Водні ракети: відмінності між версіями
| [неперевірена версія] | [перевірена версія] |
Вилучено вміст Додано вміст
м Додавання дати до шаблону |
повністю переробив |
||
Рядок 1:
'''Водні (водяні)''' або '''пневмогідравлічні ракети''' або '''Water Rocket''' — ракети, які рухаються за рахунок витіснення води (у більш загальному випадку - робочого тіла (рідини, сипучої речовини, газу) ) з сопла стисненим газом у просторі або по поверхні. Ракета може бути закріплена на платформі з колесами або на платформі, що знаходиться у воді.
== Принцип роботи ==
Водна ракета складається з пластикової пляшки, що частково наповнена повітрям, а частково — водою<ref>[https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/rocket/rktbot.html Water rocket]{{ref-en}}</ref>. Перед запуском пляшка встановлюється шийкою вниз (для її утримання в такому положенні можна зробити тримач з металевих стрижнів), і [[насос]] закачує в неї повітря, збільшуючи тиск всередині пляшки. При від'єднанні пляшки від насосу повітря з силою витісняє воду з пляшки. [[Потік рідини|Потік]] води створює [[Реактивний рух|реактивну тягу]], що штовхає пляшку вгору. Хоча тяга створювалася б і за відсутності води, за рахунок самого лише повітря, той факт, що вода більш ніж у 100 разів важча за повітря дозволяє ракеті піднятися на значну висоту. Висота підйому обмежена тиском, який може витримати пляшка, кількістю повітря, що розширюється (саме розширення повітря виконує роботу, що трансформується у кінетичну енергію ракети), тому для більш ефективного польоту використовують ракети, що зібрані з кількох пляшок, з'єднаних між собою. Також, зазвичай до пляшок ззовні приєднують [[Оперення (авіація)|оперення]], щоб стабілізувати політ, встановлюють гострий ніс для зменшення [[Аерогідродинамічний опір|аеродинамічного опору]], іноді приєднують [[парашут]]и (це дозволяє, наприклад, встановити на ракету камеру). На носі ракети, для стабілізації польоту, бажано розміщати додаткову вагу.
Існують і багатоступеневі моделі, що розділяються під час польоту<ref name="wra2">[http://wra2.org/WRA2_Standings.php Water Rocket Altitude records]{{ref-en}}</ref>.
== Динаміка польоту ==
Розгін водної ракети (без врахування опору повітря) описується [[Рівняння Мещерського|рівнянням Мещерського]], проте необхідно врахувати те, що повітря весь час тисне на воду, збільшуючи її швидкість, чим більше води витікає з ракети, тим більшою є її швидкість<ref name="sciencebits">[http://www.sciencebits.com/RocketEqs Water Propelled Rocket]{{ref-en}}</ref>. Зазвичай, вся вода витискається з пляшки менш ніж за секунду польоту<ref name="npl">[https://www.npl.co.uk/skills-learning/outreach/water-rockets/wr_booklet_print.pdf A guide to building and understanding the physics of Water Rockets]{{ref-en}}</ref>, і подальший її рух відбувається по [[Балістика#Балістична_траєкторія|балістичній траєкторії]]. Нормальна водна ракета може за 5-6 секунд злетіти на кілька десятків метрів вгору<ref name="npl"></ref>.
Повітря у пляшці розширюється [[Адіабатичний процес|адіабатично]], тому загальна робота, яка при цьому виконується:
:<math>W=\frac{PV}{-\gamma+1}[(1-f)^{\gamma} - (1-f)]</math>,
де <math>\gamma</math> — [[показник адіабати]] (1.4 у випадку повітря), <math>f</math> — доля об'єму пляшки, заповненого водою, <math>P</math> — тиск у пляшці перед запуском, <math>V</math> — об'єм пляшки. Максимум цієї функції досягається коли пляшка заповнена водою майже на 60%. Проте для досягнення максимальної висоти польоту необхідно налити значно менше води, близько чверті загального об'єму, оскільки чим менше наповнення, тим менша частина енергії витрачається на підіймання води в пляшці, а не самої пляшки.
== Заходи безпеки ==
Деякі етапи роботи з водними ракетами є більш небезпечними і потребують особливої уваги:
# При накачуванні, пляшка може не витримати тиску повітря.
* Використовуйте товстостінні пляшки
* При створенні ракети з кількох пляшок треба звертати особливу увагу на міцність з'єднань — використовуйте [[клей]], спеціально призначений для склеювання пластику і дотримуйтесь інструкції (зазвичай для склеювання необхідно сильно притискати деталі тривалий час)
* Випробовуйте пляшку на міцність до запуску
* Використовуйте манометр, щоб уникнути ненормативного тиску
* Не використовуйте одну й ту саму ракету багато разів — мікротріщини, що виникають при експлуатації, знижують її міцність.
# При запуску, пляшка може полетіти в несподіваному напрямку або вдарити струменем води в очі.
* Усі спостерігачі, крім людини, що запускає ракету, мають бути на значній віддалі
* Не запускайте ракету рукою, використовуйте спеціальну конструкцію, що дозволяє запускати її з відстані в кілька метрів. Існує кілька різних типів таких конструкцій, наприклад <ref>[https://www.instructables.com/Homemade-Water-Rocket-Launcher/ Homemade Water Rocket Launcher]{{ref-en}}</ref> чи <ref name="npl"></ref>
* Не запускайте ракету поблизу будинку
* Вдягайте захисні окуляри
# Ракета при падінні на землю має швидкість до 20 м/с, і може травмувати людину, на яку впаде
* Додайте парашут до ракети
* Направляйте її політ не вертикально вгору а під кутом до горизонту
== Змагання ==
Через велику популярність водних ракет, а також їх освітню цінність, багато освітніх і наукових організацій проводять заходи, де любителі ракет можуть позмагатися. Такі фестивалі влаштовують, наприклад, [[Національна фізична лабораторія]] Великої Британії<ref>[https://www.npl.co.uk/water-rockets Water rockets]{{ref-en}}</ref>, Вустерширський політехнічний інститут<ref>[https://www.wpi.edu/news/annual-events/k-12/water-rocket-competition Water Rocket Competition]{{ref-en}}</ref>.
=== Рекорди ===
* Максимальна висота, досягнута водною ракетою: 830 м<ref name="wra2"></ref>.
* Найдовший політ: 1 хвилина 47 секунд<ref name="wra2"></ref>.
* Найбільша ракета: 4.04 м заввишки і 44,5 см в діаметрі<ref>[https://www.guinnessworldrecords.com/world-records/97677-largest-water-rocket Largest water rocket]{{ref-en}}</ref>.
== Примітки ==
{{reflist}}
Рядок 25 ⟶ 42:
== Посилання ==
* [http://www.sciencebits.com/RocketEqs Детальний розрахунок пневмогідравличної ракети] {{ref-en}}
{{rocket-stub}}
[[Категорія:Ракети]]
▲[[Категорія:Літаючі іграшки]]
[[Категорія:Пневматика]]
| |||