las futuras generaciones. Por lo tanto no impliquen un riesgo a la salud de las personas.

Desde hace muchas décadas se llevan a cabo experimentos relacionados con la aeronáutica y el petróleo para desarrollar la exploración espacial. Actualmente sufrimos las consecuencias de esos experimentos. Por ello, se ha despertado la conciencia, en muchas personas para reparar, en la medida de lo posible, algunos de efectos negativos. Se siente la necesidad de hacer uso de otras fuentes que proporciones energía para los mismos fines, sin causar daño.

Objetivos

• Probar el principio de acción y reacción (tercera ley de Newton).

• Analizar las leyes del movimiento como el tiro parabólico.

• Comprobar mediante la aplicación del proyecto la caída libre con rozamiento.

• Mostrar mediante el proyecto la aplicación de la aerodinámica en los cohetes

Hipótesis

¿Cómo construir un cohete impulsado por agua?

El procedimiento a realizar se puede llevar a cabo mediante el siguiente procedimiento: llenar la botella con aproximadamente 1/3 de agua, se pone un tapón bien ajustado y lo situamos en posición vertical con algún tipo de plataforma que apoye el recipiente, 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 despegan alcanzando alturas variables que presuntamente puede alcanzar aproximadamente 80 metros de altura.

Marco Teórico

Orígenes de los cohetes

El descubrimiento de la pólvora por los antiguos alquimistas chinos taoístas y sus usos para distintos tipos de armas (flechas de fuego, bombas y cañones), derivaron en el desarrollo de los cohetes. Inicialmente se inventaron para ceremonias religiosas que estaban relacionadas con la veneración a los dioses chinos en la antigua religión china. Fueron los precursores de los actuales fuegos artificiales y, después de intensivas investigaciones, se adaptaron para su uso como artillería en las guerras sucedidas desde el siglo X hasta el XII.

Algunos de los antiguos cohetes chinos estaban situados en la fortificación militar conocida como la Gran Muralla China, y los empleaban los soldados de élite chinos. La tecnología de los cohetes se empezó a conocer en Europa gracias a su uso por las tropas mongoles de Genghis Khan y Ogodei Khan cuando conquistaron Rusia, Europa del este y parte de Europa central. Los mongoles habían robado la tecnología de los chinos cuando conquistaron la parte norte de China y adquirieron más conocimientos sobre la misma gracias a los expertos mercenarios chinos que trabajaron para su ejército. Además, la difusión de los cohetes en Europa se vio influenciada por los otomanos en el sitio de Constantinopla, aunque es muy probable que los otomanos estuvieran influenciados por las invasiones mongolas de los siglos anteriores. De cualquier manera, durante varios siglos los cohetes se tomaron como curiosidades por los occidentales.

Durante más de dos siglos, el trabajo del noble polaco-lituano Kazimierz Siemienowicz Artis Magnae Artilleriae pars prima ("El gran arte de la artillería, Primera parte", también conocida como "El arte completo de la artillería") se usó en Europa como un manual básico de artillería. El libro proveía los diseños estándares para fabricar cohetes, bolas de fuego y otros dispositivos de pirotecnia. Contenía un largo capítulo sobre calibración, construcción, producción y propiedades de los cohetes tanto para usos militares como civiles, incluyendo cohetes de múltiples etapas, baterías de cohetes y cohetes con aletas estabilizadoras en forma de delta en lugar de las típicas varas de guía.

Al final del siglo XVIII las tropas del Sultán Tipu del Reino de Mysore usaron satisfactoriamente cohetes con estructura de hierro en la India contra los británicos durante las guerras entre ambos. Los británicos mostraron un gran interés en la tecnología y la desarrollaron durante todo el siglo XIX. El personaje más importante de esta época fue William Congreve. Desde entonces el uso de cohetes en usos militares se extendió por toda Europa. En la Batalla de Baltimore, en 1814, se lanzaron cohetes al Fuerte McHenry por los barcos lanzadores de cohetes como el HMS Erebus, descritos por Francis Scott Key en The Star-Spangled Banner (La Bandera de Estrellas Centelleantes, himno de los Estados Unidos).

