Divulgación y enseñanza de la ciencia

(PP-303-DC) Cohetes de propulsión química

  • Categoría: Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)
  • Área de participación: Divulgación y enseñanza de la ciencia
  • Asesor: Diana Vizcarra
  • Autor: Jose Pablo Hernandez Cardenas ()

Resumen

El experimento se basa en poder reproducir el efecto del despegue de un cohete pero con elementos seguros para los niños, por lo cual deberemos evitar explosiones y agregar materiales manejables por los niños.

Pregunta de Investigación

¿Cómo podemos hacer cohetes caseros sin explosiones peligrosas?

Planteamiento del Problema

Hemos visto en las películas, videos y caricaturas que para que se pueda elevar un cohete se necesita una explosión que genera fuego y humo. Necesitamos una manera alternativa segura para los niños.

Antecedentes

A muchísimas personas les encantan los fuegos artificiales, los cohetes y las cosas que salen desprendidas por los aires. Lamentablemente, muchas veces estas aparatosas reacciones son muy peligrosas y no se puede experimentar sin equipo y espacios especiales para ello. Afortunadamente, existen algunos experimentos que nos permiten lanzar objetos por los aires de forma prácticamente a prueba de accidentes.

Preparar un cohete casero es muy sencillo y divertido, además de que se puede aprovechar para explicar muchos fenómenos de los gases. Esto es conveniente por varios motivos: en primera, porque los gases son las sustancias “relativamente” más sencillas de estudiar, así que siempre se utilizan para introducir a los interesados en el mundo de la química. En segundo lugar, sirve para quitar la inquietud de muchas personas sobre lanzar cosas al cielo sin peligro alguno.

El vinagre es un ácido y el bicarbonato sódico una base. Al juntar el vinagre con el bicarbonato tiene lugar una reacción química ácido-base. Una reacción química es el proceso mediante el cual unas sustancias, los reactivos, se transforman en otras sustancias distintas llamadas productos. Nuestros reactivos son el vinagre (ácido) y el bicarbonato sódico (base) que dan como productos agua, acetato de sodio (que es una sal) y dióxido de carbono (un gas).

El dióxido de carbono, CO2, es el gas responsable de que se formen las burbujas y de que la botella salga disparada hacia arriba.  Cuando dejen de producirse burbujas la reacción química habrá terminado. Las reacciones químicas acaban cuando se consumen los reactivos o al menos uno de ellos.

Hay reacciones químicas que para que se produzcan necesitan tomar energía en forma de calor (reacciones endotérmicas) y otras que por el contrario necesitan desprenderse de ella (reacciones exotérmicas). Si tocamos la botella notaremos que está más fría, eso es porque esta reacción química es de las que necesitan absorber calor, es endotérmica.

 

CH3COOH +NaHCO3 → CH3COONa + H2O + CO2

 

vinagre (ácido acético) + bicarbonato sódico →  acetato de sodio + agua +dióxido de carbono

 

Un cohete es un vehículo, aeronave o nave espacial  que obtiene su empuje por la reacción de la expulsión rápida de gases de combustión desde un motor cohete. A ciertos tipos de cohete se los denomina misill y en este cambio de nombre no interviene el tamaño o potencia, sino que generalmente se llama misil a todo cohete de uso militar con capacidad de ser dirigido o manejado activamente para alcanzar un blanco.

Para esos usos militares, los cohetes suelen usar propelente  sólido y no usan ningún tipo de guía. Los cohetes equipados con cabezas de guerra (forma de misil) pueden ser disparados por aviones hacia objetivos fijos tales como edificios, o pueden ser lanzados por fuerzas terrestres hacia otros objetivos terrestres. Durante la Guerra Fría existían cohetes no guiados que portaban una carga nuclear, estaban diseñados para atacar formaciones de bombarderos en vuelo. En el argot militar se prefiere la palabra misil en lugar de cohete cuando el arma usa propelente sólido o líquido y tiene un sistema de guía (esta distinción no se suele aplicar a los vehículos civiles).

En todos los cohetes, los gases de combustión están formados por propelente, el cual se lleva en el interior del cohete antes de su liberación. El empuje de los cohetes se debe a la aceleración de los gases de combustión (ver Tercera Ley del Movimiento de Newton).

Hay muchos tipos diferentes de cohetes, su tamaño puede variar desde los pequeños modelos de juguete que pueden comprarse en tiendas, hasta los enormes Saturno V usados por el Programa Apolo.

Los cohetes se usan para acelerar, cambiar las órbitas, órbitas de reentrada, para el aterrizaje completo si no hay atmósfera (e.j. aterrizaje en la Luna), y algunas veces para suavizar un aterrizaje con paracaídas justo antes del impacto en tierra .

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).

No todos los cohetes usan reacciones químicas. Los cohetes de vapor, por ejemplo, liberan agua supercalentada a través de una tobera donde instantáneamente se proyecta en un vapor de alta velocidad, empujando al cohete. La eficiencia del vapor como propelente para cohetes es relativamente baja, pero es simple y razonablemente seguro, y el propelente es barato y se encuentra en cualquier parte del mundo. Muchos cohetes de vapor se han usado en vehículos terrestres pero un pequeño cohete de vapor se probó en el año 2004 llevando un satélite UK-DMC (Reino Unido). Hay propuestas para usar los cohetes de vapor para transportes interplanetarios usando energía solar o nuclear como fuente de calor para vaporizar agua recogida alrededor del sistema solar.

