viernes, 22 de mayo de 2015

Día de la ciencia

Introducción
Con el motivo del día de la ciencia, hemos decidido encargarnos del lanzamiento de cohetes y estudiar la física que hay detrás de ella.
Para el experimento hemos realizado una búsqueda en Internet sobre el lanzamiento de cuerpos y posteriormente, nos hemos centrado en el campo aeroespacial.
Esta experiencia está relacionada con la conservación de la energía, las leyes de Newton, la caída libre de los cuerpos (MRUA) y presión atmosférica e hidrostática teniendo en cuenta la gravedad. Estos conceptos los habíamos estudiado con anterioridad pero queríamos ponerlos en práctica.
Todo empezó con una investigación y luego nos pusimos manos a la obra para construir nuestro propio cohete después de haber encontrado la forma de hacerlo. Como es algo nuevo para nosotras, no estamos completamente seguras de lo que va a suceder pero nuestras hipótesis apuntan a que el cohete, mediante la presión del aire ejercida por la bomba a través del tapón, hará que el cohete salga disparado hacia arriba. Ese es nuestro principal objetivo.

Construcción
Lo primero que construiremos será la plataforma, ya que es lo más sencillo. Lo que haremos será pegar cuatro trozos de madera simétricos a una plancha de madera, a la que anteriormente haremos un agujero en medio para colocar el cohete antes de su despegue. Para que la plancha sea más estable, colocaremos unas baras de madera para la triangulación. Una vez hecho esto, fijaremos una varilla de acero como guía para que el cohete se mantenga vertical y salga disparado hacia arriba. Con ello, nos aseguraremos de realizar un lanzamiento vertical más preciso e intentaremos lograr el máximo alcance del cohete.
A continuación, construiremos el cohete pegando cuatro alerones de cartón a la botella y situaremos un cono de cartulina en la punta dentro para que sea más aerodinámico. De esta manera, alcanzará una velocidad razonable y, además, introduciremos plastilina para aumentar el peso del cohete.
Materiales empleados

  • Botella de plástico
  • Tapón
  • Papel plastificado
  • Madera
  • Cartón
  • Pegamento y cola
  • Cartulina
  • Plastilina
  • Pintura
  • Bomba de aire
  • Agua
Problema
Teniendo en cuenta que el cohete, una vez llega a su altura máxima, se detiene y cae gracias a la gravedad, calcula la velocidad inicial que debe proporcionar la bomba.
MRUA



Conservación de la energía

Fórmulas

Concepto de gravedad
Es una de las cuatro interacciones fundamentales junto a la interacción nuclear débil, fuerte y electromagnética. Origina la aceleración que experimenta un cuerpo físico en las cercanías de un objeto astronómico. Por efecto de la gravedad tenemos la sensación de peso. Si estamos situados en las proximidades de un planeta, experimentamos una aceleración dirigida hacia la zona central de dicho planeta.
Para calcular la fuerza de la atracción gravitatoria podemos usar la ley de la gravitación universal(LGU):

La fuerza de atracción gravitatoria es el resultado de multiplicar la constante gravitacional (6,67·10^-11 N·m^2·kg^-2) por las masas de ambos cuerpos y dividirlo entre la distancia que los separa al cuadrado.
La gravedad de La Tierra es 9,8 m/s^2.
Leyes de Newton


  1. Principio de la inercia: Con respecto al cohete, podemos afirmar que si no le aplicamos ninguna fuerza no cambia su posición.
  2. Principio fundamental de la dinámica-> F=m·a :Con la fórmula podemos deducir la aceleración que va a sufrir conociendo la fuerza aplicada por la bomba y conociendo la masa del cohete (si se aumenta la masa, la aceleración disminuye).
  3. Principio de acción reacción: Cuando se ejerce una fuerza sobre un objeto, este realiza una fuerza igual pero de sentido contrario. En el caso de los cohetes, esta ley se ve aplicado cuando los gases que salen por los motores empujan a los cohetes en dirección contraria. Dichos gases se producen al mezclar el combustible con oxígeno. En el caso de nuestro cohete de agua, la propulsión del cohete produce la expulsión de una parte de su masa (del agua) hacia atrás, lo que provoca un empuje que propulsa al resto del sistema hacia delante (acción-reacción), compensando la cantidad de movimiento total del sistema.
Concepto de presión atmosférica
La presión atmosférica es la fuerza por unidad de superficie que ejerce el aire sobre la superficie. Se puede obtener su medida en un lugar determinado pero de ella no se pueden sacar muchas conclusiones. La unidad de medida son las atmósferas aunque en ocasiones se utilizan los milibares. El instrumento para medir es el barómetro terrestre.La densidad del aire disminuye conforme aumenta la altura y varía con la latitud.
Concepto de presión hidrostática
En cambio, la presión hidrostática, un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes del fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente sin importar la ordenación que adopten las caras.

Concepto velodidad de escape:
Es la velocidad mínima con la que debe lanzarse un cuerpo para que el escape de la atracción gravitatoria de La Tierra o de cualquier otro astro de forma que, al escapar su influjo, la velocidad del cuerpo sea 0. Esto significa que el cuerpo o el proyectil no volverá a caer sobre La Tierra o astro de partida, quedando en reposo a una distancia suficientemente grande (en principio, infinita).

Conclusión
Tras construir tanto el cohete como la plataforma, y encontrar una bomba para introducir en nuestro cohete (donde actuará la presión, tanto atmosférica como hidrostática), realizaremos unas pruebas en el patio de baloncesto. El primer intento cumplió nuestras espectativas ya que no se elevó más de un metro, pero, sin embargo, el segundo intento fue exitoso dado que superó la altura del edificio colindante al patio. Tras ver que nuestro cohete funciona, sentimos que nuestro trabajo había tenido bastante éxito y, sin duda alguna, nos alegramos al ver que las investigaciones y las horas dedicadas a este proyecto habían dado sus frutos. Esta experiencia nos ha servido para ver el concepto de la caída libre, MRUA, las leyes de Newton y la presión hidrostática y atmosférica de una forma distinta, aplicada a la vida real y, por tanto, más cercana.

Bibliografía
Hemos recurrido a diversos blogs de física que hemos encontrado en Internet, al campus en el apartado de física y química, al libro de química y a nuestros conocimientos previos.

Agradecimientos
Para empezar, querríamos agradecer a nuestro profesor de física, Víctor Acosta, por proporcionarnos los conocimientos necesarios para poder llevar a cabo este experimento. A continuación, también nos gustaría agradecer al Colegio Base por facilitarnos las instalaciones y los materiales requeridos.

Vídeo lanzamiento:


video

Fotos póster científico:







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