實(shí)驗(yàn):水火箭箭體制作
實(shí)驗(yàn):水火箭箭體制作
火箭為什麼可以飛行呢?這就像如果我們把充氣的氣球突然放掉,那麼氣球會(huì)一面噴出裡面的氣體,一面飛走。這看起來(lái)好像是某種力量在對(duì)氣球作用,事實(shí)上這個(gè)力量并不是來(lái)自外界的推力或拉力,而是由氣球本身所噴出的氣體的反作用力,而產(chǎn)生的力量。
再舉一個(gè)例子:當(dāng)你拿著槍在射擊時(shí),當(dāng)子彈飛出的那一瞬間,槍本身也會(huì)向后產(chǎn)生了所謂的后座力,而這就是子彈發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的反作用力所造成的。其實(shí)更明顯的是大砲,在砲彈射出時(shí),整門(mén)大砲會(huì)有很明顯的后座力產(chǎn)生,而子彈及砲彈就是藉由這股反作用力發(fā)射出去的,而火箭正可比喻為砲彈,只不過(guò)沒(méi)有砲管罷了。
不論是前述的氣球或是子彈,都存在著一種能夠移動(dòng)的力量,這種靠反作用的力量就是「推力」?;鸺埠统錃獾臍馇蛞粯?,并非藉助外來(lái)的力量,而是靠火箭本身排出一股熱氣流,這些氣體以高速?lài)姵?,所產(chǎn)生的反作用力,推動(dòng)它向反方向前進(jìn)。
【水火箭制作過(guò)程】
◎ 材料的準(zhǔn)備:
1. 600cc或1500cc的保特瓶?jī)蓚€(gè)。(單瓶加長(zhǎng)型)
2. 頭錐可用泡棉板、硬紙板、硅膠、這裡是 用橡膠成型製品。
3. EV[**]泡棉板 200mm*300mm*3mm一張。
4. 尾翼材料可利用泡棉板、硬紙板、塑膠板、燒壞的光碟片製作。(左圖600cc的水火箭的尾翼就是用光碟片製作,類(lèi)似魚(yú)鰭翼)
◎ 工具的準(zhǔn)備:
a. 30cm鋼尺: 量取裁切泡棉、紙板用。
b. 鋼鋸片: 頭錐使用橡膠成型錐,須鋸掉瓶口。
c. 電工膠布: 固定頭錐、瓶子、尾翼用。
d. 管束: 利用管束對(duì)齊切割線,切瓶一次完成。
e. 傘形擴(kuò)孔刀: 多瓶連接時(shí)用,可將小孔擴(kuò)大。
f. 一字起子: 用于調(diào)整管束的鬆緊。
g. 尖嘴鉗: 成型固定用。
h. 原子筆: 畫(huà)線注記用。
i. 美工刀: 裁切泡棉、紙板用、瓶子。
j. 10cm長(zhǎng)剪刀: 裁剪泡棉、紙板、瓶子。
k. 熱融膠槍: 黏貼固定尾翼或組件用。
l. 美工切割墊: 裁剪泡棉、紙板、瓶子的襯底。
◎ 瓶口鋸掉: (開(kāi)始動(dòng)手了)
1.其實(shí)保特瓶的瓶首就是最流線又光滑的,配上橡膠頭錐,形成一體流暢的火箭頭了。
2.使用鋼鋸在瓶口的凸緣下方鋸斷。
3.使用美工刀或挫刀將斷面上的毛邊修除。
4.如果使用紙板或泡棉製作頭錐就不須鋸除。
5.參加競(jìng)賽用的最好利用自身瓶首製作最佳。
6.利用EV[**]泡棉製作頭錐,請(qǐng)參考下列網(wǎng)頁(yè):
泡棉頭錐&尾翼製作程序
◎ 定位切割線:
1. 一般的保特瓶切割是先用厚紙板圍繞瓶子對(duì)齊,用奇異筆畫(huà)上切割線,然后以美工刀切開(kāi),不整齊處,再用剪刀修 剪??偣岔氁朗掷m(xù)才能完成處理。
2. 在此介紹站長(zhǎng)的切割手法,在機(jī)械五金行,購(gòu)買(mǎi)不鏽鋼管束,尺寸可套入及鎖緊瓶子,鎖緊時(shí)管束會(huì)自行水平定位且不會(huì)滑動(dòng),以美工刀靠管束邊切割即可,一次解決。
3. 600cc 瓶子使用 2?"的管束1250~1500cc 瓶子使用 3?"的管束2000cc 瓶子使4?"的管束。
◎ 切割保特瓶:
1. 鎖緊時(shí)管束會(huì)自行水平定位且不會(huì)滑動(dòng),以美工刀靠管束邊切割即可,一次解決。
2. 美工刀切割時(shí),不可一刀直接切,先輕劃幾下再用力切開(kāi)。
3. 由于管束圈住定形,在切割時(shí),不會(huì)因?yàn)橛玫对斐善孔幼冃危灰浊懈罨虿黄秸?nbsp;
4. 切下的瓶底,再與瓶蓋,以螺絲結(jié)合就 可以用做水火箭的擺放基座。
◎ 套上橡膠頭錐:
1. 其實(shí)保特瓶的瓶首就是最流線又光滑的,配上橡膠頭錐,形成一體流暢的火箭頭了,在內(nèi)部使用強(qiáng)力膠或電工膠帶固定頭錐。
2. 如果使用紙板製作的尖錐,往往摔個(gè)幾次就掛了,不過(guò)成本較低,但要DIY好幾次 !
