FISICA MECANICA

MECANISMO DE PROPULSION DE UN CARRO HIDRAULICO

PRESENTADO POR:

CAMILA ANDREA BERNAL CARDENAS

LUISA FERNANDA GOMEZ GALINDO

PRESENTADO A:

ING. JAVIER BOBADILLA

UNIVERSIDAD ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES

FALCULTAD DE INGENIERIA

TECNOLOGIA EN ELECTROMEDICINA

II SEMESTRE

2014

INTRODUCCION

El siguiente proyecto está relacionado con el funcionamiento de un carro

hidráulico impulsado por agua con el propósito de comprender y explicar los

principios físicos que intervienen en su propulsión tales como las leyes de

Newton.

En un sentido amplio, el principio que explica el funcionamiento de su

propulsión es la ley de acción y reacción la cual dice que “Todo cuerpo A que

ejerce una fuerza sobre un cuerpo B experimenta una fuerza de igual

intensidad en la misma dirección pero en sentido opuesto” es decir, de una

manera básica se genera presión dentro de la botella introduciendo aire en la

misma; esta presión llega a un límite, el límite de la botella, y cuando esto

ocurre deberá salir ocasionado su lanzamiento.

De esa forma, se podrá interpretar y conocer las distintas y variadas

aplicaciones que tiene las leyes de Newton en sus usos ideales y cotidianos.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Construir un carro propulsado por agua como recurso explicativo en la

investigación y aplicación de las leyes de Newton.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Comprender las funciones del agua y del aire en la propulsión semiparabolica del carro hidráulico.

Incentivar la creatividad utilizando materiales reciclados para la construcción.

Identificar los distintos conceptos previamente estudiados sobre presión,

principio de pascal, tercera ley de newton y movimiento uniforme

acelerado.

ANTECEDENTES

PROPULSION DE UN CARRO HIDRAULICO POR MEDIO DE AGUA

ANTECEDENTES NACIONALES

NOMBRE DEL PROYECTO

REALIZADORES/AÑO

DESCRIPCION DEL PROYECTO

RESULTADOS

OLIMPIADAS

DE INGENIERIA INNOVA

UNIVERSIDAD

AUTONOMA DE OCCIDENTE / 2011

PRUEBA DE CARROS

PROPULSADO POR AIRE-AGUA, ‘FÓRMULA UAO

2011’, SE BASA EN UNA COMPETICIÓN A

PARTIR DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN CARRO

PROPULSADO CON AGUA-AIRE PARA

CUMPLIR CON TRES PRUEBAS ESPECÍFICAS: LA

PRIMERA DE VELOCIDAD, LA

SEGUNDA DE RECORRIDO SOBRE UNA PENDIENTE

(RAMPA) Y LA TERCERA DE SALTO

LARGO EN RAMPA

CADA AÑO SE

REALIZA ESTA COMPETICION, MOSTRANDO QUE

SI ES POSIBLE LA CONSTRUCCION DE

CARROS PROPULSADOS POR AGUA PARA

SOMETERSE A DISTINTAS

PRUEBAS.

PROTOTIPO DE

AUTOMOVIL IMPULSADO POR AGUA

CARRRO DEL

FUTURO.

VANNESA RESTREPO/2013

SE UTILIZA UNA FUENTE DE ENERGIA

EL AGUA. EL CUAL SUSTITUYE EL COMBUSTIBLE

COMUN POR UNA LIMPIO Y

RENOVABLE.

EN CURSO

ANTECEDENTES INTERNACIONALES

NOMBRE DEL

PROYECTO

REALIZADORES/AÑO

DESCRIPCION DEL

PROYECTO

RESULTADOS

COCHES ECOLOGICOS

DE AIRE COMPRIMIDO

ANDRAUD Y TESSIE

DE MOTAY ( 1838)

PRIMER COCHE DE

AIRE COMPRIMIDA REALIZADO EN FRANCIA

FUE

IMPLEMENTADO PERO LA IDEA NO FUE

DESARROLLADA

CARRO

BLOMBERG

START-UP ISRAELI

(2010)

CARRO QUE

FUNCIONA MEDIANTE EL USO

DE AGUA Y AIRE A TRAVES DE UNA BATERIA LA CUAL

ENTRA EN CONTACTO CON

IONES DE ALUMINIO Y REACCIONA CON EL OXIGENO PARA

SU PROPULSION

LOGRA EN SU

AVANCE UNA PROPULSION DE

1600 KILOMETROS

WATER ENERGY

SYSTEM

GENEPAX JAPAN

(2008)

POSEER UN

SISTEMA CAPAZ DE SEPARAR EL HIDRÓGENO DEL

OXÍGENO DEL AGUA MEDIANTE

REACCIONES QUÍMICAS, PRODUCIENDO

ELECTRICIDAD PARA LAS

BATERÍAS A PARTIR DEL MISMO. POR TANTO LAS ÚNICAS

EMISIONES DEL VEHÍCULO SON

SIMPLE OXÍGENO. EL AGUA NECESARIA PARA

ALIMENTAR EL SISTEMA PUEDE

SER RESIDUAL, POTABLE, O INCLUSO DE MAR.

