MARCO TEORICO. Hay que tener en cuenta que el marco teórico que se abarcará en este documento.

Transcripción

1 MARCO TEORICO Para la realización del cohete hidráulico se debe tener en cuenta los siguientes conceptos físicos clave con el fin de hacer el experimento más efectivo, e igualmente para analizar y entender correctamente el proceso físico observado durante la consecución del mismo. Hay que tener en cuenta que el marco teórico que se abarcará en este documento. Para poder tener unas bases sólidas a cerca del proceso del experimento hay que definir conceptos como: 1. Masa: La cantidad de materia que contiene un cuerpo (gramos, libra, onza). 2. Tiempo: Magnitud física que permite calcular la duración de los sucesos. (segundos, hora). 3. Longitud: Magnitud que expresa la distancia entre dos puntos (metros, pies, milla) 4. Área: Expresa la extensión de un cuerpo en dos dimensiones: largo y ancho. (metros2, pies2, milla2) 5. Volumen: Expresa la extensión de un cuerpo en tres dimensiones: largo, ancho y alto. (pies3, milla3) 6. Temperatura: La cantidad de calor que posee un cuerpo. (Grados centígrados, Kelvin y Fahrenheit) PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Los fluidos bajo ciertas condiciones se comportan de una manera diferente.

2 1. Temperatura: Cuando aumenta la temperatura los líquidos fluyen más rápidamente, igualmente al excitarse las moléculas de los fluidos la densidad disminuye y es más dificultosa la transmisión del sonido. 2. Presión: La presión es la fuerza ejercida por un cuerpo sobre una unidad de superficie. La presión del aire disminuye a medida que la altitud aumenta, asimismo, la presión se reduce cuando la velocidad del fluido aumenta e incrementa cuando aumenta la temperatura. 3. Densidad: La densidad es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Esta se utiliza para determinar si un fluido es compresible o incompresible. En este caso, los gases son compresibles, varían de acuerdo al volumen que vayan a ocupar, a la presión, a la temperatura. Ésta aumenta cuando hay bajas temperaturas y viceversa. 4. Viscosidad: La viscosidad es la resistencia al flujo de un fluido. Calcularla es de gran importancia para reducir la fricción aerodinámica al momento de construir el proyectil. 5. Fuerza: La fuerza es conocida como un empuje o tirón, no obstante, más específicamente es un vector resultante de la masa del objeto por su aceleración (2da ley de Newton) teniendo en cuenta la dirección en la cual se ejerce. Se expresa en newton (N). 6. Peso y gravedad: El peso es la fuerza sobre un cuerpo debido a la atracción gravitacional de otro cuerpo por lo tanto varía de acuerdo a la fuerza de gravedad. La fuerza de gravedad es la cantidad de fuerza debido a la atracción de objetos por su masa. 7. Velocidad: La velocidad es la rapidez de un objeto junto a la

3 dirección de movimiento. Se calcula dividiendo la distancia recorrida entre el tiempo gastado. (Unidades: m/s, ft/s). 8. Aceleración: Es la tasa con la que cambia la velocidad de un objeto al paso del tiempo. Se halla mediante la división del cambio de velocidad entre el tiempo gastado. (Unidades: m/s2, ft/s2). CONCEPTOS IMPORTANTES PARA ANALIZAR LOS FLUIDOS (AIRE) Velocidad del sonido Tener en cuenta la velocidad del sonido es de vital importancia para los sistemas aerodinámicos. A una temperatura de 20 grados Celsius la velocidad del sonido es de aprox. 340m/s, ésta puede disminuir o aumentar de acuerdo al medio en el cual se encuentre, a la temperatura y a la presión. A velocidades subsónicas, las ondas de presión cambiante que se originan alrededor del avión se propagan en todas direcciones a la velocidad del sonido correspondiente a la altitud a la que viaja el avión. Líneas aerodinámicas y patrones de flujo Serán necesarias al momento de ilustrar y comprender mejor el recorrido en tiempo y espacio que realiza el aire alrededor del cohete, de sus alas y cuerpo. FENÓMENOS DE LOS FLUIDOS Fricción La fricción es la fuerza que actúa para resistir el movimiento relativo de cuerpos en contacto. Es por esto que para generar un movimiento entre dos cuerpos en contacto es necesario que la fuerza de empuje realizada en uno de los cuerpos sea mayor a la

4 fuerza de fricción. Esta fuerza de fricción se ve notablemente afectada por un coeficiente de fricción que depende de la rugosidad o suavidad de una superficie. Cuando el aire fluye a través del ala del cohete hay una fricción que se opone al movimiento, esta dependerá de la viscosidad Del fluido y de la suavidad de la superficie (además de la forma aerodinámica del ala y de todo el cohete). Capa límite Cuando el aire entra en contacto con una superficie el fluido se detiene por completo, sin embargo, una nueva capa de fluido se forma encima del anterior con menos fricción y por lo tanto con algo de movimiento; así se forman otras capas hasta que no hay efecto del flujo retardado por la fricción y el resto de las siguientes capas viajan a la velocidad original. La distancia que hay entre la capa de flujo que viaja a velocidad original y la superficie es llamada espesor de la capa límite. Este espesor aumenta conforme el fluido se mueve a lo largo de la superficie. Capa límite laminar y turbulenta La capa límite laminar se crea cuando el fluido corre a lo largo de una superficie lisa, corta y plana, produciendo así una capas paralelas unas a otras y muy delgadas. Por el contrario, la capa límite turbulento se forma en una superficie larga, donde la capa límite cada vez se va haciendo más gruesa, genera una mezcla de capas, un movimiento agitado y giratorio. En nuestro cohete de agua se formará una capa límite laminar que no afectará mucho el movimiento del cuerpo. Yonhatan David Montoya Oviedo Escuela Colombiana De Carreras Industriales (ECCI) Física Termodinámica

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