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Start einer Wasserrakete.

EIN Wasserrakete (auch Haustierrakete genannt) ist a Raketenschiff hergestellt aus a Haustierflasche. Der Vortrieb erfolgt durch das Befüllen der PET-Flasche etwa mit Wasser und den Rest der Flasche mit a bottle unter Druck setzen Fahrradpumpe. Die Flasche wird auf den Kopf gestellt.

Eine Wasserrakete wird verwendet, um mit dem zu experimentieren Aerodynamik, Thermodynamik und andere Ebenen der Physik.

Bauen und starten

Schematisierung einer Wasserrakete

Zuerst werden das Etikett und ein eventueller Plastikrand am Flaschenboden entfernt. Ein Fahrrad- oder Autoventil wird in einen Gummikorken gesteckt, der mit ausreichend Reibung passt in den Hals der PET-Flasche. An der Seite der Flasche ein Leiter (zum Beispiel gebrochen PVCRohr) montiert. Außerdem benötigt man einen Stock, der leichtgängig in das Führungsrohr hinein- und herausgleitet.

Flasche vorfüllen 1/3 mit Wasser den Korken mit Ventil in den Hals einführen (muss steif sein). Stick den Stock aufrecht in den Boden und stellen Sie die Flasche mit dem Führungsrohr kopfüber auf die Stange. Pumpen Sie die Flasche mit einer Fahrradpumpe auf, bis der Stopfen platzt und die Flasche etwa 10 bis 30 Fuß hoch fliegt. Auch ein horizontaler Start ist möglich, allerdings muss dafür eine große Leerfläche zur Verfügung stehen.

Es ist möglich, den Korkstopfen mittels einer Halterung zu fixieren, danach kann mehr Druck auf die Flasche ausgeübt werden. Der Druck kann mit Hilfe des Manometers beispielsweise an einer besseren Fahrradpumpe gemessen werden. Beim gewünschten Druck muss die Halterung gelöst werden (aus kurzer Distanz, zum Beispiel mittels Seil), damit die PET-Flasche wegschießt.

Zur Stabilität können auch Flossen an der Flasche angebracht werden. Wenn das Wasser aus der Flasche gepresst wird, wirbelt eine Flasche ohne Stabilisierungsflossen und verliert sehr schnell an Geschwindigkeit und Höhe. Mit an der Flasche angebrachten Flossen bleibt die Oberseite der Flasche während des Fluges nach vorne gerichtet, wodurch der Luftwiderstand relativ gering bleibt. Auch eine eventuelle Beschwerung in der Nase kann funktionieren. Nach dem Gesetz von Newton "Masse Is Slow" hat er einen kleineren Beschleunigung während der Startphase. Aufgrund der größeren Masse ist die Geschwindigkeitsabnahme aufgrund des Luftwiderstands jedoch weniger schnell; es ist dann möglich, (fast oder mehr) 180 Meter Höhe zu erreichen.

Darüber hinaus ist es möglich, einen Nasenkonus an der Nase der Rakete (also dem Boden der Flasche) für weniger aerodynamischen Widerstand zu montieren, was die Rakete noch höher macht. Die optimale Form für a Nasenkegel ist eine Ellipse oder einfacher eine Halbkugel.

Landung

Wenn die Rakete fällt und eine beschwerte Nase oder Flossen hat, wird sie sehr hart fallen und die Rakete wird wahrscheinlich zerbrechen oder beschädigt werden. Aus diesem Grund ist es manchmal wünschenswert, einen Fallschirm hinzuzufügen. Dazu dient eine beschwerte Nase an der etwas lockereren Flasche. Darunter ist der Fallschirm. Wenn sich die Flasche am höchsten Punkt befindet, fällt die Nase ab und der Fallschirm wird ausgelöst. An der Seite der Wasserrakete kann auch eine "Klappe" angebracht werden, die mit einem Gummizug oder ähnlichem an der Nase befestigt wird. Wenn der Druck weg ist, öffnet sich die Klappe, wodurch die Nase abfällt und sich ein Fallschirm entfaltet. Gutes Material für die Herstellung eines Fallschirms ist zum Beispiel ein Müllsack, Stoff aus einem Regenschirm, eine Plastiktüte oder ein extra großer Sandwichbeutel.

Weltrekorde

Der Höhenweltrekord-Wasserraketenschießen liegt in den Händen der UNS. Wasserraketen Team mit einer Körpergröße von 2001 ft (609 m) mit der "X-12".