CON UN LITRO DE

AGUA SU PROTOTIPO ES CAPAZ DE

CIRCULAR DURANTE UNA

HORA A UNA VELOCIDAD DE 80 KM/H.

AUTO IMPULSADO POR AGUA

STANLEY MEYER (2009)

DISEÑO DE UN DISPOSITIVO CON UN MOTOR DE

COMBUSTION QUE PRODUCE

HIDROGENO Y OXIGENO DEL AGUA, USANDO LA

ELECTRICIDAD, BALO LA

ELECTROLISIS

SU VEHICULO FUE PATENTADO Y RECORRIO 100

MILLAS CON UN SLO GALON

MARCO TEÓRICO

El presente proyecto se basó en la construcción de un carro propulsado por

agua con el objetivo de describir el funcionamiento y los principios físicos que

actúan sobre este, así mismo conocer detenidamente las causas de su

movimiento y la relación que tiene el agua y el aire para generarlo.

Las principales leyes que permiten explicar cómo interviene la física en nuestro

proyecto son:

PRIMERA Y SEGUNDA LEY DE NEWTON:

La primera ley de newton define: “Todo cuerpo continua en su estado de

reposo, o con velocidad constante a menos que actúe sobre él una fuerza

neta”1, la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de reposo o

movimiento constante se debe a la inercia.

La segunda ley de Newton se puede definir mediante la siguiente formula:

F = m · a

Dónde: La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza

neta que actúa sobre él y es inversamente proporcional a su masa, es decir

que cuanto mayor es la masa de un objeto, menos acelera cuando actúa sobre

él una fuerza.La dirección de la aceleración va según la dirección de la fuerza

neta que actúa sobre el objeto.

Estas dos leyes acabadas de mencionar se relacionan con nuestro proyecto de

la siguiente manera: En el momento en el que el carro hidráulico se encuentra

situado en el suelo está en un estado de reposo hasta que un agente externo

actúa sobre él y cambia su posición inicial para acelerarlo, previo a la

aceleración se debe cargar con aire la botella de manera que el agua se

transmita a todos los puntos con la misma intensidad y en el momento en que

se suelte la válvula el agua salga con determinada presión y ocasione la

aceleración del vehículo.

Lo dicho anteriormente además de tener relación con las dos leyes de Newton

está directamente asociado al PRINCIPIO DE PASCAL, el cual se basa en que

“Cualquier cambio de presión en un punto de un fluido en equilibrio se

transmite con la misma intensidad a todos y cada uno de los puntos del fluido”,

es decir, un líquido, encerrado en un recipiente, transmite un cambio de

presión a todos los puntos del mismo sin alterar su valor.

1 Douglas C. Giancoli, física para ciencia e ingeniería, México, Pearson, 2008

TERCERA LEY DE NEWTON EN EL CARRO HIDRAULICO:

El carro hidráulico se basa en principio de acción-reacción (tercera ley). Ya que

en el momento en el que el carro expulsa la materia que tiene dentro este se

desplaza en dirección a la aceleración pero en sentido opuesto a la expulsión

de la materia.

En este caso, la materia que se expulsa es el agua y el medio para expulsarlo

es el aire bajo presión.

El carro funciona mediante el principio de acción-reacción o tercera Ley de

Newton. Al acelerar ejerce una gran fuerza sobre los gases, los que a su vez,

ejercerán otra igual y contraria que lo hará despegar.

Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tengan el mismo

valor y sentidos contrarios, no se anulan entre sí, puesto que actúan sobre

cuerpos distintos.

Cuando dos partículas interaccionan la fuerza que haga la partícula 1 sobre 2

es igual en módulo y dirección pero de sentido contrario a la que hace 2 sobre

la 1

Es decir, las fuerzas en la naturaleza se presentan por pares, fuerza de acción

y fuerza de reacción. Es conveniente decir aquí que no todas las fuerzas de

igual módulo y dirección pero de sentido contrario son fuerzas de acción y

reacción de momento se ha de tener en cuenta que estas fuerzas actúan sobre

cuerpos diferentes.

Acción: El carro realiza una fuerza sobre el suelo para poder saltar e

impulsarse.

