水火箭的制作發(fā)射

1、水火箭的制作水火箭的制作與與發(fā)射發(fā)射科技知識系列講座（二） 水火箭又稱氣壓式噴水火箭、水推進火箭。是利用廢棄的飲料瓶制作成動力艙、箭體、箭頭、尾翼、降落傘。灌入一定數(shù)量的水，利用打氣筒充入空氣到達一定的壓力后發(fā)射。是利用水和空氣的質(zhì)量之比（水的密度是空氣的771倍），壓力空氣把水從火箭尾部的噴嘴向下高速噴出，在反作用下，水火箭快速上升，加速度、慣性滑翔在空中飛行，像導彈一樣有一個飛行軌跡，最后達到一定高度,在空中打開降落傘徐徐降落的火箭模型。 水火箭是寓教于樂、花錢少、科技含量高,深受我們廣大青少年喜愛的動手、動腦的科普教材?？梢宰屛覀儗W生直觀了解導彈,運載火箭的發(fā)射升空、回收的過程,導彈的飛

2、行與飛機的飛行原理及不同點。解釋牛頓第一、第二、第三定律（作用與反作用、慣性、能量守恒定律）了解一些基本的空氣動力學和飛行力學等方面知識。使我們廣大青少年了解航天科技，熱愛航天科技,為國家航天事業(yè)培養(yǎng)、造就、輸送優(yōu)秀人才。發(fā)射原理發(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，獲得反作用力射出水火箭和火箭最大的不同，在於其推進的媒介由高溫空氣變成水而已。在發(fā)射水火箭前會灌入空氣達一定壓力，由於高壓會自然向低壓流去，故在噴嘴被打開時，空氣自然向噴嘴流去，但由於水檔在前方，

3、故水會被空氣推出火箭，而火箭也藉此獲得向前的速度。 水火箭的制作 1.材料準備：36個2.25L的可樂瓶、剪刀、單面刀片、木(皮、軟膠)塞、球類氣針、圓珠筆芯、氣門芯、 X光片、訂書機、雙面膠、彩色裝飾紙 2.制作過程：取出其中一個可樂瓶，大約以13的間距切成三等份留下瓶口及中段部分，將第二個可樂瓶倒過來,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，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 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（皮）塞中，

4、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。 4. 機翼制作。用剪刀將X光片裁成大小相同的直角梯形28塊，梯形長12cm，高6cm，斜腰和長底夾角約45度。另裁4個同上規(guī)格但高為8cm，短底相連接兩面重疊的梯形（用作機翼的表面）。用雙面膠將7小塊梯形緊密粘成一個厚的梯形，使之平直平坦，然后用一個大的雙面梯形將其緊密包住并粘緊。 為使機翼的厚面平整，可用剪刀或小刀修平修直，然后將機翼的厚面用絕緣膠封住。最后，將機翼兩邊長出的部分向外折成90度。這樣，按上述方法將其余的X光片做成三個機翼。 5.

5、機身制作。 取一個健力寶瓶（瓶頭弧線過度比較自然，作火箭頭利于減小空氣阻力）在離下端11cm處將其橫截剪開,用絕緣膠將帶瓶口的部分粘緊在另一個瓶子的底部，用絕緣膠在接口處多纏繞幾圈以牢固。 6. 氣塞制作。取一個4號的軟膠塞，用開洞工具在膠塞的底部正中處開一個比氣門芯套筒稍小一點的平直洞，然后用小刀橫切去細端約0.6cm；將氣門芯套筒上一個面積較大的“戒指”（五金店有賣），從軟膠塞的細端往上把氣門芯裝好，套上一個同樣的“戒指”，擰上螺絲，稍微緊就可以。最后將氣塞用磨刀石磨成圓柱體，達到剛好能夠完全進入可樂瓶口或稍緊一點，裝上氣門芯即可使用。 7 . 炮頭制作。取一個3號軟膠塞用小刀將其削尖且圓