3 . 橡膠頭錐可以利用"殼模"複製,做好"殼模",在內(nèi)側(cè)涂硅膠,成形后成錐形,在錐形內(nèi)部填入硅膠再與瓶子結(jié)合成頭錐。
4. 利用EV[**]泡棉製作頭錐,請(qǐng)參考網(wǎng)頁(yè):
泡棉頭錐&尾翼製作程序
◎ 組合上下瓶:
1. 將切除瓶底及裝上頭錐的上瓶與充氣用的下瓶套合。
2. 單一個(gè)瓶子的長(zhǎng)度不夠,所以必須利用另一瓶來(lái)加長(zhǎng)。
3. 利用瓶子的的瓶首做水火箭頭,最適合不過(guò)的,套上橡膠頭錐,形成流暢的整流罩。
◎ 兩瓶結(jié)合:
1. 將上瓶套上充氣瓶的底部,仔細(xì)調(diào)整兩瓶必須成一直線,飛行時(shí)才不會(huì)轉(zhuǎn)彎。
2. 由于只有一隻充氣瓶,兩瓶套合處,只要使用電工膠帶纏繞貼緊即可。
3. 如果兩隻瓶子都要充氣,就必須使用中空螺絲來(lái)連結(jié),可以參考下列網(wǎng)頁(yè)資料:中空螺絲之多瓶連接介紹
◎ 製作置放臺(tái):
1. 在前面的上瓶,被切除的瓶底,可以拿來(lái)做水火箭的置放臺(tái)。
2. 因?yàn)樗鸺奈惨?,如果在平放時(shí),容易受到重壓而導(dǎo)致變形脫落。
3. 將瓶蓋及瓶底鑽一個(gè)3~5mm的孔,用螺絲把瓶蓋和瓶底鎖在一起,如果會(huì)鬆動(dòng),在兩者之間加上一片3mm的橡膠板或點(diǎn)上熱融膠迅速結(jié)合,趕快泡水冷卻,避免瓶底收縮變形
◎ 座臺(tái)與水火箭組合:
1. 將瓶底座臺(tái)與水火箭的充氣瓶結(jié)合。
2. 平常不玩水火箭時(shí),把噴嘴拆下,將箭體與座臺(tái)結(jié)合,當(dāng)做擺飾或作品也很不錯(cuò)喔。
3. 左圖的水火箭尾翼是用CD片,切成四等份組立的,CD片也可以做砲彈飛車(chē)的輪子,薄薄的輪子是輪子也是飛車(chē)的導(dǎo)向翼
◎ 裁切尾翼圓套:
1. 無(wú)論翼片是用泡棉、紙板、塑膠片CD片,最好是用泡棉做圓套,再以熱融膠結(jié)合翼片。
2. 用泡棉做圓套的好處是可以拆換不同的尾翼,以同一箭體可測(cè)試不同的尾翼效果。
3. 不同的瓶子的直徑有些差異,圓套的長(zhǎng)度依箭體的總長(zhǎng)的1/5左右,概約5~8cm。
◎ 尾翼圓套周長(zhǎng)量取:
1. 不同容量的瓶子的直徑不同,以公式計(jì)算周長(zhǎng)會(huì)有一些不適用,因?yàn)榕菝抻?mm厚度,而且圓套又緊套瓶身,所以最好以泡棉圍繞瓶身量取。
2. 泡棉圍繞瓶身量取時(shí),圓套的周長(zhǎng)約少2mm左右,如此在圓套結(jié)合后,再套入瓶身會(huì)略緊一些,尾翼在飛行或墬落時(shí)才不易走位。
3. 尾翼的製作,請(qǐng)參考下列圖面 :
泡棉尾翼尺寸及工具材料
◎ 尾翼的四等分位置:
1. 將量取裁剪好的泡棉圓套板,平均劃出四片尾翼的位置。
2. 在圓套的接合處兩側(cè),劃分出1/8個(gè)等份。
3. 以?shī)W雷特600cc的瓶子為例,周長(zhǎng)約220mm,四個(gè)等份= 220 / 4 = 55mm,八個(gè)等份= 55 / 2 = 27.5mm。
4. 劃出四片尾翼的位置,務(wù)必要垂直,黏合尾翼時(shí)才會(huì)與瓶身平行,飛行路徑不會(huì)轉(zhuǎn)彎或箭體旋轉(zhuǎn)。
◎ 設(shè)計(jì)尾翼樣式:
1. 尾翼的式樣可以自由發(fā)揮,材質(zhì)可選泡棉、硬紙板、塑膠板、巴沙木、CD片。
