水火箭的制作及物理原理的探討.ppt

水火箭的制作及物理原理的探討,作者：石建泳 PB03203223,這就是作者高中時(shí)制過的一個(gè)玩具，而當(dāng)時(shí)所學(xué)有限，對(duì)其中原理未能進(jìn)行深入了解，現(xiàn)在利用所學(xué)力學(xué)知識(shí)，就其原理進(jìn)一步探討。 其基本原理就是在瓶中裝水，然后加氣，瓶中氣壓把水快速推出，反推“火箭”前進(jìn)，有如真正的火箭發(fā)射，故稱之為水火箭。,一、簡(jiǎn)單水火箭的制作：,水火箭： 如右圖1，用兩個(gè)礦泉水瓶對(duì)接在一起，粘牢；（為了使其中能承受更大的壓強(qiáng)，建議使用一個(gè)瓶子，如 下頁 圖 2）。,圖 1,圖 2,自行車胎氣嘴,只用一個(gè)瓶全箭體，然后用另一個(gè)瓶頭部接在箭體上，做成流線型。,圖 2,自行車胎氣嘴,發(fā)射時(shí)，在瓶中裝 2/3 容積的小，擺好”火箭“角度，用氣筒打氣，當(dāng)氣壓大到?jīng)_開瓶蓋時(shí)，”火箭”就發(fā)射出去了。 有條件也可以在氣嘴處改進(jìn)一下，做成一個(gè)活動(dòng)式的氣門開關(guān)，并加裝一個(gè)氣壓計(jì)，這樣可以預(yù)設(shè)氣壓，控制發(fā)射。,發(fā)射：,為簡(jiǎn)單起見，設(shè)發(fā)射時(shí)為堅(jiān)直發(fā)射，暫不考慮空氣阻力和風(fēng)等的影響。,設(shè)瓶子的容積為 ，瓶身重為m0, 開始時(shí)裝水體積為 ，水重為 m1(t), 瓶中氣壓為 ，大氣壓強(qiáng)為 ，,大氣壓強(qiáng)：,、求水從瓶口噴出的速度：,大氣壓強(qiáng)：,由伯努力公式，有：,1/2v2 + g ( h0 v1t) + P =1/2v22+p0,其中，為水的密度，s1,為水上平面（即瓶身橫截面積），s2為瓶口橫截面積，v1為水上平面處水的速度，v2為瓶口處水的速度，h0,為水的初始高度（ 即（）s1 ).,（）,又因?yàn)椋?v1s1=v2s2,=,（）,（）,由（），（），（）式即可確定瓶口水流速度 v2(t),壓強(qiáng)正反比于體積：,2、求水噴出后瓶子所能達(dá)的速度,在水噴出的過程中，瓶子受到水的反沖力，也受重力，但反沖力在此是主要的，忽略重力。,= (u v),即：,= v2(t),( 4 ),m,m,將前面所求v2(t) 代入式( 4 ) 即可解出火箭的速度 v。之后“火箭”為初速度為 v 的豎直上拋運(yùn)動(dòng)，還可求出火箭上升的最大高度。,注2：上述只是理想情況的過程，且(t) 是隨著水噴出，瓶中氣壓變化面變的，情況較為復(fù)雜，我只給出方程，未求出具體解，如果考慮到空氣阻力和風(fēng)的影響，這一過程將更力復(fù)雜。,注：如果發(fā)射不是垂直的，則要分別討論水平和豎直兩個(gè)分量的情