ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUTRIALES

INTEGRANTES

ANGEL MAURICIO ROMERO CODIGO 28370EDWIN EDUARDO RODRIGUEZ CODIGO 11562

PROYECTO FINAL COHETE

FISICA TERMODINAMICA

NOVIEMBRE 15 DE 2014

Un instrumento para superar los limites de la gravedad

Objetivo General

Crear un cohete hidráulico integrando materiales reciclables, con el fin de poder comprender la mecánica y funcionamiento del mismo, teniendo en cuenta los referentes teóricos que permitan el desarrollo del proyecto.

Objetivos Específicos

Brindar conocimientos frente a los pasos, metodologías y leyes que se deben tener en cuenta, en el momento de la creación de un Cohete.

Genera una propuesta innovadora frente a los diferentes modelos que se tienen de cómo referentes de cohetes, teniendo en cuenta las proyectos anteriormente realizados.

Consolidar documentación en donde se puedan obtener diferentes fuentes teóricas, permitiendo al lector la posibilidad de adquirir información práctica y teórica del funcionamiento de estos instrumentos de vuelo.

Facilitar información acerca de los diferentes avances que ha tenido el mundo de la coheteria a nivel nacional e internacional, con el fin de identificar los más relevantes avances del campo aeroespacial.

Introducción

Por medio de este proyecto se desea consolidar un documento en donde se encuentre información acerca de los diferentes procesos y metodologías que se emplean en el momento de la creación de estos elementos aeroespaciales, en el transcurso del proyecto se documentan las etapas específicas para la realización de un lanzamiento del cohete con resultados exitosos y satisfactorios para el investigador.

Antecedentes

Nivel Internacional

El cohete se inventó en China, como arma, y aquellas primeras "flechas de fuego" chinas más tarde fueron convertidas en artillería por los ejércitos de Europa. Era el año 1045 cuando los ejércitos de China utilizaban para lanzar a sus enemigos, tanto flechas encendidas como granadas. Podemos asumir que los hombres de todas las épocas han tenido dos grandes sueños y entre ellos están el volar y fabricar estrellas. La pirotecnia es el cumplimiento del último. Hay pocos momentos en los que el hombre usa la pólvora solamente por razones estéticas. Sin embargo, la pólvora puede ser un verdadero acto de magia. La pirotecnia llegó a Europa en la Edad Media y acompañó especialmente las campañas militares. En 1486 se usó como elemento festivo durante la boda de Enrique VII. Durante el reinado de Elizabeth I llegó a ser muy popular. En el siglo XIX se agregó magnesio y aluminio a la mezcla, con lo que alcanzó mayor lucimiento y belleza. La idea de utilizar un cohete para lanzarlo al espacio surgió en 1926. El inventor estadounidense Robert Goddard tenía el sueño de enviar cohetes tripulados a la Luna, pero en su deseo se dio cuenta de que los cohetes con combustible sólido no eran lo bastante potentes ni fáciles de controlar en su viaje por el espacio. Por ello, inventó el primer motor de cohete de combustible líquido, y, si bien en Estados unidos le ridiculizaron, los alemanes tomaron buena nota de su invención. Durante la segunda guerra mundial, los nazis usaron los proyectos de Goddard para desarrollar el V-2 y crear, en 1944, un misil balístico de largo alcance. De hecho, los nazis lanzaron unos 2900 cohetes V2 explosivos contra Londres y otros objetivos entre los que podemos destacar Amberes. Hacia 1935, el proyecto principal era la construcción de un gran cohete de artillería, para el que se escogió la denominación de «A4». Para lograrlo se probarían las características del diseño y diversas técnicas de control en un modelo a escala: el «A5». De esta forma, a fines de 1941 el A4 estuvo terminado y el 13 de junio de 1942 se probó el primer ejemplar. Pero no logró levantar el vuelo, cayó sobre un costado y explotó. El segundo ejemplar, lanzado el 16 de agosto de 1942, voló 45 segundos hasta que comenzó a oscilar y finalmente se partió en el aire. El tercer misil realizó el 3 de octubre del mismo año el primer vuelo completo exitoso, alcanzando una altura máxima de 5 Km. y cayendo a una distancia de 190 km. El canciller alemán Adolfo Hitler, entusiasmado por el suceso, ordenó la producción masiva del A4 con el nombre de «Vergeltungswaffe 2» (arma de represalia número 2) o simplemente «V2», destinado a atacar Londres y el suelo británico porque no era efectivo contra objetivos militares debido a su poca precisión.

