viernes, 28 de enero de 2011

COHETE DE AGUA

ACTIVIDAD 4



Esta actividad utiliza el principio de acción y reacción de la 3° Ley de Newton, el cual fue explicado en la actividad N°2. Para los cálculos de las variables de la práctica se utilizan los conocimientos de cinemática, física correspondientes a un cuerpo de caída libre en tiro vertical hacia arriba, que son las siguientes:
·         Velocidad final = velocidad inicial + aceleración x tiempo
·         altura máxima = velocidad inicial x tiempo + ½ de aceleración x tiempo  al cuadrado

Aplicando las consideraciones del caso, en todo movimiento de tiro vertical la velocidad final es igual a la velocidad inicial, y el tiempo de subida es igual al tiempo de bajada, el ángulo de arranque es igual al ángulo de llegada y el punto de máximo ascenso coincide cuando la velocidad se anula, de lo que se deduce:
·         Velocidad inicial = aceleración de gravedad x tiempo
·         H máxima = Vo .t+1/2g.t

A los fines prácticos, midiendo el tiempo podremos obtener todas las variables, para lo cual se tomara el tiempo de subida y bajada del objeto y se considerara la mitad para calcular la altura máxima


Construcción: Se realiza con materiales simples y descartables.
·         Botellas de gaseosa lisas de medio litro
·         Cartón corrugado de plástico
·         Pegamento
·         Tijera
·         Cinta
·         Agua
·         Lanzador

Para la tarea se toma la plancha de cartón corrugado se cortan 4 rectángulos de aproximadamente 7 cm X 15 cm, se les realiza un corte en forma de triangulo y se moldean a la forma de la botella en la ubicación que corresponde (Cerca del pico). Una vez moldeadas se pegan (pistola de silicona) al cuerpo del cohete con el ángulo en dirección al pico. Para darle mayor aerodinámica (Que sea en punta) sele adosa otra botella a la cual se le ha cortado previamente el fondo, donde se introduce la base de la primera botella, se busca que queden unidas en forma recta y se le coloca una cinta adhesiva en la unión. Con lo cual se considera terminada la construcción.
El lanzador es un elemento un poco mas elaborado el cual debe cumplir los requisitos de unir el inflador de aire y cargar el tanque de energía del cohete, el cual contiene agua, aproximadamente 1/3 del volumen de la botella, para que realice el cierre hermético neumático y un sistema de traba para realizar este proceso de carga.

Operación: Se inserta el disparador en la botella, verificando la hermeticidad neumática (El sistema no debe perder agua) Luego de ello se le da el ángulo de la trayectoria, en nuestro caso 90° y se comienza a insuflar aire ayudado por un inflador manual, el cual tiene un medidor de presión, el cual cuando llega a los 6Kg se acciona el disparador y se pone en funcionamiento el cronometro hasta medir el momento en que el objeto hace contacto con la tierra. Se probó con barios diseños de cohetes en cuanto a tamaños, cantidad y formas de aletas obteniendo resultados diversos desde los 3Seg, hasta los 7,84 Seg. De vuelo. En nuestro cohete el tiempo de vuelo fue de 7,63 Segundos. Con este dato se introduce en las formulas de la cinemática y se obtienen los siguientes valores:
Tiempo máximo: El que corresponde a la altura máxima = ½ de T == 3,81 Seg.
Velocidad inicial: Vo = g.t = 9,8 x 3,81 == 37,34 M/s
Altura máxima: Vo.t+1/2.g.t2 = 37,34 x 3,81 + ½ .9,8 . 3,81 . 3,81== 213,39 mts.



GLOBO AEROSTÁTICO

Actividad 3:

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA:
En esta actividad se aplica el principio de Arquímedes para lograr la fuerza de sustentación que eleve un globo
PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
Física. Ley física formulada por Arquímedes y que regula el equilibrio de los cuerpos sumergidos en los líquidos. Se enuncia generalmente de este modo: Todo cuerpo sumergido en un líquido desaloja un volumen de éste igual al suyo y pierde de su peso tanto como pesa el volumen líquido desalojado.
Este principio es de una importancia científica y de una aplicación práctica inmensas.
La teoría de los cuerpos flotantes, la de los areómetros y de la determinación de los pesos específicos se fundan en esta ley. Muchos problemas de la navegación y todos los referentes al metacentro descansan igualmente en el principio de Arquímedes.
El principio de Arquímedes se demuestra experimentalmente por medio de la balanza hidrostática. Esta balanza se diferencia de la ordinaria en que tiene un pequeño gancho en la parte inferior de uno de los platillos del que se suspenden dos cilindros de metal, el inferior macizo y el superior hueco, cuya capacidad es igual al volumen exterior del cilindro macizo. Establecido el equilibrio, colocando peso en el platillo opuesto, se sumerge el cilindro inferior en el agua. El equilibrio se altera inmediatamente, y para restablecerle basta llenar de agua el cilindro superior, lo cual prueba que la pérdida de peso del otro cilindro es igual al peso del agua contenida en el cilindro hueco, cuyo volumen es igual exactamente al del cilindro sumergido. Este principio se demuestra también por el raciocinio. En efecto, considérese una masa líquida en equilibrio y que una parte de ella se solidifique tomando una forma regular o irregular, pero sin que aumente ni disminuya su volumen; entonces las presiones horizontales que sufre esa masa en tal estado deben destruirse mutuamente, y las presiones verticales producirán el equilibrio del cuerpo por obrar de abajo a arriba un empuje igual al peso de la masa; si se supone reemplazado el fluido solidificado por un cuerpo sólido de igual forma y dimensiones, éste sufrirá las mismas presiones, puesto que únicamente dependen de la extensión de las superficies y de su posición en la masa fluida, reduciéndose todas aquellas presiones a una fuerza que obra de abajo a arriba o a un empuje igual al peso del líquido desalojado. Si el peso del cuerpo excede al empuje, desciende en el líquido y la fuerza que le solicita a descender estará representada por la diferencia entre el peso del cuerpo y el del líquido desalojado, bastando para sostenerle una fuerza igual a dicha diferencia.
Por medio del principio de Arquímedes se puede fácilmente obtener el volumen de un cuerpo que no se disuelva en el agua. Para esto se le suspende por medio de un hilo fino de un gancho de la balanza hidrostática, pesándole primero en el aire y después en el agua destilada a 4º. La diferencia de peso expresa el peso del agua desalojada, y como de este peso se deduce el volumen líquido desalojado, es evidente que también éste será el volumen del cuerpo sumergido.
Este principio puede igualmente aplicarse al caso en que los cuerpos se sumerjan en los gases, y entonces puede enunciarse de este modo, que es como resulta de aplicación más general: Todo cuerpo sumergido en un fluido desaloja un volumen de éste igual al suyo y pierde de su peso tanto como pesa el volumen del fluido desalojado.
Se demuestra el principio de Arquímedes en este caso por medio del dasímetro obaroscopio (V. BAROSCOPIO), explicándose así el ascenso en la atmósfera de todos los cuerpos de menos densidad que el aire, tales como el humo, los vapores, las nubes, los globos aerostáticos, etc. La aerostación está, pues, fundada en el principio de Arquímedes referido a los gases, y todos los problemas de equilibrio que a aquélla se refieran tienen su fundamento y aplicación en dicho principio.

Una vez visto los fundamentos teóricos se procede a la construcción del objeto, para lo cual se utilizan elementos de fácil acceso
·         Papel de barrilete
·         Pegamento
·         Alambre maleable
·         Algodón
·         Alcohol
·         Tijera

