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  • 1 # 使用者1856473604127

    深入剖析水火箭

    水火箭一直是我校科技節上一項重要的比賽,但因其原理和設計都比較簡單,部分同學認為其沒有挑戰性。其實不然,正因為部分同學認為其原理及其製作簡單,才使水火箭的高度一直沒有突破。請相信,“把平凡的事情做到極致才是偉大!”我下面從兩個方面闡述我個人對水火箭的認識。

    理論角度:

    水火箭的的基本原理是反衝原理。許多同學在做水火箭之前,都會想到上網查一下其原理及相關步驟,然後根據瞭解到的步驟一步步做下去。

    要使一個物體從靜止開始運動,必須有力作用在物體上,並且作用一定時間T。力F和時間T的乘積FT叫做力的衝量。要使水火箭發射,就必須有衝量作用在水火箭上。這種衝量就是由水火箭內空氣瞬間膨脹對水做功形成反衝。

    現實生活中,我們經常會看到這樣的現象,一個充足氣的氣球拿在手上,突然放手時,氣體從氣球中噴出來,這時氣球就向相反方向飛出。這種運動遵循動量守恆定律。物理學上稱作反衝。m水v水=m箭v箭。理論上水量越多,可以使水火箭獲得更大的衝量。

    水火箭飛行所能達到的最大速度,也就是動力系統所提供的動力全部用完時的最終速度,主要取決於兩個條件,一個是噴水速度,二是質量比(火箭開始飛行時的質量與動力耗盡時的質量之比)。噴氣速度越大最終速度越大,瞭解這樣原理之後就可以製作水火箭了。

    現實操作:

    根據上述原理,可以很容易進行操作,操作過程中要注意以下幾點:水火箭要有基本的火箭外形,如箭頭、箭身、尾翼、動力系統;箭頭要做成標準的圓錐狀,且在安裝時注意不能裝歪,否則影響飛行方向;箭身平滑,減小空氣阻力;尾翼大小適中,且等距分佈;動力系統能提供一定能量。(動力系統:向瓶中裝入約1/3體積的水,用裝上進氣系統的橡皮塞封口,透過向瓶內打氣,使動力系統獲得能量)。以上做法是歷年來水火箭的基本做法。

    這種方法做出的水火箭一般飛行高度在30m以下,時間7s以下,這次科技節的水火箭比賽時,絕大多數在3s-7s之內,而我們班水火箭飛的高度最高達80m,時間為12s,其有三大原因。在此與廣大同學進行分享,主要是為了共同提高同學對水火箭的認識,也希望高一同學在此基礎上取得突破性成績。

    1. 比賽期間可以發現,有些水火箭似乎獲得了很大的衝量,但飛得不高。有兩個原因,一是因為重心在火箭下部,當重心在火箭下部時,由於空氣阻力的作用,會使火箭升空後翻騰,對飛行高度有很大影響。二是因為火箭的質量太輕。從理論上來說,火箭的質量是越小越好,但是由於空氣阻力的影響,並不是質量越小越好,這點將在第三點說明。

    2. 水火箭動力系統中最重要的是橡皮塞,絕大多數同學使用的都是實驗室提供的4號塞子,因為4號塞子大小正好,符合可口可樂飲料瓶口,但是當把腳踏車氣嘴裝上後,4號塞子會被撐大,並不能很好地符合瓶口大小。而且最大一個缺點是4號塞子兩端粗細相差較大,而瓶口是均勻的圓柱狀。圓錐狀的4號塞子與瓶口不能很好的切合,使得塞子很容易被氣壓頂開,不能使水火箭獲得較大能量。我們班幾個相關同學經過研究後發現,使用比4號更小一點的塞子可以彌補這些缺點,我們把它稱為3號塞子。3號塞子接近圓柱狀,且裝上進氣氣嘴後,大小與瓶口切合很好。而且再加上用螺絲帽將橡皮塞兩端壓縮,加大塞子與瓶口的摩擦力。這樣只有高氣壓才能將其頂開,使火箭獲得更大的衝量。

    3. 這樣使火箭有很大的衝量後,火箭的自身質量不能太小。因為自身質量太小的話,受到空氣阻力的影響就會增大。所以要在火箭頭加適當配重物,配重物的質量由火箭各項效能決定。最好用密度較大的小體積物體作配重物。若要給火箭加外殼,需要減小配重物質量以抵消外殼質量。下面,是最重要的方面,許多前人透過試驗得知,水量加到1/3體積時最合適。但是對於具有較大沖量的火箭來說,1/3體積的水是不夠的,水多並不意味著火箭的質量會變大,而是會減少瓶內所能容納空氣的體積,這樣會導致高壓氣體做功能力減弱,因此,水量也不能太多。經過理論指導與我們的多次試驗,發現把水量加到接近1/2體積時效果最佳(但是如果沒有用第3種方法的話,不能加水到

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