Taller de coets d’aigua

Institut Antoni Torroja26/06/23  
  1. Presentació i principis físics del coet

El moviment dels coets i d’altres aeronaus es basa en el conegut principi d’acció – reacció, segons el qual si una part d’un objecte es accelerat en un sentit, l’altra part de l’objecte es mou espontàniament en sentit contrari, de manera que l’efecte global sobre la totalitat de l’objecte és nul. La part que s’accelera en primera instància es coneix com a propulsor, i pot ser des dels gasos despresos en la combustió de la pólvora o algun altre combustible, fins a l’aire (en el cas d’un globus inflat i tancat que s’obre de sobte) i passant per l’aigua que és el cas d’aquest taller.

2. Croquis explicatiu d’un coet d’aigua

3. Material i substàncies

  • Una botella d’aigua buida de plàstic petita (330 ml de capacitat) sense tap.

  • Un vas llarg, preferentment també de plàstic dur, més ample que la botella.

  • Paper fi d’assecar mans.

  • Un tap de goma per tapar la botella.

  • Una cullereta petita, mida de cafè.

  • Tisores.

  • Un cronòmetre i una calculadora.

  • Magnèsia efervescent, del tipus comercial “Sal de Fruta ENO” (es pot comprar a la farmàcia).

  • Aigua de l’aixeta.

4. Procediment

Ompliu la botella amb una quarta part, aproximadament, d’aigua de l’aixeta. Talleu un rectangle de paper d’assecar mans de dimensions suficients perquè es pugui enfonsar a través del coll de la botella fins a formar un petit receptacle al seu interior, i que els extrems del rectangle s’enganxin al coll de la botella, per la seva part exterior. Ompliu el receptacle de magnèsia efervescent, aproximadament, de 4 a 5 culleradetes de cafè, i tapeu la botella amb el tap de goma. Invertiu ràpidament la botella, de manera que l’aigua impregni el receptacle i entri en contacte amb la magnèsia que, immediatament, començarà a emetre gas (diòxid de carboni, CO2), i introduïu-lo a dins del vas, que farà els efectes de plataforma de llançament. Aquest gas s’anirà acumulant a l’interior de la botella i la pressió interna s’incrementarà progressivament (podeu comprovar com el recipient s’infla) fins a expulsar, de manera sobtada, el tap i l’aigua de l’interior. Pel principi d’acció – reacció, la botella (coet) s’enlairarà en sentit contrari. Podeu decorar el coet al vostre gust, abans del llançament.

5. El “motor” del coet

La “Sal de Fruta ENO” conté una mescla sòlida de bicarbonat de sodi (NaHCO3) i àcid tartàric (C4H6O6), que quan entra en contacte amb l’aigua de la botella, reacciona segons el procés químic següent:

2NaHCO3(s)+ C4H6O6(s) → Na2C4H4O6(aq.) + 2H2O(l)+2CO2(g) ↑

6. Els càlculs i els resultats

Amb el cronòmetre, mesureu el temps total de vol del coet en segons, des de que es dispara fins que impacta de nou contra terra. Anomenarem aquest temps, T. Amb aquesta dada, podem conèixer:

  • La velocitat inicial (v0, en m/s) amb què el coet s’enlaira des del vas: v0 = 0,5·g·T, on g és el valor del camp gravitatori terrestre a la seva superfície, i val 9,8 m/s2.

  • L’alçada màxima (H, en metres) que assoleix el coet la podem trobar a partir de l’expressió:

H = 0,5·v0·T – 0,125·g·T2