Construcción:
Realizamos un globo con formato de prisma. Para lo cual tomamos 3 hojas de papel y las pegamos una al lado de la otra por la cara más corta, obteniendo una hoja rectangular de mayor tamaño, una vez obtenido el rectángulo se realiza un dobles a 45°, se remarca el dobles y se cortan los triángulos obtenidos, de ambos lados esta operación se realiza cuatro (4) veces (Las cuatro caras del prisma)
A continuación se pegan una al lado de la otra formando el cuerpo del prisma, se pliega por la mitad cada lado para facilitar el pegado de los extremos, uno queda sellado herméticamente y el otro se le realiza un curto perpendicular al largo del prisma de modo de dejar una boca de ingreso del motor de propulsión.
Con el alambre se arma un cuadrado cuyo lado debe coincidir con la abertura de la boca del globo en se colocara el armazón en la boca de ingreso, adhiriéndolo con cinta de papel, con lo cual queda finalizada la estructura del globo.
La propulsión se obtendrá gracias a un algodón embebido en alcohol el cual se le aplicara una llama. El algodón se coloca en el centro de la boca gracias a un alambre fino que cruza de un extremo a otro, con lo cual ya está listo para operar el globo.
Para realizar la prueba, debido a la combustibilidad de los elementos se realiza en un lugar cerrado y de materiales no inflamables; la operación se prueba consiste en extender el globo dándole la forma entre los integrantes del grupo y uno de ellos enciende el motor (El algodón con alcohol) esta fuente de calor calienta el aire dentro del globo, el cual tiende a expandirse mientras observamos que el globo se infla, al continuar el proceso de calentamiento llega un momento en que el globo queda suspendido en el aire hasta que transcurrido unos minutos comienza a ascender, hasta que toca el techo del edificio, si estuviésemos al aire libre, el mismo seguiría ascendiendo hasta perderlo de vista o hasta que se le acabe el combustible del motor, en cuyo caso al perder la fuente de calor, el aire interior del globo pierde temperatura con lo que aumenta la presión y tiende a igualarse con el ambiente por lo que comienza a descender. Esta funcionamiento ideal depende de la ausencias de corrientes de aires ya que si bien lo pueden impulsar más rápido pueden generar la inclinación de la llama del motor y debido a al combustibilidad de las paredes del globo el mismo tiende a incendiarse, con lo que se destruye inmediatamente.




EL HELICÓPTERO


  ACTIVIDAD 2:


FUNDAMENTOS TEÓRICOS:

 Tercera ley de Newton
Siempre que un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, este ejerce una fuerza igual y en sentido opuesto sobre el primero.

Los conocimientos sobre interacciones entre cuerpos son una buena base para estudiar la tercera ley de Newton. La acción de una fuerza sobre un cuerpo no se puede manifestar sin que haya otro cuerpo que la provoque. De esto se deduce que del resultado de una interacción a
Aparecen dos fuerzas, es decir, que las fuerzas se presentan por pares, lo que hace imposible la existencia de una sola fuerza en la naturaleza. La acción de un objeto sobre otro está siempre acompañada por una reacción del segundo cuerpo sobre el primero. La tercera ley de Newton indica claramente como se relaciona las fuerzas en una interacción.
La tercera Ley del Movimiento de Newton es el principio de acción y reacción. Este postula que a cada acción corresponde una reacción igual y contraria. Es decir, si un cuerpo A ejerce una acción sobre un cuerpo B, el cuerpo B reacciona y ejerce una fuerza igual y contraria sobre el cuerpo A.
Los cohetes funcionan en base al mismo principio, ya que se aceleran al ejercer una gran fuerza sobre los gases que expulsan. Estos gases ejercen una fuerza igual y opuesta sobre el cohete, lo que finalmente lo hace avanzar.
Cada material, sin importar cuán duro sea, es elástico. Esto hace que al ejercer una fuerza sobre él, este también lo haga. Por ejemplo, si empujas una mesa estas ejerciendo una fuerza sobre ella; Al mirarte las manos, podrás ver qué están deformadas por la fuerza y sientes dolor. Eso quiere decir que la mesa también ejerció una fuerza sobre tus manos.
Una fuerza es una interacción entre una cosa y otra. Una carreta se acelera cuando se tira de ella. Un martillo golpea una estaca y la hunde en el suelo. Un cuerpo interactúa con otro. ¿Cuál ejerce la fuerza y cual la recibe? La respuesta de Newton a esto es que ninguna de las fuerzas tienen que identificarse como “las que ejerce” o “las que recibe”; él creía que la naturaleza era simétrica y concluyó que ambos cuerpos se les debe tratar por igual. En el caso del martillo este ejerce una fuerza sobre la estaca, pero se le lleva al reposo en el proceso. La misma fuerza que impulsa a la estaca es la que desacelera al martillo. Tales observaciones condujeron a Newton a su tercera ley, la ley de la acción y la reacción.
La tercera ley de Newton se establece a menudo como sigue: “ A toda acción siempre se opone una reacción igual.” Es importante insistir que las fuerzas de acción y reacción actúan sobre diferentes cuerpos. Nunca actúan sobre el mismo cuerpo.
Las fuerzas de acción y reacción constituyen un par de fuerzas. Las fuerzas siempre ocurren en pares. Nunca existe una fuerza única en ninguna situación.
Puede parecer confusa la idea de un cuerpo que tira de la Tierra. La idea de la Tierra que tira del cuerpo es más clara, pues la aceleración de 9,8 metros/segundo2 es bastante notoria. La acción de la misma fuerza sobre la enorme masa de la Tierra, en cambio, produce una aceleración tan pequeña que no puede ser medida. Pero existe.
Empleando la tercera ley de Newton, es posible entender cómo obtiene un helicóptero su fuerza de sustentación. Las aspas tienen la forma adecuada para forzar hacia abajo las partículas de aire (acción), y el aire a su vez fuerza las aspas hacia arriba (reacción). A esta fuerza de reacción hacia arriba se le llama sustentación. Cuando la sustentación iguala al peso de la nave, ésta es capaz de mantenerse en un mismo punto en el aire.
Cuando la sustentación es mayor, el helicóptero asciende. Esto es cierto para las aves y los aviones. Las aves vuelan empujando el aire hacia abajo. En el avión de propulsión a chorro o de reacción, la nave expulsa gases quemados hacia atrás y éstos a su vez empujan la nave hacia delante.
Cuando alguien empuja contra una pared, ésta a su vez empuja contra la persona. Puede ser difícil de aceptar que la pared realmente empuje a la persona. La persona que gana un juego de tirar de la cuerda no es la que tira más duro de ella, sino la que empuja más duro contra el suelo. Por todas partes se observa el cumplimiento de la tercera ley de Newton. Un pez empuja el agua hacia atrás con sus aletas y el agua a su vez empuja al pez hacia delante. El viento empuja contra las ramas de un árbol con lo que generan silbidos. Las fuerzas son interacciones entre cosas diferentes. Cada contacto requiere de por lo menos un dúo; no hay forma de que un cuerpo pueda ejercer una fuerza sobre nada. Las fuerzas, siempre ocurren en pares, y cada miembro del par es opuesto al otro. Así, no se puede tocar sin ser tocado.
Una vez explicados los fundamentos teóricos del funcionamiento, pasamos a la parte operativa.
La actividad se refiere a la construcción de un helicóptero con elementos de la vida cotidiana