Nivel Colombia

En nuestro país el tema de los antecedentes en cuanto a proyectos en donde se vieron presentes el tema de coheteria no ha sido de los más reconocidos, cabe resaltar las grandes investigaciones que se han realizado entorno al campo de las ciencias aeroespaciales.

A Continuación se plasmaran unas fechas que fueron claves en todo el proceso de investigaciones dadas entorno a la coheteria en Colombia

1. 1° Lanzamiento por cohete por Francisco Restrepo Medellín (1961-1962) Altura Máxima 100 mts3.

2. Se realizan unos modelos de diferentes cohetes a escala 1-18, para expocision en el Planetario de Bogota (2006)

3. Se construyo Cohete denominado Seek I por Isais Moreno Moncada, su lanzamiento fue sobre la superficie del Terreno (1960)

4. Se construyo Cohete denominado Seek IIpor Isais Moreno Moncada, su lanzamiento alcanzo una altura de 80 mts aproximadamente (1960).

5. Se construyo Cohete denominado Tequendama I Isais Moreno Moncada, su lanzamiento alcanzo una altura de 300 mts aproximadamente (1962). 6. en la década del 90 se efectuaron 55 lanzamientos, alcanzaron alturas aproximadamente 100 y 350 mts, los cuales fueron construidos con papel, plástico y cartón.

7. En el año 2006 la fundación Elkeve, presenta un proyecto para llevar un roedor de vuelo suborbital, de alrededor de 80 Km, con motores de combustible líquido.

8. En el 2001 se reabre la comisión de astronáutica Asasac, Asociación de Astrónomos Autodidactas de Colombia, desde dicho periodo se reactiva la investigación en cohetería.

Estos fueron las fechas que marcaron historia en todo lo que tiene que ver cn los sistemas de vuelos referentes a la coheteria.

Marco Teórico.

El proyecto se basa gracias a grandes libros y teorías que fundamentan la creación de diferentes elementos aeroespaciales, durante la historia

.

Distintos tipos de cohete Congreve.  Dominio público

El cohete es un ingenioso (y demasiadas veces cruel) invento, útil para situar humanos en el espacio por su versatilidad para construirse en la Tierra y su funcionalidad como hábitat en el espacio. Mediante un combustible en ignición se generan gases de escape que por el principio de reacción expuesto en la tercera ley de Newton ("para cada acción se produce una reacción igual y opuesta"), empujan para salir e impulsan el cohete como reacción.

Prehistoria del cohete

Los principios de la cohetería ya fueron propuestos por Herón de Alejandría hace más de dos mil años. Herón inventó la pila eolípila, un artefacto que giraba bajo el impulso del vapor surgido una serie de mecheros curvos y que ha sido considerada como la primera máquina térmica de la historia basada en los principios de acción-reacción.

Aulo Gelio, un escritor romano que recopiló curiosidades antiguas en la época del emperador romano Marco Aurelio (161-180), en sus Noches Áticas (Noctes Atticae), habla de un ingenio en forma de paloma que colgado sobre el fuego se movería por efecto de una corriente cálida que surge de un tubo de escape, los principios básicos del cohete.

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 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.

Los cohetes en la imaginación popular

También en su aspecto recreativo era una comidilla común en las veladas populares. En 1649 Cyrano de Bergerac en su Viaje a la Luna planteó el uso de cohetes para viajar al espacio. Y 30 años antes, en España y América se reía la aventura del Clavileño del Don Quijote de Cervantes en su segunda parte (1615).

