【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,使得容器內空氣的氣壓增大,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
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,使得容器內空氣的氣壓增大,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.質量越大,所需提供的動量就越大,當質量一定時,速度越大動量越大.而提高速度的方法是提高單位時間內的噴水量.所以,只有當水火箭內的氣壓與水量適當時,才能飛地更遠更高.實驗中發(fā)現,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,根據此兩數據裝水灌氣,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,經常橫著或側著瓶身上升.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,因受到尾翼質量的影響,重心明顯偏后.這時候,因為物體旋轉時的中心為重心,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點所產生的力矩大于B點,故水火箭即會旋轉影響航道.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.知道火箭是現代航天所必需的運載工具,我國是火箭技術的發(fā)源地,現在的運載技術已經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.