COHETE HIDRAULICO

“TERESHKOVA”

Presentado por:

GERALDINE MARIñO C.KATERIN CONTRERASMARYLUZ PINILLA S.

Presentado a:

JAVIER BOBADILLA

Grupo3N

ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES “ECCI”FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL

TECNOLOGIA EN DESARROLLO AMBIENTALFISICA FLUIDOS Y ONDAS

BOGOTA D.C.2014-1

OBJETIVOS

Diseñar y fabricar un cohete con una botella PED de 600 ml con las especificaciones técnicas indicadas en clase

Entender y aplicar principios de la física como la tercera ley de Newton,  la energía cinética, principio de Pascal, caída libre, tiro parabólico, etc. para conocer  la operación básica del cohete.

Lanzar el cohete y que alcance como mínimo 50m de distancia desde el punto de la zona de lanzamiento

Aplicar las propiedades físicas del agua en el impulso del cohete

Evaluar los resultados obtenidos por el lanzamiento del cohete

ANTECEDENTES

El desarrollo de los cohetes tiene su origen tras el descubrimiento de la pólvora, en el siglo IX, por los alquimistas chinos.Inicialmente se desarrollaron con fines religiosos, siendo los precursores de los fuegos artificiales. Se adaptaron para el uso como artillería en las guerras sucedidas desde el siglo X hasta el XII, y durante siglos, fueron prácticamente desconocidos en Occidente. Los británicos comenzaron a estudiar y desarrollar esta tecnología, recién a fines del siglo XVIII, tras perder dos batallas en la India contra ejércitos orientales que utilizaban cohetes como armas, fue el coronel inglesWilliam Congreve quien desarrollo y perfeccionando los cohetes en este país. Asu muerte, en 1826, dejo entre sus documentos planos de un cohete de un calibre de 20 cm y notas relativas a cohetes que pensaban 200 y 300Kg. El cohete de Congreve, se utilizó por primera vez en 1805durante las guerrasNapoleónicas, cuando Gran Bretaña atacó el puerto de Bouloge, en Francia, con el objetivo de destruir la flota de barcazas que Napoleón había almacenado. Hacia 1825, casi todos los países europeos habían copiado en cohete de Congreve

La extensión de la artillería hizo declinar el uso bélico de los cohetes hacia mediados del siglo XIX A finales de este siglo y principios del siglo XX, aparecieron los primeros científicos que vieron el cohete como sistema para propulsar vehículos aéreos espaciales tripulados, entre los cuales cabe destacar al ruso KonstantinCiolkovskij, al alemán HermannJuliusOberth y al estadounidense Robert HutchingsGoddard, y, más tarde a los rusos SergejKorolev y ValentinGruchensko y al alemán Wernher von Braun.

Este último desarrolló durante la Segunda Guerra Mundial los cohetes V-1 y V-2 (A-4 en la terminología alemana), que constituyeron el núcleo de las investigaciones norte-americanas y soviéticas de la posguerra.

Si bien es cierto que, inicialmente se desarrollaron cohetes específicamente destinados a usos militares, los programas espaciales que pusieron en marcha soviéticos y estadounidenses, se basaron en cohetes diseñados con finalidades propias de la astronáutica, entre los que hay que destacar, por parte norte-americana, el Atlas, el Agena, el Thor 2, el Atlas-Centaur, la serie Delta, los Titán y Saturno (entre los cuales el Saturno-V, que hizo posible el programa Apolo), y, por parte soviética, los cohetes designados, por las letras A, B, C, D y G (estos dos últimos tuvieron un papel equivalente a los Saturno norte-americanos).

Otros países que han construido cohetes, en el marco de un programa espacial propio, son Francia, Gran Bretaña (que lo abandonó), Japón, China, Brasil y la India, así como el consorcio europeo que constituyó la Agencia Espacial Europea (ESA), que ha construido y explotado el cohete lanzador Ariane. 

Estos 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 (similar a los cohetes de feria actuales) 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 KonstantínTsiolkovsky (1857-1935) publicó "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.

En 1923HermannOberth (1894-1989) publicó Die Raketezu den Planetenräumen ("El cohete en el espacio planetario"), una versión de su tesis doctoral, después 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 VereinfürRaumschiffahrt (Sociedad Alemana de Cohetes, ó VfR) 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 internos que suministraban propelentes secundarios. El trabajo fue acortado por el arresto de Glushko durante las purgas estalinistas de 1938.

Un trabajo similar pero menos extenso se estaba realizando por el profesor austriaco EugenSänger.

En 1932 la Reichswehr (que en 1935 se convirtió en la Wehrmacht) empezó a mostrar interés por los cohetes. Restricciones bélicas impuestas por el Tratado de Versalles limitaban el acceso a Alemania a armas de largo alcance. Viendo la posibilidad de usar cohetes como artillería, la Wehrmacht inicialmente subsidió al equipo VfR pero, dado que sólo estaban concentrados en el aspecto científico, creó su propio equipo de investigación, con HermannOberth como miembro superior. A instancias de los líderes militares, Wernher von Braun, en el momento un joven aspirante a científico en materia de cohetes, se unió a la milicia (seguido por dos ex-miembros del equipo VfR) y desarrolló armas de largo alcance para ser utilizadas en la Segunda Guerra Mundial por la Alemania Nazi, notablemente la serie A de los cohetes, el cual llevó a los cohetes V-2 (inicialmente llamados A4).

