El coet d’aigua: Comparativa entre variables experimentals i simulades

Treball de recercaCurs 2014-1015

Joel Casellas Sánchez

IntroduccióL’objectiu del treball de recerca és mesurar l’acceleració, la velocitat i distancia en el llançament d’un coet d’aigua amb mètodes diferents:

Mètodes pràctics

Obtenció de l’acceleració amb un sensor acceleròmetre.

Obtenció de la distancia amb un vídeo del llançament analitzat amb el programa Tracker.

Mètode teòric Obtenció de dades amb un simulador.

El coet d’aigua

Càpsula

Paracaigudes

Alerons

Tovera

Dipòsit

Carros

Components electrònics de la càpsulaSensor mpu6050Servomotor

Bateries Arduino Mini Pro

Mòdul Xbee

Mètode teòric

Dades introduïdes en el simulador:

0 1 2 3 4 5 6

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

Velocitat (m/s)

Distancia (m)

Acceleració (g)

Temps (s)

Dist

ancia

, Vel

ocita

t i A

ccel

erac

ió

Dades obtingudes amb el simulador:

Segons el simulador l’acceleració màxima és de 223,7 m/s2, la velocitat màxima de 38 m/s i la distancia màxima de 60,7 m.

Mètodes pràcticsSensor mpu6050

Sensor acceleròmetre i giroscopi està situat a la càpsula i pot obtenir acceleracions de fins a ±16g.

Anàlisi de vídeos amb el TrackerMitjançant un vídeo de l’inici del llançament, el numero de fotogrames per segon i una escala es pot obtenir la posició

LlançamentsS’han realitzat 15 llançaments en total i han sigut classificats en tres grups:

Llançaments per provar el coet, s’han fet onze. Llançaments per provar la càpsula, s´han fet dos. Llançaments de recollida de dades, s’han fet dos.

Llançament del dia 1-9-2014

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Acceleració (g)

Velocitat (m/s)

Distancia (m)

Temps (s)

Dist

ancia

, Vel

ocita

t i A

ccel

erac

ió

Dades acceleròmetre:

Temps (s)

Distancia eix Y (m)

Velocitat eix Y (m/s)

Acceleració eix Y (m/s2)

0,000 0,000 0,000 0,0000,033 0,004 2,054 71,9560,067 0,141 5,090 84,9690,100 0,343 7,502 75,7840,133 0,641 10,226 83,8210,167 1,025 13,039 97,2170,200 1,510 16,656 107,5510,233 2,135 20,362 90,3280,267 2,868 22,728 50,1400,300 3,651 23,666 11,4820,333 4,446 23,488 -13,7790,367 5,217 22,684 -29,0890,400 5,958 21,567 -32,5330,433 6,654 20,451 -45,1640,467 7,321 18,710 -46,3120,500 7,902 17,102 -42,485

Dades Tracker:

Segons el sensor l’acceleració màxima és de 147 m/s2, la velocitat màxima de 34,4 m/s i la distancia màxima de 45,4 m.

1-9- 13.avi

Llançament del dia 3-9-2014

Segons el sensor l’acceleració màxima és de 147 m/s2, la velocitat màxima de 39,2 m/s i la distancia màxima de 54,4 m.

Dades acceleròmetre:Dades Tracker:

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

Acceleració (g)

Velocitat (m/s)

Distancia (m)

Temps (s)

Dist

ancia

, Vel

ocita

t i A

ccel

erac

ió

3-9- 13.avi

Temps(s) Distancia (m)

Velocitat (m/s)

Acceleració (m/s2)

0,000 0,000 0,000 0,0000,033 0,02 2,89 68,970,067 0,19 5,47 105,340,100 0,39 9,23 104,590,133 0,81 13,25 94,840,167 1,27 15,09 67,850,200 1,81 17,80 89,590,233 2,46 21,08 91,470,267 3,22 24,01 70,100,300 4,06 25,76 40,110,333 4,94 26,63 20,620,367 5,83 27,11 -2,250,400 6,74 26,59 -25,490,433 7,61 25,28 -40,490,467 8,43 23,92 -42,360,500 9,20 22,44 -48,36

Conclusions

1. Les acceleracions del coet han superat el límit de l’escala del sensor mpu6050.

Solució: Realitzar llançaments a 4 atm o utilitzar un altre acceleròmetre amb una escala més gran.

0 1 2 3 4 5 6

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

Temps (s)

Dist

ancia

, Vel

ocita

t i A

ccel

erac

ió

Acceleròmetre LIS331HH amb una escala de ±24gGràfica obtinguda en el simulador si la

pressió del coet és 4 atm

L’objectiu del treball de recerca s’ha assolit. Tot i això en els mètodes pràctics s’han trobat alguns inconvenients:

2. En les gravacions analitzades s’ha trobat que en dos punts diferents el coet té grandàries diferents.

Solució: Ús d’una càmera amb més resolució per poder situar-la més lluny i reduir la diferencia de grandària del coet entre dos punts.

Imatges que mostren la variació de grandària.

Conclusions 2

Gracies per la vostra atenció