Los primeros cohetes eran muy poco precisos. Sin el uso de ningún tipo de giros ni de cardanes en el empuje, tenían una gran tendencia a desviarse bruscamente fuera de su trayectoria. Los primeros cohetes del británico William Congreve redujeron esta tendencia adjuntando un largo bastón en la cola del cohete para hacer más difícil que el cohete modificara su trayectoria. El cohete más grande de Congreve pesaba 14,5 kg en vacío y tenía un bastón de cola de 5,6 m de longitud. Originalmente los bastones se montaban en los laterales, pero más tarde se cambió la posición a una más central, reduciendo su arrastre y permitiendo una mayor precisión al cohete cuando se lanzaba desde un segmento de tubo.

El problema de la puntería se solucionó en 1844 cuando William Hale modificó el diseño de los cohetes permitiendo un empuje ligeramente vectorizado haciendo que el cohete girase alrededor de su propio eje como una bala. El cohete Hale eliminó la necesidad del bastón del cohete, viajando a mayor velocidad dada su menor resistencia contra el aire y siendo más preciso.

Cohetes modernos

En 1903, el profesor de matemáticas de educación secundaria Konstantín Tsiolkovsky publico "La exploración del espacio cósmico por métodos de reacción", el primer trabajo científico serio que trataba de vuelos espaciales. La ecuación del cohete de Tsiolskovski —el principio que gobierna la propulsión de cohetes— lleva su nombre en su honor. Su trabajo fue particularmente desconocido fuera de la Unión Soviética, donde inspiró extensas investigaciones, experimentación, y la formación de la Sociedad Cosmonáutica. Su trabajo se volvió a publicar en el 1920 en respuesta al interés ruso sobre el trabajo de Robert Goddard. Entre otras ideas, Tsiolkovsky propuso acertadamente el uso de oxígeno e hidrógeno líquidos como un excelente par propulsor, determinó la estructura que se debía construir y diseñó la forma en que debían estar los cohetes para aumentar la eficiencia de masa y aumentar así radio de alcance.

Los primeros cohetes fueron muy ineficientes debido a la cantidad de energía y calor que era desechada en los gases de escape. Los cohetes modernos nacieron luego, después de haber recibido un subsidio de la Smithsonian Institution, Robert Goddard unió una tobera supersónica a la cámara de combustión del motor del cohete. Esa boquilla transformaba el gas caliente de la cámara de combustión a un propulsor de gas hipersónico (jet), aumentando más del doble el empuje y aumentando enormemente la eficiencia.

En 1923 Hermann Oberth (1894-1989) publicó "El cohete en el espacio planetario", una versión de su tesis doctoral, luego de que la Universidad de Múnich la rechazara. Este libro tiene el crédito de haber sido el primer trabajo científico serio sobre el tema que ha recibido atención internacional.

Durante los años 1920 un gran número de organizaciones que investigaban sobre los cohetes aparecieron en los Estados Unidos, Austria, Inglaterra, Checoslovaquia, Francia, Italia, Alemania y Rusia. A mediados de los años 20, científicos alemanes habían empezado a experimentar con cohetes que usaban propulsores líquidos capaces de alcanzar una gran distancia y mucha altitud. Un equipo de ingenieros de cohetes aficionados habían formado la Sociedad Alemana de Cohetes, en 1927, y en 1931 lanzaron un cohete de propulsión líquida (usando oxígeno y gasolina).

Desde 1931 hasta 1937 el trabajo científico más extenso sobre diseño de motores cohete sucedió en Lenigrado (hoy San Petersburgo), en el laboratorio dinámico de gases. Bien subsidiado y con un buen número de personal, se crearon más de 100 motores experimentales bajo la dirección de Valentín Glushkó. El trabajo incluía regeneración enfriadora, ignición hipergólica y diseños de inyectores de combustible que incluían mezcladores e inyectores mezcladores

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