En 1943 comenzó la producción de los cohetes V-2. Los V-2 representaban en mayor paso hacia adelante en la historia de los cohetes. Los V-2 tenían un alcance de 300 km y llevaban una cabeza de guerra de amatol de 1.000 kg. El cohete sólo se diferencia en detalles ínfimos de los cohetes modernos, tenía bombas de turbinas, guía inercial y otras capacidades. Miles de ellos se lanzaron contra las naciones aliadas, principalmente Inglaterra, así como Francia y Bélgica. Ya que no podían ser interceptados, el diseño de su sistema de guía y su cabeza de guerra convencional hacían del V-2 un arma insuficientemente precisa contra objetivos militares. En inglaterra 2.754 personas murieron y 6.523 fueron heridas antes de que se acabara la campaña de lanzamientos. Aunque los V-2 no afectaron significativamente al curso de la guerra, proveyeron una demostración de poder letal del potencial de las armas guiadas.

Al final de la Segunda Guerra Mundial, los equipos científicos y militares rusos, británicos y estadounidenses compitieron por capturar la tecnología y el personal del programa alemán de cohetes Peenemünde. Rusia y el Reino Unido tuvieron cierto éxito pero quienes más se beneficiaron fueron los Estados Unidos. Éstos capturaron un gran número de científicos alemanes especialistas en cohetes (muchos de ellos eran miembros del partido nazi, incluyendo a von Braun) y los llevaron a los Estados Unidos como parte de la Operación Paperclip, donde los mismos cohetes que se diseñaron para caer sobre las ciudades británicas fueron usados por los científicos como vehículos de investigación para desarrollar nuevas tecnologías. El V-2 evolucionó al Cohete Redstone, usado en las primeras fases del programa espacial.

Después de la guerra los cohetes se usaron para estudiar las condiciones existentes a grandes alturas, usando radio telemetría para transmitir la temperatura y presión de la atmósfera, detección de rayos cósmicos y otras investigaciones. Estos estudios fueron continuados en los Estados Unidos por von Braun y los otros, quienes estaban llamados a ser parte del nuevo complejo científico estadounidense.

Independientemente, las investigaciones continuaron en la Unión Soviética balo el liderazgo de Sergei Korolev. Con la ayuda de técnicos alemanes, la V-2 fue duplicada y

mejorada como los misiles R-1, R-2 y R-5. Los diseños alemanes fueron abandonados al final de los años 40 y los investigadores extranjeros fueron enviados a sus países. Una nueva serie de motores fueron construidos por Glushko y basados en las invenciones de AlekseiIsaev creando la base de los primeros ICBM con el cohete R-7. Los cohetes R-7 pusieron en órbita el primer satélite, el primer hombre en el espacio y las primeras pruebas en la luna, además siguen estando en uso hoy día. Éstos eventos atrajeron la atención de los políticos que proveyeron de más dinero para futuras investigaciones.

Los cohetes se volvieron extremadamente importantes para usos militares con los misiles balísticos intercontinentales (ICBM por sus siglas en inglés) cuando los gobiernos se dieron cuenta de que no se podrían defender de un cohete con carga nuclear una vez éste se hubiese lanzado, de tal forma que se empezaron a fabricar masivamente con este fin bélico.

El cohete como arma

Tuvieron que transcurrir unos cientos de años hasta que se descubrió su potencial como arma.

Existen referencias del uso de cohetes en China con fines bélicos, que denominaban "saetas de fuego", alrededor del siglo VI dC., aunque la primera referencia histórica data de 1232, cuando se usaron contra los mongoles en la ciudad de Kai-feng-fu. Los propios mongoles usaron esta tecnología contra los europeos en la batalla de Legnica (Silesia-Polonia) en 1241 y contra los árabes en la asedio de Bagdad en 1258.

Con el conocimiento de la pólvora en Occidente, hacia el siglo XIV, el cohete adquirió una dimensión siniestra. Roger Bacon (1214-1294) al menos cien años antes antes definió el invento como "el rayo destructor": "Hay sustancias –escribe Bacon antes de describirlas y denominarlas salitre– cuya detonación asombra al alma hasta tal punto (...) que, ni los ejércitos ni las ciudades pueden sostener sus efectos".

En 1379 se usó por primera vez el término rochetta (cohete) para describir este arma que rápidamente se extendió a contiendas por todo el mundo

CONCEPTOS DE APLICABILIDAD DE FISICA PARA EL COHETE HDRAULICO

Primera ley de Newton:

Todo objeto continúa en su estado de reposo o velocidad uniforme en una línea recta, en tanto no actué sobre él una fuerza neta.

