水火箭模型的設(shè)計(jì)制作

陳歡慶

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

水火箭又稱氣壓式噴水火箭、水推進(jìn)火箭，是趣味性較強(qiáng)的教科玩具。通過制作水火箭模型，我們可以直觀了解運(yùn)載火箭發(fā)射升空的過程，以及火箭、導(dǎo)彈等的飛行原理，理解與應(yīng)用牛頓力學(xué)原理的基本科學(xué)知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)器材

1.25L可樂瓶6個(gè)，帶氣門閥的橡皮塞1個(gè)，帶發(fā)射器釋放卡的支架1個(gè)，小型氣泵或打氣筒1個(gè)，厚為0.5mm的薄鐵皮一片、剪刀、單面刀片、訂書機(jī)、雙面膠、彩色裝飾紙、膠帶紙等若干。

實(shí)驗(yàn)步驟

1按照從上到下的順序，將可樂瓶分割成筒體、尾翼、頭錐三部分。

2將其中1個(gè)筒體用作存放液體，另外幾個(gè)則分別用于加長(zhǎng)火箭的筒身和尾翼等（圖1為火箭尾翼制作示意圖）。

3將可樂瓶的“頭錐”去掉瓶口，再用膠帶紙和薄的泡沫塑料等粘封（如圖2所示）。

4將各個(gè)部件按照順序進(jìn)行組裝（如圖3所示），然后用自制漏斗往存液筒內(nèi)灌入400mL清水（如圖4所示），最后將水火箭安裝在發(fā)射支架上（如圖5所示）。

5用薄鐵皮加工成發(fā)射支架（如圖6所示），也可用實(shí)驗(yàn)室用的鐵架臺(tái)改制代替。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

水火箭和火火箭最大的不同，在于其動(dòng)力推進(jìn)的媒介由高溫空氣變成了水。在水火箭內(nèi)灌入一定數(shù)量的水后，利用水和空氣的質(zhì)量比，空氣把水從火箭尾部的噴嘴向下高速噴出。在反作用力下，水火箭快速上升，在空中加速度飛行，然后慣性滑翔，達(dá)到一定的高度，最后在空中打開降落傘徐徐降落。整個(gè)過程就像導(dǎo)彈發(fā)射一樣形成一個(gè)飛行軌跡。

實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)牛頓第三定律，作用力與反作用力大小相等而方向相反。我們?cè)诎l(fā)射水火箭前灌入一定量的空氣，用橡皮塞塞緊瓶口，從而與配合發(fā)射器釋放卡的瓶子形成一個(gè)密閉空間，然后不斷充入氣體增大瓶?jī)?nèi)氣壓。當(dāng)氣壓超過橡皮塞與瓶口接合的最大程度時(shí)，控制發(fā)射器釋放卡扣，瓶口與橡皮塞自由脫離。瓶?jī)?nèi)空氣向噴嘴擠壓，箭體內(nèi)水向后噴出，同時(shí)箭體獲得反作用力射出。這個(gè)反作用力與外界大氣對(duì)水火箭外表面的作用力合力，就是箭體的推力（如圖7所示的反沖力運(yùn)動(dòng)氣球）。

實(shí)驗(yàn)思考

1、存液瓶?jī)?nèi)的清水加注量過多或過少，水火箭能否飛得高？

2、要符合哪些條件，才能使水火箭飛得既快又高？請(qǐng)大家通過實(shí)際試飛后得出規(guī)律。最好3個(gè)人相互配合發(fā)射，并通過數(shù)據(jù)記錄形成完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

熟悉了水火箭的基本制作后，我們可以嘗試制作大型及多級(jí)水火箭。在制作時(shí)，需要選用質(zhì)量較輕的金屬材料，由氣泵提供氣壓。然后把幾個(gè)水火箭綁在一起，只留一個(gè)進(jìn)氣孔，從而提高水火箭的飛行能力。此外，我們還可以嘗試研制遙控式水火箭發(fā)射裝置與飛行器，以滿足更多的科技愛好者。

雖然水火箭比火火箭制作容易也相對(duì)安全，不過我們也應(yīng)注意，制作箭身前請(qǐng)先將包裝紙撕掉，否則彈翼會(huì)不穩(wěn)定;彈頭應(yīng)加上緩沖物，避免擊中活動(dòng)物體時(shí)造成傷害;嚴(yán)禁在人多或朝人多的地方發(fā)射，發(fā)射前應(yīng)有人負(fù)責(zé)清場(chǎng)，并規(guī)劃出一塊區(qū)域做為目標(biāo)地，發(fā)射時(shí)人要適當(dāng)遠(yuǎn)離。