6、滑。 8 組裝機翼。取一個健力寶瓶剪一個長比機翼長稍長的兩面相通的圓柱體，然后用透明膠和絕緣膠將4個機翼4等分緊密粘好。最后，將粘好機翼的圓柱體套在水火箭的底部使其與瓶口相平（這不一定是最佳位置，可在飛行實踐中上下調(diào)節(jié)尋找確定），用絕緣膠纏繞粘緊。 9. 其他。為增大氣塞和瓶口的接觸面以增大瓶內(nèi)氣壓，可用小刀將氣塞大端削細一點并使之圓平粗糙。由于機身增長了一節(jié)做火箭頭，火箭頭部分較輕不平衡，可適當往里面塞紙以達到平衡。為盡可能減小空氣阻力，將用軟膠塞做成的炮頭用502膠水在火箭頭瓶口粘好。 水火箭的發(fā)射水火箭的發(fā)射1 水量調(diào)控。水量調(diào)控。水火箭用水量和火箭容氣空間有一定的比例，不能太多也不能太

7、少，最佳用水量約為火箭容氣空間的1/4到2/5之間（2.5升的空間大約裝600毫升左右，可多試驗幾次尋找確定）。 2 發(fā)射角度。發(fā)射角度。水平方向飛行，由于空氣的阻力，發(fā)射的最佳角度在50到55度之間，不同的水火箭可能不同，可通過控制變量的方法試驗確定。（我們制作的水火箭最佳角度是53度左右）。豎直方向飛行則為90度。 3 .氣塞使用。氣塞使用。氣塞的使用原理是通過壓縮軟膠塞體積膨脹來調(diào)節(jié)氣塞的松緊程度，壓縮越厲害體積膨脹越大，氣塞越緊，要把氣塞沖出來的氣壓就越大，即火箭獲得的動力越大。 具體使用方法如下：首先拆下氣塞的氣門芯，將氣塞在原形塞進火箭的瓶口內(nèi)，然后用套筒（一種專門用來擰螺絲的工具

8、，五金店有賣）擰緊氣塞的螺絲，最后安裝氣門芯即可加氣使用。（注：擰緊程度可按需要來調(diào)節(jié)。） 4. 發(fā)射穩(wěn)定調(diào)控。發(fā)射穩(wěn)定調(diào)控。僅討論水平方向的發(fā)射。需要制作一個發(fā)射臺，發(fā)射臺要配有導航軌道，導航軌道不要太長也不要太短，一般長為60cm（可用三個教學用的大三角板和兩根掃帚柄拼湊而成，為減少掃帚柄作導航軌道時對水火箭的摩擦，可用透明膠粘貼掃帚柄或如圖例所示的模型）。無風天氣時，正對目標按最佳發(fā)射角度（指發(fā)射軌道與地面的夾角）發(fā)射。刮風天氣時，應(yīng)視風力和風向適當調(diào)偏與發(fā)射目標的方向，保持最佳發(fā)射角度發(fā)射。 5.有效利用“后座力”。當“水火箭”爆射的瞬間往往可以看到塞子連同打氣筒的夾子被反彈得很遠，這

9、部分力量如果能充分利用，“水火箭”的射程就可以得到進一步提高。為此筆者自行設(shè)計了一個鐵支架，（如圖）在擋板中間開一個小孔，剛好能讓氣門芯的頭部穿過，使用時，夾子從擋板后夾住，這樣，當“水火箭”爆射的瞬間，除飛 行部分外其它部件都能紋絲不動。 6. 注意事項。注意事項。發(fā)射時，確?；鸺蛙壍赖钠街币恢?，若偏離12度都會影響飛行的平穩(wěn)性而呈“8”字型飛行。用氣筒打氣時，要盡可能平穩(wěn)，打氣頻率不要太慢應(yīng)快點。要盡可能將氣塞塞緊，可通過擰緊氣塞的螺絲來調(diào)節(jié)，氣塞塞得越緊瓶內(nèi)氣壓越大而火箭的動力就越大。飛行原理飛行原理的的物理分析物理分析 水火箭又稱氣壓式噴水火箭、水推進火箭。顧名思義是利用箭內(nèi)水向后噴

