可以任意角度發(fā)射的水火箭

梁法庫(kù),梁 帥

(1.齊齊哈爾大學(xué)理學(xué)院,黑龍江齊齊哈爾161006; 2.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱150040)

可以任意角度發(fā)射的水火箭

梁法庫(kù)1,梁 帥2

(1.齊齊哈爾大學(xué)理學(xué)院,黑龍江齊齊哈爾161006; 2.東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱150040)

通過(guò)在水火箭體內(nèi)放置一個(gè)帶小孔的活塞,改變了以往水火箭只能豎直或斜向上發(fā)射,不能水平、斜向下或豎直向下發(fā)射的不足,使水火箭可以在任意角度發(fā)射.

水火箭;帶孔活塞;彈簧

近些年,水火箭被廣大教育工作者推廣到物理教學(xué)和課外科技活動(dòng)中,期刊和專利文獻(xiàn)中出現(xiàn)了許多令人鼓舞的成果.文獻(xiàn)[1-4]中介紹的水火箭只能豎直或斜向上發(fā)射,不能斜向下或豎直向下發(fā)射,一旦往下發(fā)射,水不能被水火箭內(nèi)氣體噴出,起不到噴水作用,影響實(shí)驗(yàn)效果.本文通過(guò)在箭體內(nèi)置帶小孔的活塞,實(shí)現(xiàn)了可以任意角度發(fā)射的水火箭.

1 器材與制作

1.1 實(shí)驗(yàn)器材

一次性10 mL和50 mL塑料注射器,眼藥水瓶(8 mL氯霉素軟塑料瓶),彈簧,塑料泡沫,自行車(chē)氣門(mén)芯膠管.

1.2 水火箭的制作

1)將一次性10 mL塑料注射器去掉針頭和安裝針頭的塑料柱,取出活塞,去掉推桿,把活塞打個(gè)直徑為0.8～1 mm小通孔.

2)再將10 mL塑料注射器的活塞放進(jìn)注射器(箭體)內(nèi)把針孔堵住(用膠固定),去掉注射器外體的敞口處的推柄,將打完孔的活塞放回箭體,然后彈簧兩端分別與帶孔活塞和機(jī)體固定.

3)將氯霉素軟塑料瓶切掉底部和瓶嘴,套在箭體上,用膠和膠帶封好接口.

4)充氣筒是用50 mL塑料注射器去掉針頭,用一段自行車(chē)氣門(mén)芯膠管套在安裝針頭的柱上.

5)把箭體頭部用軟質(zhì)發(fā)泡體作成流線型.圖 1為組裝完的水火箭,圖2為充氣筒.

圖1 水火箭箭體

圖2 充氣筒

2 原理及演示

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

以往水火箭朝下發(fā)射時(shí)水受重力作用處在箭頭,發(fā)射時(shí)水不能被箭體內(nèi)氣體推出起不到噴水作用,我們通過(guò)箭體內(nèi)接彈簧,彈簧的彈力作用把內(nèi)置帶孔的活塞確定到一定位置,把箭體噴口朝上,用注射器通過(guò)噴口注入箭體內(nèi)裝水區(qū)一定量的水,由于水的表面張力、黏滯力和氣壓作用,不管是朝上還是朝下發(fā)射,注入的水被活塞限制在箭體噴口附近,根據(jù)氣體密度小于水,用充氣筒充氣時(shí)水火箭噴口朝下氣體通過(guò)水上升,再通過(guò)活塞孔進(jìn)入到活塞另側(cè)充氣區(qū)被壓縮且大于外界大氣壓(一般3個(gè)大氣壓效果就很明顯了),當(dāng)發(fā)射時(shí)由于被壓縮氣體壓強(qiáng)大于外界大氣壓強(qiáng),于是就推動(dòng)活塞和水向噴口快速移動(dòng),同時(shí)被壓縮氣體也通過(guò)活塞小孔噴出,這樣使水快速噴出噴口,根據(jù)動(dòng)量定理(或變質(zhì)量方程)得知箭體同時(shí)獲得了反向動(dòng)力飛出;在噴水完畢活塞被氣體推到噴口后(壓縮氣體噴完)又在彈簧作用下拉回原處,重復(fù)上面過(guò)程再次發(fā)射.

2.2 實(shí)驗(yàn)演示

1)演示時(shí)把箭體噴口朝上,用注射器通過(guò)噴口注入箭體內(nèi)裝水區(qū)一定量的水,把充氣筒的活塞拉到50 mL位置,并且使充氣筒的膠管插入噴水口.

2)充氣時(shí)把水火箭噴口朝下,一手握住箭體,另一手推動(dòng)充氣筒即可給水火箭充氣,充完后可將箭體頭朝向任意方向發(fā)射了,看到水向后噴,箭體向前飛.

除了演示動(dòng)量定理或變質(zhì)量問(wèn)題外,還可以在演示本裝置之前先用以往只能向上發(fā)射的水火箭,作為問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生如何實(shí)現(xiàn)任意方向發(fā)射.

3 注意事項(xiàng)

雖然本實(shí)驗(yàn)是小水火箭,但飛行的速度還是很快的,發(fā)射時(shí)不要朝向人群,箭頭一定用軟物質(zhì)做,在室內(nèi)演示充氣量不要過(guò)大(若內(nèi)氣壓較大超過(guò)3個(gè)大氣壓時(shí)最好把水火箭放入一透明有機(jī)塑料外筒中發(fā)射出去,這樣就安全了),箭體不能用玻璃等堅(jiān)硬易碎物質(zhì).內(nèi)活塞的小孔大小控制在裝水區(qū)裝滿水時(shí)(噴口朝上)因表面張力和氣壓作用水不自動(dòng)流入水火箭充氣區(qū),并且?guī)Э椎幕钊趪娡晁苓\(yùn)動(dòng)到噴口處即可.

[1] 梁法庫(kù),張敏賢,徐艷玲.一種用于課堂演示的小水火箭[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2005,(8):40.

[2] 梁法庫(kù).瞬時(shí)氣壓記憶型水箭的制作[J].物理實(shí)驗(yàn),2001,21(7):45-46.

[3] 張依依.微型水火箭[P].中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?006 20151741.0

[4] 李新莊,郭常勝.氣壓噴水火箭[P].中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?8202763.X.

[5] 解光勇,施衛(wèi).課題研究性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與實(shí)踐[J].物理實(shí)驗(yàn),2009,29(4):19-22.

[6] 王麗娟,張平.探究落球法測(cè)液體黏度實(shí)驗(yàn)中小球達(dá)勻速運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間[J].物理實(shí)驗(yàn),2009,29 (1):37-39.

Water rocket launched in any angle

LIANG Fa-ku,LIANG Shuai
(1.Department of Physics,Qiqihar University,Qiqihar 161006,China; 2.College of Civil Engineering,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China)

The traditional water rocket can be launched only in vertical or inclined upward directions,not in horizontal,obliquely downward or vertical downward directions.In this paper,an improved water rocket that can be launched in all directions is designed by installing a piston with a small hole in the rocket.

water rocket;piston with a hole;spring

O313.2

A

1005-4642(2010)10-0031-02

[責(zé)任編輯:郭 偉]

2010-03-02;修改日期:2010-05-03

黑龍江省教育廳2007年科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(No.11521309);齊齊哈爾大學(xué)教育科研重點(diǎn)項(xiàng)目(No. 2009004)

梁法庫(kù)(1963-),男,黑龍江拜泉人,齊齊哈爾大學(xué)理學(xué)院教授,從事基礎(chǔ)物理和演示實(shí)驗(yàn)研究.