EL COHETE NEUMÁTICO
Joan R. Malonda
COLEGIO DE
NTRA. SRA. DE LA CONSOLACIÓN
Nules (Castellón)
Introducción:
El cohete neumático es un proyecto sencillo que se basa en la tercera ley de Newton: acción y reacción. Haciendo uso de una botella de PET como elemento propulsor, se trata de construir un cohete que se elevará cuando se introduzca convenientemente en el interior de la botella aire y agua a presión, y hacerlos salir bruscamente.
El proceso abarca tres fases principales: diseño del cohete, construcción y lanzamiento, y en ellas entran en juego numerosas competencias que el alumno ha de saber ejercitar para llevar a cabo los objetivos propuestos.
Además, este proyecto puede tener un excelente colofón llevando a cabo la tercera fase del proyecto dentro de un programa de actividades más amplio organizado para un numeroso público a modo de exhibición: unas jornadas culturales, una tarde de puertas abiertas, etc.
Objetivos:
• Seguir el proceso tecnológico en todas sus fases.
• Usar los conocimientos de geometría para el diseño piezas simples.
• Practicar y valorar el rigor y la exactitud en los procesos para la construcción correcta de distintos elementos.
• Gusto por la realización completa, concisa y aseada de documentación.
• Valorar la planificación y la coordinación del trabajo en equipo.
• Realizar una exposición del proyecto realizado ante un numeroso público.
Relación del tema propuesto con el curriculo del Curso:
Está relacionado con los contenidos de 3º de ESO del Área de Tecnología (máquinas y motores, materiales), del Área de Plástica (dibujo geométrico), del área de Matemáticas (cálculo de desarrollos de polígonos, semejanzas) y Física y Química (medidas, redondeos y errores)
Material y recursos necesarios:
Cada equipo se proveerá de:
• Una hoja doble folio cuadriculado.
• Una botella de PET de dos litros, con un tapón de corcho que cierre a presión.
• Una cartulina de 65cm x 50cm. (Opcional: cartulina dura para los alerones)
• Regla, escuadra, semicírculo y compás.
• Calculadora.
• Tijeras, cúter, pegamento de contacto. Para todos los grupos:
• Una bomba de aire, con válvula para hinchar balones
• Un taladrado y broca del mismo calibre que la aguja del hinchador de balones.
• Cronómetro (puede utilizarse el del teléfono móvil).
• Plataforma de lanzamiento formada por:
o Una lata tipo de tomate de 1 kg
o Un listón de 3 x 4 cm2 de sección, de 30cm. de longitud
o Un tablero de aglomerado de 18mm. de grosor, de 25cm x 25cm aprox.
o Tornillos de 1cm y 3 cm
Los espacios para llevar a cabo el proyecto son el Aula de Tecnología y el patio del centro (a ser posible con servicio de megafonía).
Normas de seguridad:
• El uso de tijeras y cúter deben usarse sin dañar el mobiliario y con las precauciones necesarias para evitar accidentes.
• En la fase de lanzamiento, la velocidad de regreso del cohete al suelo es considerable, y puede ocasionar algún serio golpe.
Procedimiento:
1ª Fase: Diseño del cohete. (A) Croquis del cohete:
Tomar las principales medidas de la botella PET y hacer una copia proporcionada de ésta en una hoja cuadriculada, en alzado. Cada cuadrado de la hoja representará 1cm2, por lo que, convenientemente dibujada en la hoja, permitirá diseñar sobre ella la silueta del cohete con sus medidas.
Cada equipo decidirá la forma de los alerones y la altura del cono de la punta del cohete.
(B) Cálculo d las piezas.
Una vez decidida la forma, se pasa a concretar los desarrollos de las distintas partes de la carrocería siguiendo el esquema siguiente
Es decir:
- A partir del cilindro de base ‘D’ y altura ‘H’, calcular el rectángulo correspondiente de dimensiones ‘H x L’
- A partir del cono de diámetro de la base ‘D’ y altura ‘h’, calcular el sector circular de radio ‘G’ y ángulo ‘α’
- El resto de medidas serán acordes con el diseño de alerones y otros elementos más secundarios.
El profesor no olvidará recordar a los alumnos que en el trazado de cada desarrollo hay que dibujar las pestañas correspondientes que permitan el pegado de las distintas piezas (este detalle no está reflejado en la figura anterior)
Esta fase del proyecto se realizará sobre el doble folio cuadriculado, a modo de dossier. Se considera que todo el documento puede estar realizado sin la ayuda de reglas, escuadras, etc. Esta componente manual es interesante: los alumnos pueden comprobar la potencia de cálculo y creatividad con sus nociones de dibujo y una calculadora. Aquí el profesor puede tomar una primera valoración del proyecto: calidad de los esquemas, cálculos, presentación del documento, …
2ª Fase: Construcción del cohete y de la rampa de lanzamiento
1. Trazar en la cartulina todas las piezas y desarrollos calculados en la fase anterior, convenientemente distribuidas.
2. Una vez que el profesor comprueba que las piezas se ajustan a lo proyectado, recortar los elementos. Antes de pegar, comprobar que la botella cabrá sin dificultades en el interior de la carrocería de cartulina.
