水火箭的制作及物理原理的探讨.ppt

水火箭的制作及物理原理的探讨作者：石建泳PB03203223v这就是作者高中时制过的一个玩具，而当时所学有限，对其中原理未能进行深入了解，现在利用所学力学知识，就其原理进一步探讨。v其基本原理就是在瓶中装水，然后加气，瓶中气压把水快速推出，反推“火箭”前进，有如真正的火箭发射，故称之为水火箭。一、简单水火箭的制作：水火箭：如右图1，用两个矿泉水瓶对接在一起，粘牢；（为了使其中能承受更大的压强，建议使用一个瓶子，如 下页图 2）。图 1 图 2自行车胎气嘴 只用一个瓶全箭体，然后用另一个瓶头部接在箭体上，做成流线型。图 2自行车胎气嘴发射时，在瓶中装 2/3 容积的小，摆好”火箭“角度，用气筒打气，当气压大到冲开瓶盖时，”火箭”就发射出去了。有条件也可以在气嘴处改进一下，做成一个活动式的气门开关，并加装一个气压计，这样可以预设气压，控制发射。发射：为简单起见，设发射时为坚直发射，暂不考虑空气阻力和风等的影响。设瓶子的容积为，瓶身重为m0,开始时装水体积为，水重为 m1(t),瓶中气压为，大气压强为，大气压强：、求水从瓶口喷出的速度：大气压强：由伯努力公式，有：1/2v2 +g(h0 v1t)+P=1/2v22+p0其中，为水的密度，s1,为水上平面（即瓶身横截面积），s2为瓶口横截面积，v1为水上平面处水的速度，v2为瓶口处水的速度，h0,为水的初始高度（即（）s1).（）又因为：v1s1=v2s2=（）（）由（），（），（）式即可确定瓶口水流速度v2(t)压强正反比于体积：2、求水喷出后瓶子所能达的速度在水喷出的过程中，瓶子受到水的反冲力，也受重力，但反冲力在此是主要的，忽略重力。=(u v)即：=v2(t)(4)mm将前面所求v2(t)代入式(4)即可解出火箭的速度 v。之后“火箭”为初速度为 v 的竖直上抛运动，还可求出火箭上升的最大高度。注2：上述只是理想情况的过程，且(t)是随着水喷出，瓶中气压变化面变的，情况较为复杂，我只给出方程，未求出具体解，如果考虑到空气阻力和风的影响，这一过程将更力复杂。注：如果发射不是垂直的，则要分别讨论水平和竖直两个分量的情况，但由于瓶中的水面情况随瓶的角度变化而变化。参考书目：力学，杨维纮著，中国科学技术大学出版社