2. 基本尾翼的尺寸,概約50*50mm即可。
3. 形狀以最長(zhǎng)常用的梯形翼、圓形翼、后掠翼、魚(yú)鰭翼,如果翼展較長(zhǎng),所使用的材質(zhì),最好要硬一些,飛行時(shí)尾翼才不會(huì)擺動(dòng),否則飛行方向會(huì)不穩(wěn)定。
◎ 裁切尾翼:
1. 按照自己的喜好來(lái)設(shè)計(jì)尾翼,裁切時(shí)美工刀要與材料保持90度垂直,斷面才會(huì)平整。
2. 除了接合的那一邊,其他各邊可以使用挫刀、砂紙、砂輪機(jī),將外緣打磨圓滑,這樣可以減少風(fēng)阻。
◎ 四尾翼結(jié)合:
1. 將四片尾翼,使用熱熔膠,在接合面先點(diǎn)上一些,再迅速放在圓套板的等分線上黏住。
2. 黏尾翼時(shí),翼片必須與圓套板成90度角垂直,用膠量先少一些,固定好了再補(bǔ)強(qiáng)一點(diǎn)。
3. 接合膠的選擇 :
硬紙板、塑膠板、巴沙木、CD片,一定要使用熱熔膠接合。若使用泡棉則可選用熱熔膠或瞬間劑。
4. 使用熱熔膠必須注意高溫,不可以以手碰觸熔融的膠,避免燙傷手。使用瞬間劑時(shí),手一定要保持距離,才不致瞬間被黏住,工作場(chǎng)所保持通風(fēng),避免眼睛被燻流淚。
◎ 四尾翼的兩側(cè)補(bǔ)強(qiáng):
1. 尾翼放在圓套板的等分線上之后,再使用熱熔膠,將翼片的兩側(cè)點(diǎn)膠補(bǔ)強(qiáng)。
2. 也可以使用中性硅膠,在翼片的兩側(cè)涂膠補(bǔ)圓弧加強(qiáng),但必須等上幾個(gè)小時(shí)硅膠才會(huì)硬化。
◎ 尾翼圓套結(jié)合:
1. 尾翼圓套的兩側(cè)結(jié)合,比較麻煩且不易定位。
2. 為求兩側(cè)能穩(wěn)定地點(diǎn)膠,在接合處先以膠帶 將兩側(cè)黏住定位,再使用熱熔膠點(diǎn)在接合縫內(nèi)。
3. 尾翼的製作圖面,請(qǐng)參考 :
泡棉尾翼尺寸及工具材料
◎ 對(duì)齊接合縫:
1. 在接合縫的背后內(nèi)側(cè)有膠帶輔助定位,接合縫要對(duì)齊,圓套的直徑才會(huì)一致。
2. 此處所使用的膠帶,最好用含有纖維的較佳,因?yàn)橐话愕腜VC膠帶,容易受熱而破裂,導(dǎo)致接合縫沒(méi)有對(duì)齊。
3. 含有纖維的膠帶,在書(shū)局裡有賣(mài),也就是封裝書(shū)本的裝訂位置,所使用的膠帶
◎ 接合圓套:
1. 在接合縫上,使用熱熔膠接合起來(lái)。
2. 由于熱熔膠要冷卻硬化,須要10~20秒左右,所以最好分段,一段一段地接合
起來(lái)。
3. 使用熱熔膠必須注意高溫,不可以以手碰觸熔融的膠,避免燙傷手。使用瞬間劑時(shí),手一定要保持距離,才不致瞬間被黏住,工作場(chǎng)所保持通風(fēng),避免眼睛被燻流淚。
◎ 套上尾翼:
1. 黏好泡棉圓套之后,檢查尾翼片是否垂直平坦,四片翼是否平均相距90度。
2. 套入上瓶子時(shí),尾翼的圓套下方與瓶子的圓弧轉(zhuǎn)平位置對(duì)齊(標(biāo)籤的邊緣),如此整個(gè)箭體呈現(xiàn) "梭子" 的流線外型,風(fēng)阻可以達(dá)到最小,相對(duì)可以增加飛行距離。
3. 由于製作圓套時(shí),圓套的周長(zhǎng)有減少約2mm左右,因此圓套在套入瓶子時(shí),有一點(diǎn)點(diǎn)緊的,可以使圓套與瓶子緊密貼合
◎ 尾翼定位:
1. 尾翼套入上瓶子時(shí),尾翼的圓套下方與瓶子的圓弧轉(zhuǎn)平位置對(duì)齊(標(biāo)籤的邊緣)。
2. 雖然圓套與瓶子緊緊的,但是在飛行墬落在較硬的地面時(shí),由于向下的沖擊力,會(huì)使尾翼圓套向前移位。
3. 利用膠帶將圓套緊緊纏繞在瓶子上,膠帶在圓套的斷面上,形成一圓弧R角,也可以減少垂直斷面所造成的風(fēng)阻。
4. 由于一般尾翼的下方位置是在瓶口附近,圓套與圓錐瓶首之間,形成一處圓凹槽,氣流經(jīng)過(guò)而形成向內(nèi)迴旋,因而產(chǎn)生負(fù)壓,使得前進(jìn)動(dòng)力受到拖拉損失。
注意事項(xiàng)
1. 使用熱熔膠必須注意高溫,不可以以手碰觸熔融的膠,避免燙傷手,如果碰到了,請(qǐng)迅速泡入冷水即可冷卻熔融的膠。
2. 使用瞬間劑時(shí),手一定要保持距離,才不致瞬間被黏住 (這是由于瞬間膠是吸濕性的,手又略微潮濕,因此一碰到就黏住了),還有工作場(chǎng)所要保持通風(fēng),避免眼睛受到刺激,而被燻得流眼淚。
3. 在切割保特瓶時(shí),請(qǐng)循序漸進(jìn)地,一刀一刀地劃,再加一點(diǎn)力切下,可以避免切壞或切不直,而造成毛邊,也可防止用刀不慎 的傷害。
附:【泡棉頭錐&尾翼製作程序】
泡棉板:
1、EV[**]泡棉就是常見(jiàn)的托鞋及泡棉拼毯的材料
2、目前市面上可購(gòu)得厚度3mm的,色彩種類(lèi)甚多(俗稱(chēng)珍珠泡棉板,但與珍珠板不同),極適合美工勞作的應(yīng)用。
3、泡棉板可製作車(chē)、船、房屋、盒子,質(zhì)軟易于裁切,對(duì)于喜歡DIY的朋友是不錯(cuò)的材料。
量取周長(zhǎng) :
1、量瓶身直徑以公式計(jì)算圓筒外徑:周長(zhǎng) L=2*3.1416*(直徑/2)
2、以泡棉板直接包在瓶身上,實(shí)際找出長(zhǎng)度
3、以?shī)W雷特600cc為例,周長(zhǎng)約 221mm。
四尾翼位置:
1、計(jì)算出 4 個(gè)等分,兩側(cè)為半個(gè)等分,周長(zhǎng)221/4=55.25mm/等分,27.6mm/半個(gè)等分。
2、使用三角尺,畫(huà)出垂直的直線,一定要垂直,黏尾翼才會(huì)與瓶身平行,飛行才會(huì)直線穩(wěn)定。
梯形尾翼四片:
1、尾翼尺寸依圖:55*70*35製出四片翼。
2、最窄的那邊(35)兩個(gè)轉(zhuǎn)角修剪圓。
粘合尾翼片
1、將四片尾翼,黏在四條等分線上。
2、黏貼時(shí),保持尾翼的垂直及直線上。
圓筒接合與定位
1、將泡棉板捲起,將兩側(cè)端面用膠黏合。
2、剪一條12mm寬,約202mm長(zhǎng)的泡棉條,黏在圓筒內(nèi)側(cè)下方,當(dāng)尾翼筒套入保特瓶的定位作用。
半圓錐與圓筒
1、如同步驟一,計(jì)算或量出周長(zhǎng),剪裁出一片,供圓筒用的泡棉板。
2、剪一片半圓泡棉板,其半徑與保特瓶的直徑相同(圓錐呈等腰三角形/60度內(nèi)角)。
3、剪裁半圓泡棉的圓弧時(shí),剪刀口傾斜約45度,斷面呈45度,作成圓錐時(shí),圓錐口才能平貼縫小。
圓筒接合與圓錐接合
1、半圓泡棉的中心點(diǎn),必須磨薄,捲合時(shí),在尖端才能黏合
2、或者,在中心處剪掉6mm的圓孔,在捲合時(shí),尖端就不會(huì)無(wú)法密合,但會(huì)有一個(gè)圓孔,那就用熱熔膠涂上封住,頂端呈圓形。
3、黏合圓錐不易定位,可在內(nèi)側(cè)先用PVC膠帶黏貼定位,再點(diǎn)膠固定。
