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實(shí)驗(yàn):水火箭箭體制作

實(shí)驗(yàn):水火箭箭體制作

 【水火箭原理】 

  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,那麼氣球會一面噴出裡面的氣體,一面飛走。這看起來好像是某種力量在對氣球作用,事實(shí)上這個力量并不是來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。 
  再舉一個例子:當(dāng)你拿著槍在射擊時,當(dāng)子彈飛出的那一瞬間,槍本身也會向后產(chǎn)生了所謂的后座力,而這就是子彈發(fā)射時產(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,整門大砲會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,只不過沒有砲管罷了。
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?,并非藉助外來的力量,而是靠火箭本身排出一股熱氣流,這些氣體以高速噴出,所產(chǎn)生的反作用力,推動它向反方向前進(jìn)。

  【水火箭制作過程】
  ◎ 材料的準(zhǔn)備: 
  1. 600cc或1500cc的保特瓶兩個。(單瓶加長型) 
  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,類似魚鰭翼) 

    ◎ 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: 利用管束對齊切割線,切瓶一次完成。 
     e. 傘形擴(kuò)孔刀: 多瓶連接時用,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: 畫線注記用。 
     i. 美工刀: 裁切泡棉、紙板用、瓶子。 
     j. 10cm長剪刀: 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: (開始動手了) 
     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,請參考下列網(wǎng)頁: 
     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齊,用奇異筆畫上切割線,然后以美工刀切開,不整齊處,再用剪刀修    剪??偣岔氁朗掷m(xù)才能完成處理。 
     2. 在此介紹站長的切割手法,在機(jī)械五金行,購買不鏽鋼管束,尺寸可套入及鎖緊瓶子,鎖緊時管束會自行水平定位且不會滑動,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. 鎖緊時管束會自行水平定位且不會滑動,以美工刀靠管束邊切割即可,一次解決。 
     2. 美工刀切割時,不可一刀直接切,先輕劃幾下再用力切開。 
     3. 由于管束圈住定形,在切割時,不會因?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,往往摔個幾次就掛了,不過成本較低,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,請參考網(wǎng)頁:
    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. 單一個瓶子的長度不夠,所以必須利用另一瓶來加長。 
     3. 利用瓶子的的瓶首做水火箭頭,最適合不過的,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,飛行時才不會轉(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連結(jié),可以參考下列網(wǎng)頁資料:中空螺絲之多瓶連接介紹

     ◎ 製作置放臺: 
     1. 在前面的上瓶,被切除的瓶底,可以拿來做水火箭的置放臺。 
     2. 因?yàn)樗鸺奈惨?,如果在平放時,容易受到重壓而導(dǎo)致變形脫落。 
     3. 將瓶蓋及瓶底鑽一個3~5mm的孔,用螺絲把瓶蓋和瓶底鎖在一起,如果會鬆動,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

     ◎ 座臺與水火箭組合: 
     1. 將瓶底座臺與水火箭的充氣瓶結(jié)合。 
     2. 平常不玩水火箭時,把噴嘴拆下,將箭體與座臺結(jié)合,當(dāng)做擺飾或作品也很不錯喔。 
     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的輪子,薄薄的輪子是輪子也是飛車的導(dǎo)向翼

     ◎ 裁切尾翼圓套: 
     1. 無論翼片是用泡棉、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,圓套的長度依箭體的總長的1/5左右,概約5~8cm。

     ◎ 尾翼圓套周長量取: 
     1. 不同容量的瓶子的直徑不同,以公式計(jì)算周長會有一些不適用,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,圓套的周長約少2mm左右,如此在圓套結(jié)合后,再套入瓶身會略緊一些,尾翼在飛行或墬落時才不易走位。 
     3. 尾翼的製作,請參考下列圖面 : 
      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個等份。
     3. 以奧雷特600cc的瓶子為例,周長約220mm,四個等份= 220 / 4 = 55mm,八個等份= 55 / 2 = 27.5mm。
     4. 劃出四片尾翼的位置,務(wù)必要垂直,黏合尾翼時才會與瓶身平行,飛行路徑不會轉(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. 形狀以最長常用的梯形翼、圓形翼、后掠翼、魚鰭翼,如果翼展較長,所使用的材質(zhì),最好要硬一些,飛行時尾翼才不會擺動,否則飛行方向會不穩(wěn)定。

