【簡介:】一、發(fā)射原理:
用橡皮塞塞緊的可樂瓶,形成一個密閉的空間.把氣體打入密閉的容器內(nèi),使得容器內(nèi)空氣的氣壓增大,當超過橡皮塞與瓶口接合的最大程度時,瓶口與橡皮塞自由脫離,箭內(nèi)
一、發(fā)射原理:
用橡皮塞塞緊的可樂瓶,形成一個密閉的空間.把氣體打入密閉的容器內(nèi),使得容器內(nèi)空氣的氣壓增大,當超過橡皮塞與瓶口接合的最大程度時,瓶口與橡皮塞自由脫離,箭內(nèi)水向后噴出,獲得反作用力射出.
二、水火箭的制作:
1.材料準備:3~6個2.25L的可樂瓶、剪刀、單面刀片、木塞、球類氣針、圓珠筆芯、訂書機、雙面膠、彩色裝飾紙.
2.制作過程:如圖1,取出其中一個可樂瓶,大約以1/3的間距切成三等份.如圖2,留下瓶口及中段部分,將第二個可樂瓶倒過來.如圖3,將第一個的瓶口蓋在第二個可樂瓶的瓶底,再將第一個的中段瓶身蓋在第二個可樂瓶的瓶口.蓋上后,用雙面膠粘緊.再找出一個硬紙板,參考圖4剪出平衡翼,平衡翼的數(shù)量為4個.太大的平衡翼很重,太小的起不了平衡作用.平衡翼的裝法參考圖5.剩余的工作就是裝飾了,彈頭的做法參考圖6、7.
制作流程圖:
3.制作重點:在制作過程中,噴口是最為重要的,密封一定要好,否則不能提供良好的壓力.氣針在木塞中,也要達到密不透水,最好用燒紅的針尖穿洞.如果還有漏水情況,可以在氣針上加裝一個圓珠筆芯,圓珠筆芯的頂端伸出水面,可防止打氣時氣泡的翻滾和漏水情況.制作示意圖如下圖:
4.水火箭的結構圖示意圖:
三、研究方法:
1.水火箭的豎直升高高度與瓶內(nèi)水位的關系可以通過做實驗的方法獲得:通過實驗得出,當水量為1/4時,水火箭飛地最高.由實驗結果看出:氣壓與射程成正比.這是因為氣壓越大,噴水的力量越大,水火箭的沖量越大,水火箭做反沖運動.而在發(fā)射水量為1000ml以上時,水火箭中的水未噴完,由于氣壓減小就停止了加速,增加水火箭的重量,使水火箭受重力影響而提前墜落了.質(zhì)量越大,所需提供的動量就越大,當質(zhì)量一定時,速度越大動量越大.而提高速度的方法是提高單位時間內(nèi)的噴水量.所以,只有當水火箭內(nèi)的氣壓與水量適當時,才能飛地更遠更高.實驗中發(fā)現(xiàn),若水量大于固定氣壓所能噴射的上限,則水火箭中的水不會噴完,要如何避免水噴不完的情形呢?根據(jù)PV=nRT,可求出一定氣壓所能噴出的水量上限.若是水量不夠一定氣壓所能噴出的水量被較早噴完.根據(jù)理論,發(fā)射時我們先量出能灌進水火箭的最大值,再算出此氣壓能噴出的最大水量,根據(jù)此兩數(shù)據(jù)裝水灌氣,即可達到水火箭之最大射程(Pmax=Fmax×Mmax).
2.怎樣提高水火箭的穩(wěn)定性.
水火箭在上升過程中,并不是豎直向上升的,經(jīng)常橫著或側(cè)著瓶身上升.這就要求我們必須提高它的穩(wěn)定性,使它豎直上升.提高它的穩(wěn)定性,就得考慮大氣阻力的作用.首先,水火箭頂部應為尖的,以便于減小空氣阻力;其次瓶體形狀應接近流線型,這樣便于氣流的通過;要使它豎直上升,還要在放置的時候使它豎直,我們就取了一個三角架,把水火箭支?。ú皇蔷o套)使它能豎直地立著.
3.發(fā)射軌道對射程的影響.