3. Trazar y recortar los cuatro alerones del cohete. Sería interesante tomar cartulina dura que darán una imagen de mayor robustez.
4. Pegar todos los elementos que forman la carrocería. Introducir la botella en el interior de la carrocería.
5. Taladrar el tapón de corcho con la broca adecuada, y comprobar que la aguja del hinchador se acopla ajustada.
6. Añadir al proyecto elaborado en la fase anterior un pequeño estudio sobre los materiales utilizados: propiedades mecánicas, costos, disponibilidad, impacto ambiental, reciclabilidad, etc.
Mientras esto se va llevando a cabo, el profesor puede pedir al grupo más aventajado que diseñe y realice una “rampa de lanzamiento” con el bote de conserva y las maderas detalladas en el apartado de “Materiales y recursos necesarios”. Si se observa la fotografía adjunta, se puede ver cómo la rampa sujeta al cohete directamente por la botella, y esto es muy importante: la botella va a contener hasta 1 litro de agua, por lo que los alerones (¡son de cartón!) no podrán soportar todo el peso del cohete. La botella
interior debe descansar sobre la circunferencia de la lata desfondada, evitando esfuerzos sobre la carcasa de cartón.
En esta fase el profesor tomará una segunda nota del proyecto que valore la realización del cohete, la implicación y coordinación de los miembros de cada equipo, etc.
3ª Fase: Exhibición de cohetes: lanzamiento.
Esta parte es la más espectacular. Se realizará en el patio del centro, con todo el colegio dispuesto alrededor de la zona central. Los miembros del equipo prepararán el lanzamiento de la siguiente manera:
1. Llenarán de agua hasta la mitad la botella del cohete. Esto conseguirá que el impulso del cohete por la reacción del lanzamiento sea mucho más potente.
2. Situarán el cohete sobre la rampa de lanzamiento, comprobando que quede vertical y bien apoyado, con el tapón bien encajado y el hinchador perfectamente dispuesto y preparado para poder insuflar aire en el interior del cohete. 3. Un miembro del equipo explicará al público presente las principales características del cohete, así como cualquier detalle que se considere interesante.
4. Se procede al lanzamiento: se bombea aire al interior del cohete hasta que el tapón no pueda soportar la presión y deje finalmente escapar de manera muy brusca el líquido con el aire retenido. El cohete se elevará dejando una estela de agua que no causará ningún tipo de inconveniente.
5. Se vigila la caída del proyectil, evitando que pueda alcanzar a cualquier niño (es la parte más peligrosa del proceso).
Tiempo necesario para desarrollar esta práctica:
1ª fase: 2 sesiones 2ª fase: 3 sesiones 3ª fase: 1 sesión
Cuestiones para los alumnos:
Este proyecto (diseño, montaje y lanzamiento del cohete) es de por sí bastante extenso. No obstante, es interesante proponer a los alumnos las siguientes
• ¿Cómo influye la cantidad de agua alojada en la botella en la altura alcanzada por el proyectil? Está claro que llenándola de agua completamente el cohete queda totalmente inoperativo, mientras que si únicamente contiene aire, el ascenso va a ser muy corto.
• Cuando se efectúa el lanzamiento, el cohete luego regresa con velocidad excesiva con el consiguiente impacto contra el suelo. ¿Sería posible idear algún sistema de aterrizaje más suave que permita su reutilización, pero que al mismo tiempo no dificulte su ascenso inicial?
• ¿Cómo hacer una estimación de la altura alcanzada? Con un sencillo goniómetro (cartulina y alambre) y algo de trigonometría, (o de semejanza de triángulos), se puede realizar una buena aproximación.
Análisis de los proyectos de los alumnos:
En general los cohetes han estado bien elaborados, pero los cálculos a partir del diseño inicial no han salido bien a la primera en numerosos casos: eso demuestra la poca importancia que al principio los alumnos daban al proceso de medición (el cono no coincidía con el cilindro, la botella quedaba demasiado encajada e incluso no llegaba a entrar…).
También ha habido que introducir algunos comentarios sobre la tolerancia o márgenes de error, ya que el redondeo de decimales a veces era fatal para encajar los distintos elementos del cohete.
construcción de la rampa de lanzamiento. Es muy sencillo: el único detalle importante es cortar adecuadamente la lata para que sea fácil colocar el cohete con el manguito de la bomba de aire.
Análisis de la práctica presentada por el profesor:
Si bien el interés inicial de los alumnos no fue entusiasta, ha sido un proyecto que poco a poco les ha ido atrapando. Además, aunque los materiales son sencillos, el resultado final es muy digno: robusto, bien acabado…
La tercera fase de este proyecto aún no ha sido realizada. Será en las jornadas culturales: la última hora de la tarde invitaremos a alumnos, padres, abuelos… para que asistan a la exhibición, un año más, de los cohetes elaborados por los alumnos del Área de Tecnología de 3º de ESO. Podréis ver un amplio reportaje en los meses siguientes en:
• http://20092010eso3.blogspot.com