Se realizara una maqueta a escala con elementos cotidianos:
·         Una hélice y soporte de aeromodelismo
·         2 Barras de madera balsa
·         Papel
·         Pegamento
·         Alambre (Clips)
·         Bandas de goma (Elastiquines)


Los pasos en la construcción son los siguientes:
Tomamos la barra más corta (Gruesa), se le adhiere la porta hélices, a su vez se realiza con el clips una especie de gancho el cual sirve de eje para la hélice y unión con la propulsión del helicóptero, en el otro extremo de este eje se cierra a 90° de modo trabar la hélice para obtener el giro.
El otro extremo de la barra se aplica otro gancho (alambre) que sirve para sujetar la bandita.
Una vez que tenemos la parte principal del helicóptero, se procede la construcción de fuselaje, el cual es imprescindible para estabilizar el giro ya que de no tenerlo en vez de lograr que el cuerpo de la nave este detenida y gire solo la hélice, girarían ambos cuerpos, para lograr inmovilizar el cuerpo se le aplica una fuerza lateral que gracias a la presión lateral del aire se logra este cometido. En nuestro caso utilizaremos la barra fina donde le pegamos un cuadrado de papel de aproximadamente 5cm de lado, el cual se modificara en la prueba.
Este fuselaje se adhiere, con pegamento sobre el cuerpo principal a 3 cm de la hélice en forma perpendicular.
Una vez finalizada la construcción se realizan los vuelos de prueba enroscando la hélice lo que genera una torsión de la bandita quien es la que acumula la energía aplicada, cuando se suelta la hélice esta libera la energía acumulada en forma de giro, el giro de carga de la hélice es en sentido horario para que cuando trabaje ( que por su fabricación) genere un impulso de aire hacia abajo, y debido al principio de acción y reacción este proceso de empujar aire hacia abajo se produce una fuerza de empuje hacia arriba, lo que hace que el helicóptero se eleve por el aire. En la prueba y error se verifica la estabilidad reduciendo el fuselaje hasta encontrar el vuelo óptimo.


