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Truck jet propulsion

Física Mecánica


Diego Nicolás López Rojas

Juan Sebastián Sierra Cárdenas

Lic. Javier Bobadilla

Bogotá D.C Colombia Abril de 2015

Diego Nicolás López Rojas. Juan Sebastián Sierra Cárdenas Página 1


Objetivos

Objetivo General:

Diseñar un carro de propulsión a chorro para identificar los conceptos de física por medio de este.

Objetivos Específicos:

Observar el funcionamiento del carro que es impulsado a través de la presión ejercida por el aire y el agua.

Lograr montar una estructura adecuada para que las fuerzas actúen de manera correcta y se pueda saltar la rampla.



Antecedentes

El proyecto de Elkin Gutiérrez (2013) sobre el carro de propulsión a chorro, nos da a conocer el procedimiento que se llevó a cabo para elaborar el carro, en el muestra materiales y en un video nos explica el funcionamiento. También relacionamos el proyecto de Daironfisica estudiante de la ECCI (2012). Observamos las fallas que tuvo su carro en el momento que se le realizo la prueba, de estos dos proyectos fusionamos las ideas para realizar mejoras contribuyendo en la construcción de nuestro carro.

Observamos videos de un concurso en Argentina donde también muestran una gran variedad de carros a propulsión de chorros, tomando el diseño más cómodo, teniendo en cuenta que se debe saltar una rampla. Obtuvimos diferentes modelos pero llegamos a uno que es el que nos da un mejor salto.

https://www.youtube.com/watch?v=o_R8osQXA04

https://www.youtube.com/watch?v=JLdO8ST4l_Q


https://www.youtube.com/watch?v=JLdO8ST4l_Q

https://www.youtube.com/watch?v=o_R8osQXA04


Reseña Histórica

Historia de la Propulsión a Chorro

El principio de la propulsión a chorro se conoce desde hace siglos, aunque su empleo para propulsar vehículos que transportan cargas es relativamente reciente. El primer motor a reacción que se conoce fue un dispositivo experimental de vapor desarrollado alrededor del siglo I dC. Por el matemático y científico griego Herón de Alejandría. Conocido como eolípilo, el aparato de Herón no realizaba ningún trabajo práctico, aunque demostraba que un chorro de vapor expulsado hacia atrás impulsa al generador hacia delante.

En 1910, siete años después de los primeros vuelos de los inventores estadounidenses Orville y Wilbur Wright, el científico francés Henri Marie Coanda diseñó y construyó un biplano con propulsión a chorro, que despegó y voló por sus propios medios.

El constante desarrollo de la propulsión a chorro ha llevado a avances espectaculares en la aeronáutica: por ejemplo, aviones pilotados capaces de alcanzar velocidades varias veces superiores a la del sonido, misiles balísticos intercontinentales o satélites artificiales lanzados por cohetes de gran potencia.



Marco Teórico

La propulsión a chorro es el procedimiento por el que se impulsa hacia delante un objeto como reacción a la expulsión hacia atrás de una corriente de líquido o gas a gran velocidad. Tiene como principio básico la presurización de un recipiente el cual contiene algún elemento llamado masa reactiva, misma que como su nombre lo indica reacciona a la impresión o aplicación de energía.

Un ejemplo sencillo de propulsión a chorro es el movimiento de un globo hinchado cuando se deja salir el aire repentinamente. Mientras se mantiene cerrada la abertura, la presión del aire en el interior del globo es igual en todas direcciones; cuando se suelta la boca, la presión interna que experimenta el globo es menor en el extremo abierto que en el extremo opuesto, lo que hace que el globo salga despedido hacia adelante.

Tercera Ley de Newton- Principio de acción y reacción

En el proyecto nos basamos en la tercera ley de Newton establece que si dos cuerpos interactúan, la fuerza ejercida sobre el cuerpo uno por el cuerpo dos es igual y opuesta a la ejercida sobre el cuerpo dos sobre el cuerpo uno: F12 = -F21 Esta ley, es equivalente a establecer que las fuerzas ocurren siempre en pares o que no puede existir una fuerza aislada individual. La fuerza que el cuerpo uno ejerce sobre el cuerpo dos se conoce como fuerza de acción, en tanto que la fuerza del cuerpo dos ejerce sobre el cuerpo uno recibe el nombre de fuerza de reacción. En realidad, cualquier fuerza puede marcarse como de acción o reacción. La fuerza de acción es igual en magnitud a la fuerza de reacción y opuesta en dirección. En todos los casos, las fuerzas de acción o de reacción actúan sobre objetos diferentes.



Presión

Tenemos en cuenta el concepto de presión, que es El estudio de la mecánica de fluidos comprende la densidad de una sustancia, definida como su masa por unidad de volumen. Por esta razón, las sustancias tienen densidades diversas los valores de la densidad varia un poco con la temperatura puesto que el volumen de una sustancia depende de la temperatura. Advierta que en condiciones estándar (0ºC y presión atmosférica) las densidades de los gases son casi 1/1 000 las densidades de los sólidos y de los líquidos. Esta diferencia significa que el espaciamiento molecular promedio de un gas en estas condiciones es casi 10 veces más grande que en un sólido o líquido. Los fluidos no soportan los esfuerzos de corte, por lo que el único esfuerzo que puede existir en un objeto sumergido en un fluido es uno que tiende a comprimir el objeto. La fuerza ejercida por el fluido sobre el objeto siempre es perpendicular a las superficies de este. Un fluido en reposo ejerce una fuerza sobre las paredes del recipiente la cual es perpendicular o normal a las paredes. Dado que la fuerza es normal a la superficie de las paredes, conviene expresarla en términos de presión recuérdese que la presión p se define como la fuerza normal F por unidad de área A

Elaboración del carro a propulsión de chorro

Materiales de nuestro carro:

Válvula schrader

Válvula de neumático

4 amarres plásticos de 40 cm de largo

Acrílico Reciclado

Botella de 600 ml

4 ruedas

Pegante Epóxido

2 Ejes

2 Tuercas (contrapeso)



Modelo en el cual no estamos basando:



Al realizar el carro como se había propuesto anteriormente, Observamos que se presentaban varias fallas, Se estaba utilizando un botella incorrecta que nos generaba mayor peso, por el cual modificamos el diseño del carro.