Reacción: La fuerza del suelo actúa en sentido contrario a la indicada

por el carro lo que hace que el carro se eleve y salte.

MOVIMIENTO PARABOLICO:

Previo a que el carro inicia su movimiento, este se encuentra en reposo Vo= 0,

cuando al carro se le suelta la válvula de la parte inferior de la botella como ya

se había dicho anteriormente el carro acelera cambiando su velocidad con

respecto al tiempo y con la ayuda de dos ramplas el carro adquirirá un

MOVIMIENTO PARABOLICO, siguiendo las siguientes características:

Este movimiento se encuentra compuesto por movimientos perpendiculares

Un movimiento horizontal: Que es rectilíneo uniforme (MRU)

Uno vertical: En el que actúa la gravedad, llamado movimiento rectilíneo

uniformemente acelerado. (MRUA), a medida en que el carro va ascendiendo

va disminuyendo su velocidad y a medida en que desciende aumenta la

velocidad

Cuando el carro llega a una altura máxima presenta solo una componente

horizontal con velocidad constante, por lo tanto como no hay cambio en la

velocidad, su aceleración va a ser igual a 0

En el momento en el que el carro asciende y desciende adquiere las dos

componentes de la velocidad tanto en X como en Y.

Para concluir es necesario mencionar como se ejerce el impulso en el cuerpo

aplicando su fórmula:

𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜 = 𝑓 𝑥

𝑓 = 𝑚𝑎

Mediante estas fórmulas se puede deducir que la fuerza es proporcional al

desplazamiento y equivale a la masa por la aceleración del cuerpo por lo tanto

se puede decir que el impulso del carro depende de la masa, la presión y la

fuerza de empuje que se le adicione para que adquiera determinada velocidad.

METODOLOGIA

ELABORACION Y PRESENTACION DEL DISEÑO

MATERIALES UTILIZADOS:

1. 1 botella de 600 ml

2. 4 bases de icopor adheridas a un cartón de 15 X 22 cm

3. 4 llantas de un carro de juguete (2 pares de llantas grandes y 2

pequeñas)

4. 2 valvulas para bicicleta con su respectivo gusanillo

5. 1 amarradera

PROCEDIMIENTO:

1. Se adhirió las bases de icopor al cartón con el objetivo de que el carro

con menor masa, ya que según la segunda ley de Newton cuanto mayor

es la masa de un objeto, menos acelera cuando actúa sobre él una

fuerza.

2. En la botella se realizaron dos agujeros uno en la parte inferior de esta

(aire a presión) y el otro en la tapa del envase (agua), con el fin de que

al soltar el gusanillo de la tapa del envase el agua saliera y se redujera

la perdida de presión

3. La botella debe quedar de una manera inclinada (30°) con el objetivo de

que el agua salga en su totalidad del carro, para ello se necesita que las

llantas delanteras sean más grandes que las de la parte de atrás.

4. Para terminar con la bomba se le adiciona al carro 60 pascales (unidad

de medición de la presión) y se cuentan 69 cm (0.069 m) del carro a la

rampla

40cm

20cm

50cm

60

69 cm

CONCLUSIONES

Se reconoció que en la propulsión del carro intervienen diversos factores

los cuales son necesarios tener claros y debidamente identificados para

la ejecución correcta del salto. Tales como la presión a la cual se somete

la botella, el nivel de agua, la distancia carro-rampla, la dirección de

lanzamiento, el rozamiento de las llantas, la inclinación de la botella;

además de la manera como se retira la válvula de la bomba. Cualquier

cambio en estas variables de estudio modificaban lo propuesto y

diseñado.

Se identificó que diversos fenómenos físicos intervienen en el salto y

propulsión de carro tales como las leyes de Newton, el movimiento

parabólico y el impulso. Cada uno de estos principios dota al carro para

que este realice el funcionamiento deseado. El agua al convertirse en

combustible para su propulsión en relación con la presión introducida

(leyes de Newton), el impulso (el cambio de velocidad que tiene el carro

antes de llegar a la rampla) y la altura y distancia máxima a la que llega

después de la ejecución del salto.

Se aprendió que a partir de una manera lúdica- practica se pueden

afianzar los conocimientos teóricos aprendidos en el aula. En el carro se

introdujeron muchos de los principios vistos en clase.

BIBLIOGRAFIA

TIPPENS. E . PAUL, física conceptos y aplicaciones, Perú, Editorial Mc Graw

hill, séptima edición, 1978

DOUGLAS.C.GIANCOLI, Física para ciencias e ingeniería, México, Editorial

Pearson, cuarta edición, 2008.