10、出，獲得反作用力射出而水向后噴出的能量則是由瓶內(nèi)壓縮空氣的勢能轉(zhuǎn)化而來，由此觀之，水火箭的飛行距離與瓶內(nèi)氣體的體積與壓強有關(guān)。一般地，對于同一個水火箭內(nèi)部氣體能達到的最大壓強，跟瓶口與塞子的摩擦力有關(guān)，都差不多。所以，在這里我們首先著重討論瓶中氣體與水的比重。 如果瓶內(nèi)氣體過多，氣體所具有的最大勢能就可以比較大，但相應(yīng)的水的體積就會減少。 設(shè)水的質(zhì)量為M，噴出時向下的速度為V，則水向下的動量為MV，根據(jù)第三定律或動量守恒定率，水火箭獲得的動量也應(yīng)為MV，因為水所占的體積很小，因此質(zhì)量很小，所以MV也就很小，制作的水火箭就飛不遠。 如果瓶內(nèi)氣體過少，則相應(yīng)水所占體積就會增大。瓶內(nèi)氣體所占體積小，

11、所能提供的能量本身就少，無法立刻將瓶內(nèi)的水全部排出，這樣水火箭將帶著大量的水升空，由于瓶連同所帶的水的質(zhì)量太大，制作的水火箭也無法飛得很遠。 再有的是我們在水火箭飛行的過程中發(fā)現(xiàn)的問題：由于水火箭的本身是用塑料瓶做的，質(zhì)量較輕，所以不可忽略空氣阻力對它的影響。在外型固定的情況下，質(zhì)量較小的水火箭受空氣阻力的影響就較大。 假設(shè)水火箭由水的反沖獲得的初動量恒定為p，水火箭質(zhì)量為m，則初速度v=p/m。而v越大，水火箭相對就能飛得越遠，看上面的速度公式可知，在理想狀態(tài)下，質(zhì)量m越小，水火箭的初速度就大，它就能飛得更遠。但在實際條件下，如果水火箭質(zhì)量越小，空氣阻力對它的影響就越大，甚至一陣微風就可以讓

12、它改變飛行方向，或是從空中掉下來。但如果我們加大水火箭的質(zhì)量的話，很明顯它的初速度變小了，也飛不遠。 以上從物理角度分析，水火箭在飛行中存在二對矛盾：一是水火箭內(nèi)空氣與水的比重，二是水火箭本身重量與空氣阻力對它的影響。了解這二點，我們在制作出水火箭之后就不得在注水量和自重二方面對它進行測試，找到了最佳的發(fā)射量。數(shù)理方法確定發(fā)射角度數(shù)理方法確定發(fā)射角度 在水火箭測試過程中，水火箭射程的遠近是測試的主要項目。怎樣才以使水火箭射得更遠呢？除去水火箭在飛行過程中所受的摩擦力，我們可以發(fā)現(xiàn)水火箭的運行軌跡是一個拋物線，那它的水平射程與什么有關(guān)呢？ 如圖所示， 水火箭的動軌跡為曲線，在物理中曲線運動的射程

13、：S=Vx* t (式)，我們假設(shè)初速度V不變的情況下，什么時候水平射程S最大。首先把圖中的V分解為Vx （即水平方向的分速度）和Vy （即豎直方向的分速度），V與水平方向的夾角為，由以上可知：水火箭的斜發(fā)與斜拋有關(guān)，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(jié)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

14、分力適中、各種外界因素的影響以及發(fā)射仰角由數(shù)學三函數(shù)關(guān)系： 可把上式化簡為： 正弦函數(shù)最大值為1，由此我們可以知道了水火箭的最大射程. 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 此時 得到： 也就是在理想狀態(tài)下發(fā)射角度為45 時，水火箭射程最遠，雖然，實際情況中，水火箭要受到空氣阻力的影響，但是我們只要略做試驗就得找到最恰當?shù)陌l(fā)射角度。 安全注意事項 雖然水火箭比火火箭易制作也安全（火火箭比賽時因調(diào)藥不慎，會被炸傷手掌），不過還是的注重安全，故以下事項請務(wù)必遵守。 1.箭身使用的可樂瓶絕對要用汽水用的，一般瓶身設(shè)計并沒考慮耐壓設(shè)計，一但開始灌入空氣加壓，輕可瓶身變形，重則爆炸！ 2.箭身制作前請先將包裝紙撕掉，否則彈翼會不穩(wěn)定。 3.由於可樂瓶切割不易，且切口銳利，小朋友制作時務(wù)必有大人