En 1687 Isaac Newton formula las leyes de la mecánica que permitió una mayor precisión en los cálculos.

Aunque los arcabuces y cañones sustituyeron a los cohetes, en buena medida se siguieron utilizando y desarrollándose, especialmente en la India, donde se había mejorado hasta alcanzar los 2 km de alcance y con los que se hostigaban a los británicos invasores. William Congreve, un militar inglés, basándose en estos cohetes, diseñó uno más agresivo y preciso que se usó por primera vez en 1804 y que se incorporó a los ejércitos más potentes de la época.

En 1840, el estadounidense Williams Hale inventa el cohete sin varilla estabilizadora, la mejora que se venía usando desde el siglo XI en China para dirigirlo.

Julio Verne publica en 1865 De la Tierra a la Luna que anticipa con bastante precisión lo que se lograría un siglo más tarde y que sirvió de inspiración a los padres de la astronáutica.

1883. Para muchos significa el comienzo de la era espacial. Ese año, el científico ruso Konstatin Eduardovitch Tsiolkovki (1857-1935) publicó el primer ensayo donde desarrolla su teoría de la propulsión a chorro y explicaba que un cohete podía funcionar incluso en el vacío.

Comienza la era de los pioneros de la astronáutica.

Los cohetes de agua emplean cantidades de energía lo suficientemente grandes para resultar peligrosas si no se manejan de forma adecuada o los materiales de construcción fallan, por lo que hay que tomar ciertas medidas de seguridad:

Cuando se construye el cohete hay que hacer una test de presión para ver su resistencia. Esto se hace llenando el cohete completamente de agua y presurizándolo aproximadamente al 50% de la presión que se piensa usar en el lanzamiento definitivo, para ver si la estructura aguanta.

Una botella de plástico corriente de refresco de dos litros normalmente aguanta una presión de 700 kPa sin problemas, pero debe tenerse en cuenta que no todas son perfectas y el plástico puede tener alguna irregularidad, por lo que siempre deben hacerse pruebas previas cuidadosamente.

Se desaconseja usar partes metálicas en las zonas del cohete que vayan a soportar la presión. Si el cohete reventara podrían actuar como metralla. Por lógica tampoco deben usarse botellas de vidrio que al reventar o al caer podrían proyectar peligrosos fragmentos.

Cuando se realice la presurización y el lanzamiento se debe uno mantener a una distancia adecuada. Generalmente se usan cordeles para accionar el mecanismo de liberación manteniéndose lejos de posibles trayectorias inesperadas del cohete.

El chorro de agua de un cohete tiene la suficiente fuerza para romper los dedos de quien lo maneja, así que nunca se debe intentar abrir su espita con las manos para lanzarlos.

Los cohetes sólo deben lanzarse en zonas abiertas y alejadas de los viandantes a los que les pudiera caer encima o de estructuras que pudieran dañarse por su impacto.

El impacto de un cohete de agua es capaz de romper huesos, nunca deben ser disparados contra la gente, animales o propiedades.

Es aconsejable usar gafas de seguridad durante su manejo. El pegamento usado para la unión de las partes del cohete debe ser apto para

usarse sobre plásticos, para que no se produzca corrosión en las uniones y se debilite la estructura.

Tiro parabólico. Ecuaciones de la trayectoria. Velocidad, espacio y aceleración. Movimiento rectilíneo uniforme. Movimiento uniformemente variado.Tiro parabólicoSe trata de un “movimiento rectilíneo uniforme” en su desarrollo horizontal y un “movimiento uniformemente variado” en su desarrollo vertical. En el eje vertical se comporta como el movimiento de “Tiro vertical”.Otro tipo de movimiento sencillo que se observa frecuentemente es el de una pelota que se lanza al aire formando un ángulo con la horizontal. Debido a la gravedad, la pelota experimenta una aceleración constante dirigida hacia abajo que primero reduce la velocidad vertical hacia arriba que tenía al principio y después aumenta su velocidad hacia abajo mientras cae hacia el suelo. Entretanto, la componente horizontal de la velocidad inicial permanece constante (si se prescinde de la resistencia del aire), lo que hace que la pelota se desplace a velocidad constante en dirección horizontal hasta que alcanza el suelo. Las componentes vertical y horizontal del movimiento son independientes, y se pueden analizar por separado. La trayectoria de la pelota resulta ser una parábola.Es un movimiento cuya velocidad inicial tiene componentes en los ejes "x" e "y", en el eje "y" se comporta como tiro vertical, mientras que en el eje "x" como M.R.U.

