Resumen

La construcción y lanzamiento de cohetes de propulsión de agua es un experimento físico muy interesante, con el cual aprendí que en muchas de las actividades que realizamos aplicamos la Tercera Ley de Newton o  Ley de acción y reacción; es decir, a toda fuerza de acción le corresponde una fuerza de reacción de igual magnitud y dirección, pero en sentido opuesto, aplicadas sobre diferentes cuerpos. Por ejemplo cuando juego con mi pistola de dardos cuando disparo se siente como si algo te empujara hacia atrás.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

¿De qué manera mediré la altura que alcance mi cohete?

Antecedentes

El cohete tiene origen en el siglo XIII en China con las Saetas de fuego, elementos bélicos propulsados por pólvora, es decir, por una reacción química. “Desde entonces hasta el siglo XVIII la pólvora fue la base de la evolución del cohete, alimentado una densa y larga serie de experiencias e intentos bélicos”.

En la década de 1960, el Japón importó cohetes de agua de juguete fabricados en Alemania y los Estados Unidos. A mediados de 1980 se realizaron competiciones de cohetes de agua en Escocia. La idea de fabricar cohetes impulsados por aire a presión surgió en el año 1983 como proyecto final de carrera en una universidad de EEUU; desde entonces, el prototipo de cohete propulsado con agua ha ido ganando popularidad hasta ser usado por la NASA en busca de nuevos talentos por colegios americanos.

Las botellas de polietileno tereftalato (PET) para bebidas gaseosas, que es el material que se utiliza generalmente para fabricar cohetes de agua, fueron empleadas por primera vez en 1974 en los Estados Unidos de América y su uso aumentó rápidamente a medida que se difundían entre los consumidores. Posiblemente, el primer material impreso acerca de la construcción de cohetes de agua con botellas de PET apareció en la edición de agosto de 1983 de la revista estadounidense
“Mother Earth News”.

Pero el verdadero inicio de la cohetería se remonta al siglo XIX con Konstantin Eduardovitch Tsiolkovski, profesor de matemáticas y física ruso, quien contribuyó teóricamente al desarrollo de la astronáutica. Tsiolkovski hizo un análisis de gran parte de los aspectos técnicos del vuelo espacial en sus obras “Sueño de la tierra y el cielo” y “La exploración del espacio cósmico mediante aparatos de reacción”. “El estudioso ruso exploró incluso los problemas relativos a la aceleración sugiriendo por vez primera el uso de cohetes plurifase para alcanzar la velocidad de fuga y anticipando también el desarrollo de las estaciones y de las colonias espaciales.”

Objetivo

Saber que altura y distancia puede recorrer mi cohete de propulsión de agua.

Justificación

Todos hemos oído hablar  de los cohetes que la NASA lanza al espacio por lo que me llamó la atención hacer un cohete que tal vez no llagué al espacio pero que pueda alcanzar grandes alturas.

Hipótesis

Si llenó de agua  mi cohete y le pongo mucho aire entonces haré que alcance  mucha altura.

Método (materiales y procedimiento)

♦ Fabricación de cohete: Para poder fabricar un cohete de agua debemos primero conocer las partes que lo componen que son:

–Boquilla: Pieza por la cual sale el agua del cohete se enrosca en el pico de la botella PET.

–Aletas: Se fijan a la parte trasera del cuerpo del cohete para asegurar la estabilidad aerodinámica durante el vuelo.

–Falda (cilindro con aletas de la cola): La parte donde se fijan las aletas.

–Cuerpo (depósito de agua): Contiene agua y aire a presión.

–Cono de la nariz: Punta o cabeza del cohete de agua.

–Lastre (plastilina): Mantiene la estabilidad aerodinámica durante el vuelo.

–Cojín: Reduce los daños del cohete cuando retorna a tierra. Este puede ser sustituido por un  paracaídas.

►Materiales◄

–2 botellas de PET cilíndrica (de refresco de 1,5 lt.) vacías, limpias y secas sin etiqueta. Una botella se utilizará para el cuerpo del cohete y la otra para el cono de la nariz.

–2 Láminas para engargolar para las aletas.

–1 rollo de lámina transparente, para la falda.

–Plastilina o arcilla para moldear 50gr.

–1 bolsa plástica de basura grande.

–Cinta adhesiva de vinilo.

–Boquilla.

