LA APLICACIÓN DE LA TERCERA LEY DE NEWTON Y EL ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE LAS FUERZAS QUE ACTÚAN EN UN PROTOTIPO DE COHETE DE AGUA

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MANABÍ

INSTITUTO DE CIENCIAS BÁSICAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

FÍSICA Y LABORATORIO I

DOCENTE ING. DAVID ANZULES MG.

INFORME DE INVESTIGACIÓN FORMATIVA

TEMA:

LA APLICACIÓN DE LA TERCERA LEY DE NEWTON Y EL ANÁLISIS EXPERIMENTAL  DE LAS FUERZAS QUE ACTÚAN EN UN PROTOTIPO DE COHETE DE AGUA

ELABORADO POR:

CEDEÑO BURGOS ESTHELA NATHALY

PEREIRA RIOFRIO MARÍA JOSÉ

REYES CHIQUITO TATIANA JUANA

RISCO GARCÍA ANGGY LILIBETH

ZAMBRANO VARGAZ CARLOS ALFREDO

2015

Índice

1. Introducción                                                                        4
2. Objetivos                                                                        5

1. Objetivo general                                                                5
2. Objetivos específicos                                                        5

1. Modelo teórico                                                                6

1. Marco teórico                                                                6
2. Marco conceptual                                                                            12

1. Bibliografía                                                                          14
2. Anexos                                                                           15

Resumen ejecutivo

Este trabajo tiene como finalidad la observación y la experimentación de un cohete de agua con el cual se pretende explicar la tercera ley de Newton, de acuerdo a los parámetros con los que estamos trabajando. Estos parámetros están enfocados principalmente en la propulsión y el impacto, dicho de otra manera la propulsión se encuentra dada de acuerdo a la expulsión de su combustible (agua) y en el caso del impacto se encuentra precedido por la firmeza del suelo, es decir se aplicará la acción y reacción en este proceso.

Introducción

En la presente investigación se detallan los conceptos básicos en los que se fundamenta la tercera ley de Newton (principio acción-reacción). Se establecen comparaciones entre un cohete espacial real y uno desarrollado manualmente, lo que nos permite entender con mayor facilidad la relación entre ambos. Es decir, comparando entre ellos el tipo de combustible empleado, la expulsión de gases y la reacción que ejerce el cuerpo externo sobre el cohete. Además, se explicará cómo funciona el cohete de agua y cómo la reacción que se produce entre el agua y el aire que se bombea dentro de la botella provocará que este sea propulsado a una altura determinada posteriormente mediante la ecuación que se propone en este documento.

2. Objetivos

2.1. Objetivo general

• Demostrar la propulsión de un prototipo de cohete espacial mediante la tercera ley de Newton.  

2.2. Objetivos específicos

• Interpretar mediante el experimento, las fuerzas de acción y reacción, que ocurren en el despegue de un cohete espacial casero.
• Analizar la relación proporcional en la expulsión de fuerzas por parte del cohete y el poder de impacto que ocurre en el suelo al momento del despegue.
• Apreciar los cambios que surgen en el cohete luego de la ejecución de la tercera ley de Newton.
• Representar mediante la experimentación casera la tercera ley de Newton en la expulsión de gases y líquidos de un cohete

3. Modelo teórico

3.1. Marco teórico

La Tercera Ley Newton.

“Si el cuerpo A ejerce una fuerza sobre el cuerpo B (una “acción”), entonces, B ejerce una fuerza sobre A (una “reacción”). Estas dos fuerzas tienen la misma magnitud pero dirección opuesta, y actúan sobre diferentes cuerpos”. (Newton, I., 1687)

Según Verdugo, 2007:

Ambas fuerzas son de igual medida, actúan sobre cuerpos diferentes, tienen la misma dirección pero con sentidos contrarios. Algo muy importante que vale la pena repetir: las fuerzas de acción y de reacción actúan sobre cuerpos diferentes. Si actuaran sobre un mismo cuerpo entonces se anularían y, en consecuencia, no existiría una fuerza que aplicada sobre un cuerpo tuviera algún efecto.