EL QUE NO CORRE, VUELA

Universidad de la Punta – Educación Digital

Materia: Aplicación de la Física.

Nivel: Secundario – Ciencias Naturales.

Integrantes: Morales Virginia, Morales Marcos











Actividad 1: 
AVION

Se trata de la construcción de un avión con elementos de la vida cotidiana, por lo cual se analizan los conceptos físicos del tema, se realiza la construcción y se comprueba si vuela.



FUNDAMENTOS TEÓRICOS:

El principio de sustentación por el cual vuela los aviones se basa en el principio de Bernoulli, el cual determina que ante un aumento de velocidad de un fluido, produce una disminución de la presión.
 





Bernoulli provoca un estrechamiento al medio de un tubo de vidrio como lo representa la figura y aplicando sendas boquillas con liquido en la parte normal y otra en la parte estrecha, al inyectar aire, se demuestra las diferencia de presión observando las alturas de agua de las boquillas, que son distintas entre sí, formando una diferencia de altura proporcional al gradiente de presión.
En el caso del avión las alas de un avión deben producir una diferencia de presión entre la parte superior respecto a la inferior, esto se consigue obligando al aire que pasa por arriba del ala, recorra una distancia superior a el aire que recorre la parte inferior. Y como este aire que impacta en el ala se divide en el frente al mismo tiempo y se vuelven a unir en la parte trasera del ala al mismo tiempo y como las distancias recorridas por ambas corrientes de aires son distintas (la de superior es mayor que la inferior), y basándose en la definición de velocidad es igual a distancia sobre tiempo, como los tiempo son coincidentes y las distancias son distintas conduce que las velocidades también lo son, operando se llega a que la velocidad del aire de la parte superior del ala es mayor que la velocidad del aire que recorre la parte inferior con lo cual se aplica Bernoulli y se deduce que sobre el ala se produce una zona de baja presión con lo cual se demuestra que se produce una fuerza hacia arriba que ocasiona que el avión se eleve .


Una vez explicados los fundamentos teóricos del funcionamiento, pasamos a la parte operativa.

Se realizara una maqueta a escala con elementos cotidianos:
·         Papel
·        
5,5 cm
 
Pegamento
·        
3 cm
 
Bombilla de plástico
·        
1 cm
 
Contra peso (Estañoline, plastilina, etc.…)


Los pasos en la construcción son los siguientes:
Se toma una hoja de papel A4 a lo largo y se marcan aéreas de 5,5 cm, 3 cm y 1 cm en todo el ancho del papel, se aplica pegamento en el área de 1 cm y se toma el extremo del área de 5 cm se curva y se coincide con el área con pegamento, luego se recorta el excedente y se obtiene el ala principal.
Para la construcción del fuselaje se toma el resto de papel, se marcan 5cm por el ancho de la hoja y se recorta obteniendo un rectángulo.
Tomamos el rectángulo a lo largo y se dobla por la mitad, luego los extremos se unen por el medio formando una W (Doble V) Se coloca pegamento en la parte del medio y queda una T al cual se le realiza un corte diagonal. Una vez que tenemos el ala y el fuselaje se procede a unirlo al cuerpo del avión (Bombilla).
Tomamos el ala se le marca justo al medio donde de adhiere la bombilla, dejando un extremo de la bombilla sobresalida de 3 cm aproximadamente.
El fuselaje se toma del modo que la parte pegada quede hacia arriba y se adhiere al otro extremo de la bombilla.
Una vez finalizada se le aplica el contrapeso en la punta libre del avión y luego se trata de equilibrar de la siguiente forma, suspendemos con el dedo índice el avión por la bombilla en la parte de atrás del ala y vamos reduciendo el fuselaje hasta que se logre el equilibrio.
Finalmente viene la prueba y error para lograr la relación optima entre ala y fuselaje, es decir que se debe lanzar en vuelo el avión y reduciendo el tamaño o la forma del fuselaje hasta lograr un vuelo estable (QUE PLANEE EN LINEA RECTA DESCENDENTE)