–Tijeras.

–Cutter.

–Marcador permanente.

–Regla.

►Procedimiento de construcción◄

1.Aletas: Con un marcador permanente dibujar el patrón de líneas de guía (4) en la lámina de plástico, cortar cuidadosamente los patrones, dividir la base de cada aleta en cuatro partes iguales, trazando y luego cortando las tres líneas guía, plegar las pestañas dos hacia la izquierda y dos  hacia la derecha de manera alternada.

2.Falda: Envolver la carpeta transparente alrededor del cuerpo del cohete y con un marcador permanente marcar la posición donde se sobreponen los dos bordes, estirar nuevamente el rectángulo de la falda y divídalo en cuatro partes iguales, utilizando la línea previamente marcada como punto de referencia; primero se dobla la lámina a la mitad y luego se dobla cada mitad en cuartos, cortar a lo largo de los dobleces y de la línea marcada quedando el rectángulo en cuatro partes iguales. Pegar las aletas a la falda por el revés con cinta adhesiva de vinilo. Envolver la falda alrededor del cuerpo del cohete  sujetando el borde de inicio con la cinta adhesiva de vinilo, luego fijar firmemente la falda por el borde con más cinta adhesiva verificando que la falda está fijada en la posición correcta y  que sobresale más allá del final del pico de la botella.

3.Lastre: Pesar 50 gramos de plastilina y ponerla en la nariz del cuerpo del cohete Coloque el cohete sobre su dedo para determinar el centro de gravedad. El centro de gravedad debería estar más cerca del cono de la nariz que del centro físico real de la botella de PET.

4.Cono de la nariz: La segunda botella se utiliza para hacer el cono de la nariz, usar el marcador permanente para marcar las guías de corte en la sección que se convertirá en el cono de la nariz. Colocar el cono de la nariz sobre el cuerpo del cohete y asegurándolo con cinta adhesiva.

5.Cojín: Introducir la bolsa de la basura dentro del cono de la nariz y con 10 a 15 tiras de cinta adhesiva de longitud uniforme  sellar la abertura del cono de la nariz.

6.Final: Examinar completamente el cohete para asegurarse de que no está torcido o dañado de alguna manera, y de que todas las partes están adheridas firmemente. Enroscar la boquilla verificando si la parte superior de la boquilla sobresale ligeramente del faldón.

♦ Base de lanzamiento: Dispositivo desde el cual se lanza el cohete.

►Materiales◄

–4 rieles de guía (2cm × 2cm × 80cm largo).

–3 placas para el riel de guía (22cm × 12cm × 1cm espesor).

–1 placa corta para riel de guía (6cm × 12cm × 1cm espesor).

–2 placas inferior para riel de guía (60cm × 40cm × 1cm espesor).

–1 placa base grande (60cm × 80cm × 1cm espesor).

–2 ganchos (de aprox. 22mm diámetro).

–2 anillos de tornillo (de aprox. 16mm diámetro).

–2 bisagras (con sus tornillos  1 ½”   x   1  5/16”).

–1 trasportador.

–Hilo  (15cm aprox.)

–1 pesa (tuerca).

–1 cadena (60mm).

–25 o más clavos de acero inoxidable (20 – 25mm de largo).

–6 clavos de acero inoxidable (35 – 40mm de largo).

–Pegamento para madera

–Laca en aerosol para madera a base de aceite.

–Martillo.

–Destornillador.

–Lápiz.

–Regla.

 ►Procedimiento de construcción◄

1.Fijar los rieles de guía a las placas cortas en forma de caja con clavo pequeño (25mm de largo) hay que colocar pegamento a cada parte antes de clavar.

2.Dibujar líneas diagonales en una de las placas inferiores (60cm × 40cm × 0.08cm espesor) tomando como guía la caja de los rieles, alineando las cuatro esquinas con las líneas diagonales marcando los bordes de la caja; haciendo lo mismo en el reverso.

3.Fijar con clavos grandes (35mm largo) la placa inferior a  los rieles guía y en las placas de la caja guía fijar la placa con clavo pequeño (25mm de largo).

4.Del lado corto de la placa inferior en el espesor clavar un clavo grande (35mm largo) dejando 10cm de espacio; del lado largo atornillar los ganchos también en el espesor dejando 7cm de distancia de las esquinas hacia adentro para cada punto.