固定水量600ml,發(fā)射仰角50°.利用無軌發(fā)射架和70cm發(fā)射架分別發(fā)射水火箭并記錄結果及發(fā)射情況.比較發(fā)射軌道對飛行距離的影響.實驗結果顯示:有軌及無軌發(fā)射器在同一沖量所造成的射程都差不多,可見有無軌道都不影響射程.但在沖量越小時,無軌發(fā)射器發(fā)射的水火箭容易常常偏離預定方向;而有軌發(fā)射器因為有兩個支點,使水柱噴射時不易產(chǎn)生其他方向的分力,因此水火箭能精確的直線前進.所以,有軌發(fā)射器在準確度上勝于無軌發(fā)射器.
4.彈頭重量對發(fā)射軌道的影響.
固定水量600ml,發(fā)射仰角50°,使用有軌發(fā)射器.彈頭依序放置填充物,質(zhì)量為30g,40g,50g,60g.比較彈頭重量對水火箭發(fā)射軌道的影響.
由實驗可知:未加前置填充物的彈頭,因受到尾翼質(zhì)量的影響,重心明顯偏后.這時候,因為物體旋轉(zhuǎn)時的中心為重心,所以我們可以把重心G當成支點,則在只受重力的情況下彈頭即成一個以G為支點的平橫杠桿.在飛行時,彈頭A與彈尾B將受到相同的風阻影響,但由于力臂不同(AG>AB),所以A點所產(chǎn)生的力矩大于B點,故水火箭即會旋轉(zhuǎn)影響航道.所以我們必須放前置填充物,將重心G向A移動,使力臂AG=BG(即水火箭的中點),這樣A、B產(chǎn)生的力矩才會相同,達成平衡.但是如果前置填充物放得太多,重心偏前,造成力臂AG<BG,力矩A<力矩B,則又會變成旋轉(zhuǎn)的情形,而造成反效果.所以,由實驗的結果得知,填充物約65g為最好,而此時重心正好位于首尾中點.當然,這個質(zhì)量是不確定的,因水火箭的不同而異.
5.發(fā)射仰角的影響.
固定水量500ml水,前置填充物,使用有軌發(fā)射器.分別使用發(fā)射仰角35°、45°、55°、65°、75°.比較發(fā)射仰角對水火箭發(fā)射距離的影響.
水火箭的斜發(fā)與斜拋有關,所以由理論可得發(fā)射仰角為45°時,飛行距離最長.但由發(fā)射的結果得知:在發(fā)射仰角50°到55°之間(約為52°)時,可以達到最大的射程.當發(fā)射仰角太小時,水火箭向上的分力不大,使爬升高度不大,且由于水火箭的重量受地球引力的牽引,使其容易落下,造成射程縮短.而當角度太大時,其向上分力雖大,但向前分力太小,以至于射程太短,行成“射得高,但射不遠”的情形.所以在水火箭的發(fā)射角度方面,須考慮向上分力及向前分力適中、各種外界因素的影響以及發(fā)射仰角.
四、延伸制作.
1.于大型水火箭的制作.熟悉了水火箭的基本制作后,可以嘗試制作大型水火箭.由質(zhì)量較輕的金屬做成,提供氣壓由氣泵完成.
2.多級火箭的制作.
把幾個水火箭綁在一起,由一個進氣孔提供氣壓.同時噴出水柱,提高水火箭的飛行能力.
經(jīng)過這半個多學期的探索、研究、實驗我們初步地完成了水火箭研制工作,從中我們在許多方面有了提高.通過查找資料的方法,我們對火箭的發(fā)展歷史,特別是我國火箭技術發(fā)展的歷史,有了很深刻的認識.知道火箭是現(xiàn)代航天所必需的運載工具,我國是火箭技術的發(fā)源地,現(xiàn)在的運載技術已經(jīng)達到了世界先進水平,成為當今世界的航天大國.我國對航天航空事業(yè)很關注,然而由于資金短缺以及技術的缺陷航天事業(yè)發(fā)展地很緩慢,但隨著綜合國力的強大,在與外國的合作下已發(fā)射了多枚“長征系列”的火箭,去年,我國又成功發(fā)射了“神州二號”、“神州三號”宇宙飛船,為將來開發(fā)宇宙打下堅固的基礎.