IntroduccinLoaLos cohetes funcionan gracias al principio de accin y reaccin: los gases que salen por los motores empujan al cohete en direccin contraria. Esos gases se producen al mezclar el combustible con oxgeno.La construccin y lanzamiento de cohetes de agua es un experimento fsico muy interesante, porque en l se aplican de manera prctica muchos principios bsicos de la fsica. Entender estos principios ayuda a disear bien los cohetes para hacerlos ms eficientes, pero tambin permite conocer estos conceptos tericos y aprender a pensar.En este laboratorio consisti en dos partes. La primera consiste la preparacin de un prototipo de cohete impulsado por agua, realizando una previa investigacin acerca de los principios fsicos que rigen su funcionamiento y los requisitos aerodinmicos que se deben tener en cuenta para lograr un vuelo estable.

Marco teoricoMovimiento parablico.Se denomina movimiento parablico al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parbola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que est sujeto a un campo gravitatorio uniforme.

Cohete de aguaLos cohetes de agua son una prctica de modelismo de cohetes que utiliza el principio de accin reaccin para propulsar cohetes fabricados con envases plsticos reciclados haciendo una mezcla de agua y aire comprimido. El principio que explica la propulsin de un cohete de agua es la ley de la conservacin de la cantidad de movimiento, que es otra forma de llamar a la 3 ley de Newton o principio de accin-reaccin.1 Este principio establece que en ausencia de fuerzas externas la cantidad de movimiento de un sistema, p, que es el producto de su masa por su velocidad, permanece constante o lo que es lo mismo su derivada es igual a ceroLa construccin de estos proyectiles se vio facilitado por ciertas coincidencias afortunadas como el hecho que una botella de litro encaje perfectamente en un tubo de PVC de media pulgada. .

Proceso de construccin del Cohete. Para la construccin del cohete se utilizaron los siguientes materiales: Botellas de gaseosa de 1 litro y Lamina acrlica Madera balsa Lamina de radiografa Pegamento de contacto Silicona Cinta adhesivaAdems de las herramientas que utilizamos para su fabricacin: Tijeras, segueta, transportador, pintura, calcomanas, exacto, etc.En la construccin del cohete lo primero fue conseguir los materiales, muchos de estos materiales que se utilizaron fueron reciclados, como las botellas o la radiografa.Se utilizaron dos botellas, una botella entera como contenedor del combustible del cohete, se utiliz otra botella para sacar un cilindro hueco a ambos lados en los que se coloc los alerones.La alerones se realizaron en una lmina acrlica, que es un material resistente capaz de resistir los embates del viento, el corte de esta lamina represento cierto reto a la hora de construccin pues no se contaba con la herramienta adecuada para su corte y era preciso obtener las cuatro aletas los ms idnticas posible. Para fijar los alerones al cohete se utiliz madera balsa por su bajo peso. Agregndole a cada alern dos listones de madera que facilitaron la fijacin de las aletas al cuerpo de cohete utilizando cinta adhesiva y pegamento de contacto. Para la cabeza del cohete se utiliz la lmina de radiografa para fabricar un cono que le diera un mejor perfil aerodinmico. Luego se procedi a forrar el cohete con cinta adhesiva alisndole las partes sobresaliente. Por ltimo se le aplic una capa de pintura y se le agregaron calcomanas para darle un toque esttico a su terminacin.

La plataforma de lanzamiento se construy con un sistemas de tubos de pvc conectados a un compresor de aire. Adems se le agrego una plomada para determinar los ngulos en los lanzamientos que lo requirieron. Por ultimo para facilitar los lanzamientos se le agrego un sistema de freno de bicicleta que mantena sujeto el cohete hasta conseguir la presin necesaria para su lanzamiento.

Procedimiento 1.Tabla 1. Parmetros primer lanzamiento, prototipo VALS.AnguloPresinMasaVoY maxtv

9040 lb181 g26.61 m/s36.13 m5.43

Calculo de la velocidad inicial. Calculo de la altura Mxima

(1)

Determinacin de la ecuacin del movimiento.Para conocer la funcin que relaciona la posicin del proyectil en el eje horizontal con respecto al tiempo se utiliza la ecuacin 1 y se remplazan los valores de y . para

Grafica 1. Posicin respecto al tiempo, primer lanzamiento 90.Tabla 2. Parmetros segundo lanzamiento 90, prototipo APOLO11AnguloPresinMasaVoY maxtv

9050 lb174 g31.11 m/s49.38 m6.35

Calculo de la velocidad inicial. Calculo de la altura Mxima

Determinacin de la ecuacin del movimiento.Para conocer la funcin que relaciona la posicin del proyectil en el eje horizontal con respecto al tiempo se utiliza la ecuacin 1 y se remplazan los valores de y . para

Grafica 2. Posicin respecto al tiempo, segundo lanzamiento 90.Procedimiento 2. En el procedimiento dos se realizaron los lanzamientos variando el ngulo de tiro de los cohetes y midiendo el alcance horizontal mximo. El primer lanzamiento se realizo con un ngulo de 30 grados y una presin de 50 lb. Tabla 3. Parmetros lanzamiento 30 grados, prototipo VALS.AnguloPresintvMasaVoY maxX max

3050 lb1.97 s181 g19.32 m/s4.8 m33 m

Calculo de la Velocidad inicial () Calculo de la altura mxima ()

(2)

(3)

(4)

Calculo del tiempo de vuelo () Ecuacin de la trayectoria

(5)

(6)

El segundo lanzamiento se realizo con un ngulo de 45 grados y una presin de 50 lb. Tabla 4. Parmetros lanzamiento 45 grados, prototipo VALS.AnguloPresintvMasaVoY maxX max

3050 lb3.41 s181 g23.63 m/s14.24 m57 m

Calculo de la Velocidad inicial () Calculo de la altura mxima ()

Calculo del tiempo de vuelo () Ecuacin de la trayectoria

El tercer lanzamiento se realizo con un ngulo de 60 grados y una presin de 50 lb. Tabla 5. Parmetros lanzamiento 60 grados, prototipo VALS.AnguloPresintvMasaVoY maxX max

6050 lb3.03 s181 g17.15 m/s11.25 m26 m

Calculo de la Velocidad inicial () Calculo de la altura mxima ()

Calculo del tiempo de vuelo () Ecuacin de la trayectoria

Anlisis de resultadosTabla 6. Resumen resultados obtenidos lanzamientos a 90.AnguloPresinMasaVoY maxtvFuncin posicin

9040 lb181 g26.61 m/s36.13 m5.43

9050 lb174 g31.11 m/s49.38 m6.35

De estos datos obtenidos es esta parte del procedimiento donde se mantuvo constante el ngulo de tiro y se vario la presin del lanzamiento, deja muy claro que la velocidad inicial de salida est directamente relacionada con la presin aplicada con el compresor. A una mayor presin mayor va a ser la fuerza con la que el agua saldr de la botella y por ende se ha de cumplir el principio de accin y reaccin de la mecnica, la fuerza con la que el agua sale del cohete es igual a la fuerza con la que el proyectil tendr para vencer la fuerza de gravedad y elevarse en el aire.Aunque nuestro grupo quera comprobar que circunstancias en la construccin de ambos modelos lo hacan ms ptimos para describir vuelos ms aerodinmicos y por lo tanto ms acercado a las leyes de la fsica que modelan estos movimientos. No fue posible, al perder uno de los prototipos (APOLO11) en el techo del edificio del bloque B de la universidad.Los otros datos obtenidos fueron las ecuaciones que modelan la posicin del proyectil con respecto al tiempo, estas formulas obtenidos y que se resumen en la tabla 6 son un aproximacin del comportamiento de los proyectiles en el tiempo, ya que los vuelos como era de esperarse se vieron influenciados por fuerzas externas, principalmente por el viento y la friccin con el aire, este, que no se tuvieron en cuenta en los procesos de clculo, pero que no impidieron hacer una acercamiento a las leyes que estudiamos en clases.

Para la segunda parte de la prctica se cambio el ngulo de lanzamiento manteniendo una presin constante, de los tres lanzamientos realizados se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla 7. Resumen resultados obtenidos lanzamientos a 30, 45 y 60.AnguloPresintvMasaVoY maxX maxTrayectoria

3050 lb1.97 s181 g19.32 m/s4.8 m33 m

4550 lb3.41 s181 g23.63 m/s14.24 m57 m

6050 lb3.03 s181 g17.15 m/s11.25 m26 m

Analizando esta tabla que resume el comportamiento de los lanzamientos, cuando se modifico el ngulo, se puede inferir que lo que determinara el alcance de los proyectiles es esta variable. Como era de esperarse el mximo alcance se obtuvo con un ngulo de 45. Otro resultado esperado era obtener una distancia igual o cercana para los ngulos de 30 y 60, ya que al ser complementarios se cumple que , y aplicarlos dentro de la ecuaciones de alcance mximo nos debera dar el mismo valor. No fue el caso exacto, en estos dos lanzamientos por las razones que ya se consideraron antes (viento), aunque para las circunstancias, las distancias obtenidas, no estn tan alejados de la situacin ideal.

Conclusiones.

Como resultado de este laboratorio de fsica sobre lanzamiento de proyectiles y despus de haber llevado a cabo el proceso de construccin del cohete, lanzamiento de este y posteriores clculos de los datos recogidos en la prctica, podemos concluir que es posible aplicar las leyes del movimiento a situaciones reales y encontrar el modelo que describa el fenmeno fsico. Durante el proceso se comprendi el principio de independencia de los movimientos y se corroboro que el mximo alcance horizontal se obtiene con un ngulo de lanzamiento de 45 y que los ngulos complementarios de lanzamiento deben producir la misma distancia horizontal. Tambin fue posible otros conceptos fsicos como el fenmeno de accin y reaccin que es el responsable de que los cohetes se eleven por los aires, adems de las cualidades aerodinmicas que permitan que los cohetes presentaran un vuelo lo ms estable posible.Por otra parte es importante que el desarrollo de este laboratorio nos vimos inmersos en un plano en el que tuvimos que aplicar nuestra creatividad e ingenio, lo que es importante como futuros ingenieros, para construir los modelos y la realizacin del laboratorio en general, adems que el desarrollo de la prctica sirvi como un momento de esparcimiento.

Bibliografa.Franco Garcia, A. (s.f.). Curso interactivo de fisica. Recuperado el 25 de 10 de 2014, de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/cinematica/curvilineo/parabolico/parabolico1.htmlKats, G. (s.f.). Air Command - Water Rockets. Recuperado el 27 de 10 de 2014, de http://www.aircommandrockets.com/index.htm