     ◎ 裁切尾翼: 
     1. 按照自己的喜好來設(shè)計(jì)尾翼,裁切時美工刀要與材料保持90度垂直,斷面才會平整。 
     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,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,手一定要保持距離,才不致瞬間被黏住,工作場所保持通風(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),但必須等上幾個小時硅膠才會硬化。

     ◎ 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,請參考 : 
泡棉尾翼尺寸及工具材料 

     ◎ 對齊接合縫: 
     1. 在接合縫的背后內(nèi)側(cè)有膠帶輔助定位,接合縫要對齊,圓套的直徑才會一致。 
     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)致接合縫沒有對齊。 
     3. 含有纖維的膠帶,在書局裡有賣,也就是封裝書本的裝訂位置,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。 
     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。 
     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,手一定要保持距離,才不致瞬間被黏住,工作場所保持通風(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,尾翼的圓套下方與瓶子的圓弧轉(zhuǎn)平位置對齊(標(biāo)籤的邊緣),如此整個箭體呈現(xiàn) "梭子" 的流線外型,風(fēng)阻可以達(dá)到最小,相對可以增加飛行距離。 
     3. 由于製作圓套時,圓套的周長有減少約2mm左右,因此圓套在套入瓶子時,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,尾翼的圓套下方與瓶子的圓弧轉(zhuǎn)平位置對齊(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,由于向下的沖擊力,會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)過而形成向內(nèi)迴旋,因而產(chǎn)生負(fù)壓,使得前進(jìn)動力受到拖拉損失。

     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,請迅速泡入冷水即可冷卻熔融的膠。 
     2.  使用瞬間劑時,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,請循序漸進(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[**]泡棉就是常見的托鞋及泡棉拼毯的材料 
     2、目前市面上可購得厚度3mm的,色彩種類甚多(俗稱珍珠泡棉板,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、船、房屋、盒子,質(zhì)軟易于裁切,對于喜歡DIY的朋友是不錯的材料。 

     量取周長 :
     1、量瓶身直徑以公式計(jì)算圓筒外徑:周長 L=2*3.1416*(直徑/2) 
     2、以泡棉板直接包在瓶身上,實(shí)際找出長度 
     3、以奧雷特600cc為例,周長約 221mm。  

     四尾翼位置:
     1、計(jì)算出 4 個等分,兩側(cè)為半個等分,周長221/4=55.25mm/等分,27.6mm/半個等分。 
     2、使用三角尺,畫出垂直的直線,一定要垂直,黏尾翼才會與瓶身平行,飛行才會直線穩(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,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,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,剪刀口傾斜約45度,斷面呈45度,作成圓錐時,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,在尖端才能黏合 
     2、或者,在中心處剪掉6mm的圓孔,在捲合時,尖端就不會無法密合,但會有一個圓孔,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,先找兩對角先黏合,再陸續(xù)同樣在其他對角黏合。 
     2、剪一條12mm寬,約202mm長的泡棉條,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,不會因?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,不過如果水火箭放在車內(nèi)曬太陽,它就會因高溫軟化導(dǎo)致整個解體。  
     4、初期結(jié)合先在幾個位置先點(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)動量守恆(牛頓第三運(yùn)動定律),可增加反作用力。
    因?yàn)楸L仄咳菁{的空氣有限,在噴氣嘴打開的瞬間,空氣一下就沖出來了,以致水火箭所獲得的動量變化小(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,水火箭所獲得的動量變化就很大(反作用力增加),也就能推動水火箭向上升空。 
     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)動定律) 
     牛頓第三運(yùn)動定律:如果以一力推(拉)一物體時,該物體會以相等大小的力推(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,空氣就會從吹氣口咻咻咻的跑出來。 
     3.往后面噴出來的空氣力量,會把氣球往前面推進(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:物體移動穿過空氣時,空氣分子撞在物體上產(chǎn)生摩擦力,此種摩擦力稱之為空氣阻力。 
     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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