水火箭高级设计方法.doc

深入剖析水火箭水火箭一直是我校科技节上一项重要的比赛,但因其原理和设计都比较简单,部分同学认为其没有挑战性。其实不然,正因为部分同学认为其原理及其制作简单,才使水火箭的高度一直没有突破。请相信,“把平凡的事情做到极致才是伟大!”我下面从两个方面阐述我个人对水火箭的认识。理论角度: 水火箭的的基本原理是反冲原理。许多同学在做水火箭之前,都会想到上网查一下其原理及相关步骤,然后根据了解到的步骤一步步做下去。要使一个物体从静止开始运动,必须有力作用在物体上,并且作用一定时间 T 。力 F 和时间 T 的乘积 FT 叫做力的冲量。要使水火箭发射,就必须有冲量作用在水火箭上。这种冲量就是由水火箭内空气瞬间膨胀对水做功形成反冲。现实生活中,我们经常会看到这样的现象,一个充足气的气球拿在手上,突然放手时,气体从气球中喷出来,这时气球就向相反方向飞出。这种运动遵循动量守恒定律。物理学上称作反冲。 m 水v 水=m 箭v 箭。理论上水量越多,可以使水火箭获得更大的冲量。水火箭飞行所能达到的最大速度,也就是动力系统所提供的动力全部用完时的最终速度,主要取决于两个条件,一个是喷水速度,二是质量比(火箭开始飞行时的质量与动力耗尽时的质量之比) 。喷气速度越大最终速度越大,了解这样原理之后就可以制作水火箭了。现实操作:根据上述原理,可以很容易进行操作,操作过程中要注意以下几点:水火箭要有基本的火箭外形,如箭头、箭身、尾翼、动力系统;箭头要做成标准的圆锥状,且在安装时注意不能装歪,否则影响飞行方向;箭身平滑,减小空气阻力; 尾翼大小适中,且等距分布;动力系统能提供一定能量。(动力系统:向瓶中装入约 1/3 体积的水,用装上进气系统的橡皮塞封口,通过向瓶内打气,使动力系统获得能量)。以上做法是历年来水火箭的基本做法。这种方法做出的水火箭一般飞行高度在 30m 以下,时间 7s以下,这次科技节的水火箭比赛时,绝大多数在 3s-7s 之内,而我们班水火箭飞的高度最高达 80m ,时间为 12s ,其有三大原因。在此与广大同学进行分享,主要是为了共同提高同学对水火箭的认识,也希望高一同学在此基础上取得突破性成绩。 1. 比赛期间可以发现,有些水火箭似乎获得了很大的冲量,但飞得不高。有两个原因,一是因为重心在火箭下部,当重心在火箭下部时,由于空气阻力的作用,会使火箭升空后翻腾,对飞行高度有很大影响。二是因为火箭的质量太轻。从理论上来说,火箭的质量是越小越好,但是由于空气阻力的影响,并不是质量越小越好,这点将在第三点说明。 2. 水火箭动力系统中最重要的是橡皮塞,绝大多数同学使用的都是实验室提供的 4号塞子,因为 4号塞子大小正好,符合可口可乐饮料瓶口,但是当把自行车气嘴装上后,4号塞子会被撑大,并不能很好地符合瓶口大小。而且最大一个缺点是 4号塞子两端粗细相差较大,而瓶口是均匀的圆柱状。圆锥状的 4号塞子与瓶口不能很好的切合,使得塞子很容易被气压顶开,不能使水火箭获得较大能量。我们班几个相