Водні ракети: відмінності між версіями

'''Водні (водяні)''' або '''пневмогідравлічні ракети''' або '''Water Rocket'''  — ракети, які рухаються за рахунок витіснення води з сопла стисненим газом. Популярна іграшка, що дозволяє зрозуміти принципи реактивного руху. Може бути зроблена власноруч, проте існують і комерційні моделі.

Водна ракета складається з пластикової пляшки, що частково наповнена повітрям, а частково &nbsp;— 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 (стиснене) 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.

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_траєкторіяБалістична траєкторія|балістичній траєкторії]]. Нормальна водна ракета може за 5-6 секунд злетіти на кілька десятків метрів вгору<ref name="npl"></ref>.

: <math>W=\frac{PV}{-\gamma+1}[(1-f)^{\gamma} - (1-f)]</math>,

де <math>\gamma</math> &nbsp;— [[показник адіабати]] (1.4 у випадку повітря), <math>f</math> &nbsp;— доля об'єму пляшки, заповненого водою, <math>P</math> &nbsp;— тиск у пляшці перед запуском, <math>V</math> &nbsp;— об'єм пляшки. Максимум цієї функції досягається коли пляшка заповнена водою майже на 60&nbsp;%. 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.

Окрім сили тяги на ракету діють три сили: [[гравітація]], [[Аерогідродинамічний опір|опір повітря]] і [[Підіймальна сила|підіймальна сила]]. На відміну від тяги, вони діють протягом усього польоту.

# При накачуванні, пляшка може не витримати тиску повітря.

#* При створенні ракети з кількох пляшок треба звертати особливу увагу на міцність з'єднань &nbsp;— використовуйте [[клей]], спеціально призначений для склеювання пластику і дотримуйтесь інструкції (зазвичай для склеювання необхідно сильно притискати деталі тривалий час)

#* Не використовуйте одну й ту саму ракету багато разів &nbsp;— мікротріщини, що виникають при експлуатації, знижують її міцність.

#* 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>

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>.

* Найбільша ракета: 4.04 &nbsp;м заввишки і 44,5 &nbsp;см в діаметрі<ref>[https://www.guinnessworldrecords.com/world-records/97677-largest-water-rocket Largest water rocket]{{ref-en}}</ref>.