Construcción del TRUCK JET PRPULSION

Finalmente listo para las pruebas realizadas el 14 de mayo de 2015



Cálculos



Rampa:

h2=452+172

h=√2025+28 9

h=48 ,1 0

sin B= 4548,10

=0,93

sin−1 (0,93 )=68,43

90−68,43=21,57 °

Velocidad mínima para llegar al otro lado

Xmax=Vo2 sen2αg

Vo=√ x∗gsen2α

Vo=√ 0,5m∗9,8ms

Sen2(21,57)

Vo=√ 0,5 m∗9,8ms

Sen(43,14 )

Vo=2,6msVo=26,76 cm

s

Xmax=Vo2 sen2αg



Xmax=(26,76)2 sen2α9,8

Xmax= (26,76 )2 sen(43,14)9,8

Xmax=49,964

Altura máxima

hmax=Vo2Sen2θ2g

hmax=2,62Sen2(21,57)2(9,8)

hmax=4,9cmhmax=0,046m

Primera Prueba 14/5/2015

Secuencia de fotos en el momento del salto:



Observamos en la primera práctica que el carro se estaba inclinando en el momento del salto. Para solucionar este problema le construimos unos contrapesos para equilibrar el peso



de la botella que era el que nos causaba este desequilibrio, en el momento que el carro saltaba.

Tablas

50 cm entre Rampas

Distancia con respecto a la rampa

Presión Cantidad de Agua

1 m 5 Bar 350 ml1 m 4 Bar 350 ml1 m 3 Bar 350 ml1 m 2 Bar 350 ml

En las primeras mediciones modificábamos la presión, y mantuvimos la misma distancia y la cantidad de agua. Observamos que el carro no realizaba un buen salto y cuando caía seguía expulsando agua ejercida por la presión y se nos inclinaba hacia adelante por el peso del agua. Así que decidimos minimizar la cantidad de agua.

Distancia con respecto a la Presión Cantidad de agua



rampa1 m 5 Bar 270 ml1 m 4 Bar 270 ml1 m 3 Bar 270 ml1 m 2 Bar 270 ml

En la segunda variación de las mediciones, minimizamos la cantidad de agua, pero descartamos los valores más altos de presión, ya que se ejercía un mayor impulso, provocando que el carro sobrepasara el rampa donde debía caer. Realizamos el ensayo en 3 Bar y obtuvimos uno de los mejores saltos.

75 cm entre Rampas

Distancia con respecto a la rampa

Presión Cantidad de agua

1 m 3,5 Bar 290 ml1 m 3,5 Bar 290 ml1 m 3,5 Bar 290 ml1 m 3,5 Bar 290 ml

Realizamos el intento con las mismas medidas anteriores y observamos que el carro realizo un buen salto pero finalmente no alcanzo a pasar la otra rampa. Al observar el video deducimos que le faltaba presión y agua para llegar al objetivo ya que como se puede ver en la secuencia fue por muy poco que no alcanzo a pasar. Observamos la secuencia:



El objetivo como tal no se logró porque en el momento que se le soltaba la bomba se presentaba cierta inestabilidad provocando que el carro cogiera otro rumbo. Las veces que logro partir con estabilidad presento buenos saltos y a muy poco de lograr el objetivo como se evidencio en imágenes y videos.

Videos:

https://www.youtube.com/watch?v=ICXn-GOfEOs&feature=youtu.be

https://www.youtube.com/watch?v=KQHBAW4DQFQ&feature=youtu.be


https://www.youtube.com/watch?v=KQHBAW4DQFQ&feature=youtu.be

https://www.youtube.com/watch?v=ICXn-GOfEOs&feature=youtu.be


Conclusiones

El proyecto que realizamos ha contribuido de manera importante para identificar los conceptos de fuerza de rozamiento, principio de pascal, movimiento uniforme acelerado, principio de acción y reacción, presión. Es increíble como un proyecto tan sencillo nos ha reforzado y ayudado entender de una manera más divertida cada tema propuesto en el aula de clase.

En este proyecto relacionamos ejercicios que se trabajan el aula de Alcance máxima y altura máxima. Comprendimos como actúa el movimiento uniforme acelerado en el carro a propulsion de chorro. Ya que observamos como variaba la velocidad cada vez que la presión expulsaba el agua para generar el movimiento. También utilizamos llantas que nos generaban una buena fuerza de rozamiento y esto nos dio facilidad para poner a rodar el carro en cualquier terreno. Lo más importante de este proyecto fue haber aplicado el principio de Pascal, ya que por medio de este se lograba la propulsion a chorro, concentrando toda la presión en la válvula que teníamos de salida, para generar una fuerza que era la que nos ponía el carro en marcha.



Bibliografías

Tomado el 17/04/2015 de http://html.rincondelvago.com/propulsion-a-chorro.html -Documento sobre los conceptos de propulsión a chorro.

Tomado el 17/04/2015 de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/press.html - Documento sobre presión.

Tomado el 17/04/2015 de http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton - Documento sobre leyes de Newton


http://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Newton

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/press.html

http://html.rincondelvago.com/propulsion-a-chorro.html

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