5.Conectar ambas placas con las bisagras dejando un espacio de 6cm del borde la placa. En la placa corta atornillar del lado contrario a las bisagras los anillos de tornillo en el espesor dejando 7cm de distancia de las esquinas hacia adentro para cada punto y en el lado corto en el espesor de las bisagras hacia fuera clavar y clavo grande (35mm largo) dejando 10cm de espacio.

6.En la caja de los rieles guía pegar la mitad de un transportador. Colocar el hilo a la tuerca y clavar un clavo de manera que haga nos indique cero grados con el hilo.

7.Aplicar a toda la madera la laca por ambos lados y dejar secar.

8.Por último conectar los ganchos en los anillos de tornillo y fijar la cadena en los clavos que nos irá dando el ángulo al cual saldrá disparado el cohete.

♦ Dispositivo de lanzamiento: Dispositivo hecho a mano para lanzar el cohete de agua.

►Materiales◄

–Manguera.

–Bomba de aire.

–Medidor de presión (manómetro).

–Conector.

–Abrazadera.

–Hilo naylon.

–Boquilla.

►Procedimiento de  construcción◄

1.Se conecta un pedazo de manguera a la  bomba de aire y el manómetro.

2.Se enrosca la boquilla al conector, con otro pedazo de manguera se conecta al manómetro, se le coloca la abrazadera y el hilo nylon al conector.

♦ PRUEBAS

La idea de mi proyecto era poder medir la altura que alcanzaría pero no conseguí el aparato que podría medir  altura así que solo pude medir la distancia a la que llegó.

Galería Método

Resultados

VIDEO 1 prueba[1] VIDEO 2 VIDEO 3[1]♦ PRUEBAS

La idea de mi proyecto era poder medir la altura que alcanzaría pero no conseguí el aparato que podría medir  altura así que solo pude medir la distancia a la que llegó.

Las pruebas las realice con tres tipos de cohetes, uno lo hice con dos botellas que es el más sencillo, los otros dos los hice con tres botellas y a uno se le colocó un teléfono para grabar; en todas las pruebas las botellas de los cohetes se llenaban a ¾ de su capacidad.

Pruebas de cohete sencillo.

Ángulo de 19°, 100psi de presión alcanzó 70 metros de distancia.

Ángulo de 20°, 100psi de presión alcanzó 65 metros.

Ángulo de 25°, 100psi de presión alcanzó 40 metros.

Pruebas de cohete con tres botellas.

Ángulo 11°,  80psi de presión alcanzó 80 metros.

Ángulo 20°, 100psi de presión alcanzó 70 metros.

Ángulo 25°, 100psi de presión alcanzó 63 metros.

Pruebas de cohete con tres botellas y teléfono con cámara  para  poder grabar todo el recorrido.

Ángulo 20°, 95psi de presión alcanzó 71 metros.

Ángulo 60°, 85psi de presión alcanzó 52 metros.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

La construcción y lanzamiento de cohetes de propulsión de agua es un experimento físico muy interesante. Al realizar este experimento se puede demostrar de manera sencilla que una de las leyes de Issac Newton se aplica en muchas actividades que realizamos.

Bibliografía

Biblioteca Juvenil ilustrada, Francisco Noreña Villarías y Juan Tonda Mazón, editorial Santillana. El movimiento Tercera ley de Newton páginas 46,47.

http://www.muyhistoria.es/contemporanea/articulo/10-hitos-clave-en-la-historia-de-los-cohetes

http://www.batanga.com/curiosidades/3639/el-cohete-de-agua-un-experimento-divertido

Summary

Construction and rocket propulsion water is a very interesting physical experiment, with which I learned that  many of the activities we apply Newton ‘s Third Law or Law of action and reaction; namely full force of action there is a reaction force equal in magnitude and direction but in the opposite direction , applied to different bodies. For example when I play with my dart gun when I shot  it feels like something pushing you back.

Research Question

Problem approach

How do I will measure the height that my rocket reaches?

Background

Objective

Knowing that high and distance   can go my water propulsion rocket.

Justification

We all have heard the NASA talking about the rockets that  they throw to the space so that it attracted attention of me to do a rocket that perhaps does not come to the space but that could reach big heights using only water  and air.

Hypothesis

If I fill with water my rocket and put a lot of air of that time I will do that it reaches a lot of height.

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography