Cohete
12 mar, 2012
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PDFA reacción
PRESENTACIÓN: El movimiento de muchos sistemas mecánicos se explica, despreciando el rozamiento, empleando principios de conservación que relacionan variables cinemáticas y dinámicas. En un cohete los gases expulsados hacia atrás a gran velocidad provocan un desplazamiento en sentido contrario hacia adelante. Ocurre algo similar con el retroceso de las armas de fuego durante un disparo, pero cambiando el sentido de las acciones que producen.
- Baking Soda and Vinegar Rockets, James R. Claycomb, Christopher Zachary and Quoc Tran, Phys. Teach. 47, 88 (2009)
- Rocket physics, Stephen A. Widmark, Phys. Teach. 36, 148 (1998)
10 responses to "Cohete"
Generalmente, los gases que propulsan al cohete son producto de la reacción entre un gas combustible y otro oxidante, pero el futuro reside en el empleo de otras fuentes de propulsión. Los cohetes de vapor, por ejemplo, liberan agua supercalentada a través de una tobera donde instantáneamente se proyecta en un vapor de alta velocidad, empujando al cohete. La eficiencia del vapor como propelente para cohetes es relativamente baja, pero es simple, razonablemente seguro, barato y se encuentra en cualquier parte del mundo.
El futuro de los cohetes pasa por el estudio de la energía solar o nuclear como fuente de calor para vaporizar agua recogida alrededor del sistema solar. También son una opción estudiada los motores de iones, que usan energía eléctrica en lugar de química para acelerar sus reacciones. Estamos un poco más cerca de realizar viajes interplanetarios con gran empuje y altísimas velocidades.
La propulsión como tal es un sistema de desplazamiento muy recurrido en el reino animal dada su importancia a la hora de sobrevivir. En cada punto de la cadena alimentaria, o de la red de relaciones depredador – presa, la capacidad para llevar a cabo movimientos rápidos en relación a depredador o presa, o bien las distancias que deben ser recorridas antes de encontrar la presa, es uno de los factores más importantes que influyen en la supervivencia y éxito de la especie. Los calamares, el pulpo, el nautilo y otros invertebrados pueden recurrir a este sistema de desplazamiento, impulsándose rápidamente hacia delante gracias a la expulsión a chorro de agua que hacen pasar por sifones y conductos.
Práctica moi fácil de realizar, a única complicación é facer a base de lanzamento, e moi segura, xa que so se necesita auga e aire. Outros experimentos usan aguarrás (trementina) e boliñas de papel de aluminio, pero poden ser perigosos para os alumnos.
Con este experimento pódense explicar os lanzamentos verticais de sólidos. E incluso ao ver como sae a auga pódese explicar como se lanzan os cohetes. Cunha cámara gopro se pode gravar o lanzamento dende o propio cohete. Ademais con este experimento se poden probar distintos tipos de paracaídas para ver cal é máis efectivo.
Paréceme unha actividade moi atraínte para os alumnos xa que é moi espectacular na que pódese explicar que a propulsión do foguete é a lei de conservación da cantidade de movemento o principio de acción reacción. Pero encontro que e bastante laboriosa sobre todo como comentou Victor o facer unha base axitada. Ademais hai que buscar un lugar aberto afastado dunha zona onde pase xente ,animais ou haxa estruturas que póidanse danar polo seu impacto.
Un video que vi hace mucho tiempo (no recomendable de realizar) es el siguiente. Es muy visual e impresionante la propulsión a la que sale el cohete. Repito: recomendable de ver pero no de realizar, es una reacción muy imprevisible!!
Con este experimento se puede trabajar la 3ª ley de Newton contemplada en el bloque 7 «Dinámica» de la materia de física y química de 1º de bachillerato. Esta ley también llamada principio de acción reacción nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción de igual magnitud y de sentido contrario. En el caso del cohete, la presión que aumenta en el interior de la botella hace fuerza contra la Tierra y ésta a su vez ejerce la misma fuerza pero en sentido opuesto hacia el cielo. De este modo el cohete sale disparado venciéndose la fuerza de la gravedad. Si como combustible del cohete usamos ácido cítrico y bicarbonato estaremos también trabajando las reacciones ácido-base. En este caso, la presión es generada por el CO2 que se libera en la reacción. En el siguiente vídeo se puede ver el experimento de forma sencilla. Si se realiza con una botella de plástico el resultado es mucho más vistoso.
Los experimentos con cohetes son unos de los más atractivos para el alumnado. En este artículo de la revista Eureka se describen la construcción, fundamentos y aplicaciones didácticas de los cohetes de aire para el estudio de la Física en bachillerato y secundaria, pues dependiendo del nivel educativo al que se dirija, la actividad puede tener diferentes enfoques. Estos cohetes son más sencillos de construir que los cohetes de agua y no presentan riesgos, ni en su manipulación, ni en su lanzamiento. Constituyen un excelente recurso para el estudio de contenido básicos de física relacionados con cinemática, dinámica y energía.
Como dijo Nuria en su comentario, mediante este experimento se puede trabajar la llamada 3ª Ley de Newton o principio de acción-reacción. Según esta ley, si un objeto A ejerce una fuerza sobre un objeto B, entonces el objeto B ejerce exactamente la misma fuerza sobre A, de igual magnitud, pero en sentido contrario. Un ejemplo mucho más sencillo de realizar, que no requiere la creación de un cohete para el estudio del principio de acción reacción, es la actividad propuesta por la NASA en esta página.
Simplemente con un globo, una pajita, hilo y celo; podemos realizar un sencillo montaje que permitirá convertir un globo en un “cohete”. En primer lugar, se debe introducir el hilo dentro de la pajita y atar los extremos del hilo en dos puntos opuestos. El hilo deberá estar tenso. Después se infla un globo y se pega a la pajita con cinta adhesiva. A continuación, se soltaría el globo, observando que a medida que el aire se escapa de su interior, el globo se desplaza en dirección contraria. Lo que ocurre es que el aire atrapado en el interior del globo empuja el extremo abierto, lo que hace que el globo se mueva hacia adelante. Según el principio de acción-reacción, la fuerza del aire que escapa correspondería con la «acción»; el movimiento del globo hacia adelante con la «reacción».
La misma iniciativa tuvo el inventor alemán Gerhard Zucker en la década de 1930, cuando empezó a experimentar con el sistema de envío de correo por cohete. Su historial de lanzamientos exitosos es de risa; se llegó a considerar el cohete como el peor sistema de envío de mensajería y un riesgo de seguridad hasta para el país. Podéis informaros más sobre su malísima idea en este artículo.
Si realizamos un experimento donde realicemos un cohete, como en este caso impulsado por agua a presión u otros como CO2 no se puede dejar de mencionar una de las científicas más brillantes en el campo de los cohetes y la propulsión como fue Mary Sherman Morgan. Durante su carrera, Morgan desarrolló varios combustibles y propulsores de cohetes que se utilizaron en la NASA y en el programa espacial militar de los Estados Unidos. Uno de los logros más destacables fue el desarrollo del combustible del cohete hiperbólico, que se utilizó en el cohete Saturno 1B de la NASA durante el programa Apollo. Este combustible permitió que los cohetes pudieran alcanzar velocidades más altas y llevar cargas más pesadas al espacio, lo que fue fundamental para el éxito del programa Apollo y la llegada del hombre a la Luna.