Características de las componentes según los ejes:

Eje v a

x constante 0

y 9,81 m/s² g

Ecuaciones del movimiento según los ejes:

Eje "x" (MRU)

 

Eje "y" (MUV)

1) v = Δx/t Ecuación de velocidad 1) yf = y0 + v0.t + ½.g.t² Ecuación de posición

  2) vf = v0 + g.t Ecuación de velocidad

  3) vf² = v0² + 2.g.Δy  

Ecuaciones de la trayectoria:

Posiciónx = (v0.cos θ0).ty = (v0.sen θ0).t - ½.g.t²

 

Velocidadvx = v0.cos θ0

vy = v0.sen θ0 - g.t

Altura máxima: como se explicó anteriormente, el comportamiento en el eje “y” es el característico del “Tiro vertical”, por lo tanto, para el cálculo de la altura máxima se emplean las mismas ecuaciones.

1) y Máxima = y0 + v0.t + ½.g.t² Ecuación de posición

2) 0 = v0 + g.t Ecuación de velocidad

3) 0 = v0² + 2.g.Δy  

LEYES DE NEWTON

Según la PRIMERA LEY DE NEWTON, si no existen fuerzas externas que actúen sobre un cuerpo, éste permanecerá en reposo o se moverá con una velocidad constante en línea recta.

El movimiento termina cuando fuerzas externas de fricción actúan sobre la superficie del cuerpo hasta que se detiene. Cuando se presenta un cambio en el movimiento de un cuerpo, éste presenta un nivel de resistencia denominado INERCIA. Por tanto, a la primera ley de Newton también se le conoce como ley de la inercia.

La SEGUNDA LEY DE NEWTON determina que si se aplica una fuerza a un cuerpo, éste se acelera. La aceleración se produce en la misma dirección que la fuerza aplicada y es inversamente proporcional a la masa del cuerpo que se mueve. Si la masa de los cuerpos es constante, la fórmula que expresa la segunda ley de Newton es: fuerza = masa x aceleración.

En cambio cuando la masa del cuerpo aumenta o disminuye (cohete), la aceleración disminuye o aumenta. Entonces, debes establecer la cantidad de movimiento (p) que equivale al producto de la masa de un cuerpo por su velocidad. Es decir: p = m x v.

La TERCERA LEY DE NEWTON postula que la fuerza que impulsa un cuerpo genera una fuerza igual que va en sentido contrario Es decir, si un cuerpo ejerce fuerza en otro cuerpo, el segundo cuerpo produce una fuerza sobre el primero con igual magnitud y en dirección contraria. La fuerza siempre se produce en partes iguales y opuestos. Por esta razón, a la tercera ley de Newton también se le conoce como ley de acción y reacción.

AERODINÁMICA

Las fuerzas aerodinámicas que produce en su movimiento el cohete se pueden simplificar en dos: sustentación y arrastre.

Para mejorar el vuelo, se debe producir la sustentación sin incrementar demasiado el arrastre. El Centro de Presiones (CP) es el lugar donde se concentran todas las fuerzas aerodinámicas normales que actúan sobre un modelo de cohete durante su vuelo. Es decir, es el punto donde actúa la “Fuerza Normal” resultante de todas las fuerzas de presión que ejerce el aire sobre la superficie del modelo. La ubicación de éste punto puede variar dependiendo de la forma del modelo. El Centro de gravedad (CG) es el lugar donde se concentra todo el peso del cohete. Es decir, hay tanto peso distribuido delante del CG del cohete, como detrás de él. La ubicación de éste punto varía durante el vuelo del modelo, ya que conforme el motor va consumiendo su propelente el reparto del peso en todo el modelo va cambiando.