Luftaufnahme von der Hyperon-Rakete von Team-DB-Raketen. Drüberschauen unten balken

Start einer Wasserrakete. Bei a wird die Wegfahrsperre entfernt. Bei e wird das letzte Wasser ausgestoßen, das sich aufgrund der zwischenzeitlich erreichten Aufwärtsgeschwindigkeit eine Weile nach oben bewegt. Bei einem Raketenvolumen von ca. 1,5 Liter, einem normalen Flaschenhals und einem Fülldruck zwischen 5 und 10 bar vergehen zwischen a und e ca. 0,1 Sekunden.

Wasserraketenkräfte

Den Langstreckenflug-Weltrekord bzw. Klasse-C-Rekord hält das niederländische Team [D&P]Rockets* mit einer durchschnittlichen Flugzeit von 1,47 Minuten mit ihrem „Project 1.5“.

Der Weltrekord für das Abfeuern der meisten Wasserraketen auf einmal liegt in den Händen der niederländischen Studentenschule Boyan Slat von Gotta Launch. Am 19. Juni 2009 feuerte er 213 Wasserraketen auf einmal ab. Dies brachte dem Jungen eine Erwähnung im Guinness-Buch der Rekorde ein, vor der Gründung hatte er unter anderem Hilfe von Studenten der TU Delft und des Grotius College erhalten.

Physikalische Wirkung

Eine Wasserrakete funktioniert mittels der Newtons drittes Gesetz: ${displaystyle {vec {F}}_{action}=-{vec {F}}_{reaction}}$. Der Druckbehälter (meist die Flasche) steht unter Druck. Dadurch entsteht Überdruck: Der Druck in der Flasche ist größer als der Außenluftdruck. Beim Start der Rakete drückt das komprimierte Gas das Wasser heraus und übt eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung auf die Flasche aus Newtons drittes Gesetz. Ist diese Kraft größer als die Schwerkraft, so entsteht eine resultierende Kraft nach oben. Eine resultierende Kraft nach oben (entsprechend der Newtons zweites Gesetz) für eine Aufwärtsbeschleunigung, nämlich:

${displaystyle {vec {F}}_{res}=m{vec {a}}}$.

Dadurch steigt die Rakete mit zunehmender Geschwindigkeit.

Wenn Gas und Flüssigkeit aus dem Druckbehälter nach unten gesprüht wurden, gibt es keinen Schub mehr. An diesem Punkt ist die maximale Geschwindigkeit der Wasserrakete erreicht. Dadurch wirken auf die Wasserrakete nur negative, nach unten gerichtete Kräfte (Schwerkraft und Luftreibung). Dadurch erhält die Rakete eine negative Abwärtsbeschleunigung. Die Geschwindigkeit der Rakete nimmt also ab, bis sie Null ist.

Ist die Geschwindigkeit null, hat die Rakete ihren höchsten Punkt erreicht. Von diesem Moment an zieht die Schwerkraft die Rakete zurück zur Erde. Da die Rakete nun nach unten fliegt, arbeitet die Luftreibung nun gegen die Schwerkraft. Die Luftreibung wirkt immer entgegen der Geschwindigkeitsrichtung:

${displaystyle {vec {F}}_{w}=-{1 über 2}ho {vec {v}}^{2}C_{w}A}$.

Im Herbst erreicht die Flasche ein Maximum Endgeschwindigkeit (oder Endgeschwindigkeit). Die Luftreibung nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit zu, während die Schwerkraft immer gleich bleibt. Bei Erreichen der Höchstgeschwindigkeit beträgt die resultierende Kraft 0 N (Newtons erstes Gesetz). Dies lässt sich berechnen mit:

${displaystyle v={sqrt {frac {2mg}{ho C_{w}A}}}}$. ${displaystyle {vec {F}}_{action}=-{vec {F}}_{reaction}}$

Darin ist:

v = Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde (m/s)

m = die Masse der Flasche in kg

g = Erdbeschleunigung in m/s² (In den Niederlanden ist dies 9,81 m/s²)

p = Dichte der Luft (auf Meereshöhe ca. 1.225 kg/m³)

${displaystyle C_{w}}$ = FallschirmLuftwiderstandsbeiwert (ca. 0,6 für eine Rakete mit rundem Kopf)

A = frontal Oberfläche der Wasserrakete

Siehe auch

• Dampfrakete

Literaturverzeichnis

• D. Kagan, L. Buchholtz, L. Klein, Soda-Flasche Wasserraketen, The Physics Teacher 33, 150-157 (1995)
• C. J. Gommes, Eine gründlichere Analyse von Wasserraketen: feuchte Adiabate, vorübergehende Strömungen und Trägheitskräfte in einer Sodaflasche, American Journal of Physics 78, 236 (2010).