Segunda ley de Newton

La aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él, y es inversamente proporcionalmente a su masa. La dirección de la aceleración es en la dirección de la fuerza neta que actúa sobre el objeto.

Cuando la masa aumenta o disminuye, (cohete) la aceleración disminuye o aumenta; entonces se establece la cantidad de movimiento (p) que equivale al producto de la masa de un cuerpo por su velocidad. Es decir: p = m x v

Tercera ley de Newton

(Acción y reacción)

Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, este ejerce una fuerza en la misma dirección opuesta sobre el primero. Por estará razón, cuando el cohete es propulsado desde un espacio cerrado genera un empuje debido al agua resultante que expulsa hacia atrás a cierta dirección. Esto produce el desplazamiento en sentido opuesto a la expulsión de la materia (agua).

La energía mecánica necesaria para la expulsión se almacena en el sistema como energía potencial en forma de aire comprimido. Con la expulsión esta energía se irá convirtiendo en energía cinética, las del movimiento del agua y el cohete.

Principio de pascal

La presicion ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido"

Al llenar el cohete de aire y comprimirlo se aumenta la presión en su interior y cuando esta llega a un punto determinado, donde el corcho saldrá y el líquido es desplazado al suelo .

Tiro parabólico y caída libre

Cuando se laza un cuerpo con una velocidad que forma un Angulo con la horizontal, este describe una trayectoria parabólica. Se tendrá en cuenta este movimiento para evaluar el desempeño del vuelo, con sus respectivas ecuaciones, teniendo en cuenta el Angulo de inclinación como variable experimental; el rozamiento con el aire, este varía dependiendo de la velocidad si aumenta el rozamiento será mayor , la fuerza de la gravedad empujara el cohete hacia abajo y esta es de saber que esa será mayor con el peso de la masa del cohete. Esta masa varia a medida que sube el cohete ya que va perdiendo agua.

Que son los cohetes y cómo funcionan

Un cohete hidráulico o cohete de agua es un tipo de cohete de modelismo en el que se usa AGUA como proponente de reacción. El del cohete es generalmente, una botella de plástico, en el agua es lanzada fuera por un gas a presión.

Un cohete de agua se trata de un sencillo cohete casero basado en el principio de acción y reacción, su funcionamiento consiste únicamente en introducir aire en una botella de plástico con agua y cuando la presión se haga muy grande, el cohete saldrá impulsado por un chorro de agua a presión.

Se forma así: una botella de plástico llena de agua en la parte superior, y en la parte inferior se introduce aire a presión para luego dejar que escape por un orificio de salida e impulse la botella, a una gran altura y velocidad.

Un cohete propulsado por agua se basa en el mismo principio físico que un cohete espacial: la famosa teoría de la tercera ley de newton dice: por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, esté realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo en el caso de un cohete, la acción propulsar algo,

Que propulsa el cohete se suele llamar masa de reacción,

La fuerza que acelera la botella hacia arriba se ve compensada por la fuerza generada por la masa de reacción siendo expulsada hacia abajo. En estas botellas, la masa de reacción es AGUA y esta se ve propulsada hacia abajo por la energia que proporcona en la botella.

EXPLICACION:

El cohete cuando estpa a punto de ser lanzado tiene una energia almacenada en su interioren forma de aire a presión. La presion elevada de aire empuja a todas las superficies con las que esta en contacto incluida la del agua con una fuerza que es igual a la presion por la superficie.

Cuando el pico de la botella se abre y el agua empieza a salir, la fuerza responsable de que el agua salga es sobre todo debido a la presión interna del aire luego este empuja hacia afuera y como la superficie superior del agua es mucho mayor que la interior, la velocidad que adquiere el agua al salir es muy grande.

Por tanto lo que sucede en el interior del cohete es una conversión de energía ya que el aire contiene energía (presión) que se traslada al agua y se convierte en energía cinética (movimiento). La forma de la botella permite que la conversión de energía sea muy eficiente es decir, que la presión provoque una velocidad muy grande en el agua que sale del cohete.

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ELABORACION DE NUESTRO COHETE

Elaboración de Base del Cohete:

Resultado:

Cohetes:

Lanzamiento final (martes 19 de mayo)

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CONCLUSIONES

Para que el cohete alcanzara la meta de lanzamiento tuvimos que reducir el ángulo inicial de elaboración que fue de 45º, pero el lanzamiento ganador fue aproximadamente de 38º de inclinación.

La cantidad de agua (200 ml aprox), la presión suministrada y el ángulo de inclinación de la base fueron la clave para poder lograr el lanzamiento meta y ganar el concurso.

Pudimos identificar con mayor claridad y entendimiento ,el funcionamiento de varios principios básicos como la fuerza de gravedad y el rozamiento, movimiento parabólico.

Entender la 3ª Ley de Newton (Principio de acción y reacción).

Bibliografía:

http://los-cohetes.8k.com/nocion/nocion.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Cohete

http://co.tuhistory.com/la-historia-de/inventos/el-cohete.html