El Margen de estabilidad de un cohete es la distancia existente entre el CP y el CG. Por convención, la distancia mínima para considerarla como Margen de estabilidad, es una separación entre el CP y el CG igual al mayor diámetro del cuerpo del cohete. A esta distancia mínima se la conoce como calibre.

Procedimiento de elaboración del cohete

Materiales

Botella platica 600 ml Cartulina

Radiografías

Pistola de silicona Papel Periódico

Colbon

Bomba de aire

Madera

Miple de Bicicleta

Bisturí

Palos de Balso

Pintura gris

Bases metálicas

Tornillos

Taladro

Proceso de Elaboración

Como primer medida se toma y se corta una radiografía y se forma un cono, este se pega con silicona a la cola de la botella con el fin de que tenga mejor aerodinámica, el segundo paso es tomar papel periódico y genera engrudo para fortalecer, dejar liza la botella y unirla con el cono, para que quede en una solo pieza.

Consiguiente tomamos las radiografías y las cortamos con las siguientes dimensiones generando un triángulo para las aletas laterales

Base 8 cm y Altura 12 cm

De estas se hacen 3 iguales por ala, dos del material de radiografía y una de cartulina, estas se pegan con pegante y se refuerzan con silicona

Des pues se realiza una pieza para las alas superiores

Base 10 cm Altura 6 cm

De estas se fabrican 3, dos del material de radiografía y una de cartulina, estas se pegan con pegante y se refuerzan con silicona

Por ultimo pintamos nuestro cohete con pintura gris y lo recubrimos con pegante con el fin de que la pintura sea más resistente y no se raye con las pruebas.

Pasamos a la Rampa de despegue del cohete

Cortamos un pedazo de madera y lo dejamos con las siguientes dimensiones

30 Cm de base y 20 de altura

A este adherimos las bases de metal incrustándola en la base con 4 tornillos.

Con el taladro realizamos don agujeros a cada lada a 7.5 cm de altura esto con el fin de poner un seguro o gatillo, y poder tener otra variable, para realizar nuestras mediciones

Introducimos el miple por debajo de la base metálica y la conectamos con la válvula.

Por ultimo colocamos unos palos de balso de 2 cm de largo en la parte trasera de la tabla a 2 cm entre cada uno para poder tener diferentes medidas.

Evidencias Fotográficas

Fuente Bibliográfica

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:WaterRocketLaunch.jpg www.iesfranciscoasorey.com/inventos/enlaces

http://coheteriacolombiana.blogspot.com/p/quienes-somos.html. http://www.astcol.org/wpcontent/uploads/2011/Historia%20Coheteria

%20Colombia.pdf http://www.iesfranciscoasorey.com/inventos/enlaces/cohete.html http://www.fisicanet.com.ar/fisica/cinematica/ap06_tiro_parabolico.php

Conclusiones

Podemos deducir que este proyecto es de bajo costo ya que una gran parte de los materiales son reciclables y en caso de una avería o daño de alguno de ellos, puedes buscarlos en casa.

En la elaboración de las alas de cohete es importante hacerlas de un material fuerte y resistente al agua, ya que inicialmente se realizaron de cartón y de láminas de aluminio, pero en cada prueba se deterioraban y finalmente perdía su consistencia y se caían.

Se identificó con los lanzamientos que para cumplir con las exigencias y parámetros de la prueba final, que el mejor Angulo para el despegue es de 45 grados y con 150 ml de agua ya que recorría una distancia aproximada de 20 mts la cual era casi precisa.

Se identificó la importancia de tener un disparador de gatillo, ya que con este se tenía un control del aire inducido a la botella, lo que generaba un parámetro más para la

exactitud y precisión de la prueba, ya que en la gran mayoría de cohetes se logró ver, que lo hacían sin este control.