A partir del anterior enunciado se entiende que dos cuerpos iguales no pueden ejercer acción y reacción entre sí, ya que ellos al tener magnitudes de fuerzas iguales pero en sentidos opuestos terminarán por anularse, pero si estos cuerpos que se encuentran en contacto son distintos en masa, no importa la velocidad que tenga uno con relación al otro, debido a que uno de los cuerpos tendrá una masa superior y esta será en mayor proporción la causante de la reacción positiva  o negativa que afecta al otro cuerpo (Verdugo, 2002).

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El vuelo de los cohetes espaciales también se explica como consecuencia del principio de acción y reacción debido a la aceleración de los gases de combustión que despide de su motor y que le sirven de impulso contra la tierra para poder ser elevado. Se trata del mismo efecto que observamos al dejar suelto un globo que acabamos de hinchar con la boquilla abierta. Se impulsa en diferentes direcciones hasta que se deshincha del todo.

        Recuperado de: http://fisica.laguia2000.com/dinamica-clasica/leyes-de-newton/principio-de-accion-y-reaccion-tercera-ley-de-newton

En este caso se puede notar que la ley en estudio está dada de acuerdo a la expulsión de gases dentro del motor de un cohete, dichos gases actúan como una fuerza ascendente que golpea al suelo de tal manera que la acción de los mismos permitirá que la rigidez del suelo haga levantar vuelo al cohete. Este mismo proceso se puede observar cuando inflamos  un globo y lo soltamos de nuestras manos, la expulsión del oxígeno contenido dentro del mismo hará que mediante el contacto de este gas con la resistencia del aire produzca un cambio brusco en su movimiento, haciéndolo incluso rotar en el aire.

Galilea, E. (2011):

El desplazamiento de un satélite o astronave en el espacio y el control de su posición son el objeto de la propulsión espacial, la cual se lleva a cabo mediante motores cohete. Éstos se caracterizan por transportar consigo todo el propulsante (combustible) y por funcionar de acuerdo al Principio de acción y reacción, generándose una fuerza o empuje F sobre la astronave mediante la expulsión en sentido contrario de un chorro de gas de alta energía cinética.

De acuerdo a lo dicho se llega a la conclusión que un  cohete o aeronave necesita en todo momento hacer uso de la tercera ley de Newton (acción y reacción), ya que para permanecer en órbita es necesaria la frecuente expulsión de gases que se crea por la combustión generada en el motor. Esto muestra que las leyes de la física deben ser necesariamente aplicadas tanto en la presencia de la gravedad terrestre como en el espacio poco gravitacional que existe fuera del planeta, pues si no se hiciera uso de estas leyes dicho cohete no podría mantenerse en movimiento o en suspensión en el espacio (Galilea, 2011).

Muchos de los cohetes actuales obtienen su empuje de reacciones químicas (motor de combustión interna). Un motor cohete químico puede usar propelente sólido, líquido o una mezcla de ambos. Una reacción química se inicia entre el combustible y el oxidante en la cámara de combustión, y el resultado son los gases calientes que se aceleran a través de una tobera (o toberas) en la parte final del cohete. La aceleración de estos gases a través del esfuerzo del motor (empuje) en la cámara de combustión y en la tobera, haciendo que el vehículo se mueva (de acuerdo con la tercera Ley de Newton) (Amador, 2010)

         Recuperado: http://3leydenewtonycohete.blogspot.com/

Se puede apreciar que todo tipo de cohete ya sea casero, espacial o de algún otro tipo funcionan bajo las mismas leyes de Newton, en este caso precisamente se está tratando sobre un motor en el cual ocurren reacciones químicas, dichas reacciones van acompañadas de un oxidante y diferentes tipos de propelentes que al entrar en contacto entre ellos desencadenan muchas reacciones que al mismo tiempo son liberadas de su espacio de acción creando así gases que al ser expulsados se expresan como una fuerza de empuje a la cual se denomina acción y que al entrar en contacto con el sistema externo del motor o de dicha nave hará que este cuerpo se acelere dando lugar a una reacción igual en magnitud pero en sentido opuesto.

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