自制頭錐與尾翼完成
1、將圓錐與圓筒結(jié)合,先找兩對(duì)角先黏合,再陸續(xù)同樣在其他對(duì)角黏合。
2、剪一條12mm寬,約202mm長(zhǎng)的泡棉條,黏在圓筒內(nèi)側(cè)靠近圓錐底位置,當(dāng)頭錐筒套入保特瓶的定位作用
3、圓錐體內(nèi)部,可以利用保麗龍或PE泡棉填入,可減少墜地撞擊損壞。
注意事項(xiàng)
1、裁切位置儘量保持直線及刀口垂直,在黏合時(shí),不會(huì)因?yàn)榭p隙太大而不容易接合。
2、使用瞬間膠,可先用微濕毛巾,在接合處擦拭一下,使膠的硬化速度更快,(因?yàn)樗查g膠是吸濕性的膠)。
3、使用熱熔膠也可以,不過(guò)如果水火箭放在車(chē)內(nèi)曬太陽(yáng),它就會(huì)因高溫軟化導(dǎo)致整個(gè)解體。
4、初期結(jié)合先在幾個(gè)位置先點(diǎn)少量的膠先行定位,確定后再點(diǎn)入較多的膠。
【水火箭發(fā)射步驟】
1﹑加水→依據(jù)動(dòng)量守恆(牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律),可增加反作用力。
因?yàn)楸L仄咳菁{的空氣有限,在噴氣嘴打開(kāi)的瞬間,空氣一下就沖出來(lái)了,以致水火箭所獲得的動(dòng)量變化小(或反作用力小),飛行的速度及距離就小。而加入水后,壓縮空氣將水向外推,當(dāng)水流高速向外沖出時(shí),水火箭所獲得的動(dòng)量變化就很大(反作用力增加),也就能推動(dòng)水火箭向上升空。
2﹑打氣→增加壓力艙內(nèi)的氣壓,以便快速將水排出。
單位面積中所受空氣的作用力稱(chēng)為壓力。P=F/[**] ; P:壓力 F:作用力 [**]:面積
故壓力愈大,所產(chǎn)生的作用力也愈大,反作用力也愈大。
3﹑發(fā)射→作用力與反作用力(牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律)
牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律:如果以一力推(拉)一物體時(shí),該物體會(huì)以相等大小的力推(拉)施力者。
1.灌得飽飽兒的氣球,裡頭充滿了空氣。
2.把吹氣口鬆開(kāi),空氣就會(huì)從吹氣口咻咻咻的跑出來(lái)。
3.往后面噴出來(lái)的空氣力量,會(huì)把氣球往前面推進(jìn)。火箭的沖力,也是利用這種反作用力產(chǎn)生的。
水火箭升空的原理和把氣球放氣的道理一樣。
4﹑飛行→重力、彈道飛行、空氣阻力
重力:使物體落回地面的力。兩物體間重力大小取決于它們之間的距離,也取決于物體的質(zhì)量。距離愈大,拉在一起的力量就愈小。物體的質(zhì)量愈大,重力就愈大。
彈道飛行:物體以一起始力向一仰角方向作用,物體受到地心引力的影響,呈一拋物線方式飛行。此拋物線即為彈道。
空氣阻力:物體移動(dòng)穿過(guò)空氣時(shí),空氣分子撞在物體上產(chǎn)生摩擦力,此種摩擦力稱(chēng)之為空氣阻力。
水火箭升空后,靠本身的慣性力量繼續(xù)飛行,可是受到地心引力及空氣阻力的影響,使得速度愈來(lái)愈慢,最后呈拋物線掉落地面。
5﹑尾翼的作用
尾翼的作用在于維持水火箭前進(jìn)的方向。
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