Los cohetes en los cuales el calor se proporciona de otra manera que no sea un propelente, tales como los cohetes de vapor, se clasifican dentro de los motores de combustión interna. Otros ejemplos de combustión externa en cohetes incluyen la mayor parte de los diseños de cohetes de propulsión nuclear. El uso de hidrógeno como propelente para motores de combustión externa proporciona muy altas velocidades.

Los cohetes se deben usar cuando no hay otras sustancias (tierra, agua o aire) o fuerzas (gravedad, magnetismo, luz) que un vehículo pueda usar para propulsarse, como ocurre en el espacio. En estas circunstancias, es necesario llevar todo el propelente que se necesite usar.

 

Se denomina propulsión espacial a cualquier tecnología capaz de impulsar una nave por el espacio. Para efectuar viajes espaciales es necesario algún sistema de propulsión capaz de imprimir aceleración a los vehículos. Debido al vacío del espacio exterior, cualquier aceleración deberá basarse en la tercera ley Newton (o ley de acción y reacción), según la cual, «por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad pero de sentido contrario». De esta manera, si un objeto expulsa parte de su masa en una dirección, el resto del objeto se desplazará en sentido contrario. Este es el fundamento de los motores a reacción, también llamados de «propulsión a chorro»: en ellos, parte de la masa de la nave (el combustible) es expulsada a gran velocidad en una dirección, ocasionando que el resto de la nave se desplace en el sentido opuesto.

El motor más empleado para la propulsión de naves espaciales es el motor cohete, pues es capaz de generar una enorme potencia y, a diferencia de otros tipos de motores, no necesita de oxígeno atmosférico para funcionar. Sin embargo, a pesar de la gran potencia de los motores cohete, no son eficientes para las enormes distancias espaciales. Con este propósito se están desarrollando los motores iónicos, que gracias a la mayor velocidad de salida del propelente pueden ser diez veces más eficientes. Aun así, ningún motor conocido hasta el momento es capaz de obtener velocidades suficientes como para plantear viajes interestelares. No obstante, existen diversas alternativas a los motores a reacción: la más inmediata la constituyen las velas solares, capaces de obtener impulso de la radiación solar, del viento solar, incluso de rayos láser o de  microondas enviados desde la Tierra. No se puede descartar tampoco que en un futuro lejano sean viables otros métodos de propulsión más exóticos, como los «motores de curvatura» o motores warp

Objetivo

Mostrar una manera en la que se pueda lanzar cohetes mediante una reacción no explosiva y segura.

Justificación

Nos agrada construir y las cosas que vuelan pero no podemos jugar con fuego o cosas que nos hagan daño.

Hipótesis

Si encontramos una manera de proyectar un objeto mediante alguna mezcla que funcione como combustible y que sea seguro, entonces,  podemos hacer un cohete de manera divertida y sin explosiones que nos puedan hacer daño.

Método (materiales y procedimiento)

Materiales:

 

  • Vinagre
  • Bicarbonato de sodio.
  • 2 a 4 botellas de plástico (600 ml)
  • Papel suave (toalla de papel, servilleta)
  • Tapón o corcho que permita ajustarse bien a la botella de plástico.
  • Cartulina
  • Cinta adhesiva.
  1. Recorta una de las botellas de manera que obtengas un vaso (plataforma).
  2.  Haz un cono de papel suave que se ajuste al cuello de la botella.
  3. Coloca alrededor de 150ml a 200ml del vinagre en la botella que sobró y el equivalente a una cucharadita de bicarbonato de sodio en el cono.
  4. Apoya los bordes del cono conteniendo el bicarbonato de la botella en el cuello de la garrafa y fija el cono al insertar el tapón en el cuello, presionando.
  5. Invierte la garrafa y agítala bien por algunos segundos.
  6. Inmediatamente después, apoyala con el fondo hacia arriba del vaso.
  7. Aléjate de la plataforma y espera el lanzamiento del cohete

Galería Método

Resultados

Pudimos observar la reacción química que provoca el vinagre con el bicarbonato, produciendo un gas que permite al cohete expulsar el corcho y tener la fuerza suficiente como para salir disparado por los aires.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Se puede reproducir el efecto del lanzamiento de un cohete con materiales seguros y de manera que los niños lo puedan realizar sin peligro alguno.

Bibliografía

https://es.wikipedia.org/wiki/Cohete

https://es.wikipedia.org/wiki/Propulsi%C3%B3n_espacial

Cortés Juárez Alejandro, Química Practica, Fernández Editores

Mosquira Roldán, Salvador; Requena F. Rubén René,El hombre y la Química, Ed. Patria

Pratt Van Cleave Janice Experimentos Divertidos para niños, Ed. Limusa

de Campos Valadares Eduardo, Física Divertida 1, Colección sello de arena Ciencia divertida, Ed. Terracota



(PP-303-DC) Cohetes de propulsión química

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography