可以任意角度发射的水火箭

梁法库,梁 帅

(1.齐齐哈尔大学理学院,黑龙江齐齐哈尔161006; 2.东北林业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150040)

可以任意角度发射的水火箭

梁法库1,梁 帅2

(1.齐齐哈尔大学理学院,黑龙江齐齐哈尔161006; 2.东北林业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150040)

通过在水火箭体内放置一个带小孔的活塞,改变了以往水火箭只能竖直或斜向上发射,不能水平、斜向下或竖直向下发射的不足,使水火箭可以在任意角度发射.

水火箭;带孔活塞;弹簧

近些年,水火箭被广大教育工作者推广到物理教学和课外科技活动中,期刊和专利文献中出现了许多令人鼓舞的成果.文献[1-4]中介绍的水火箭只能竖直或斜向上发射,不能斜向下或竖直向下发射,一旦往下发射,水不能被水火箭内气体喷出,起不到喷水作用,影响实验效果.本文通过在箭体内置带小孔的活塞,实现了可以任意角度发射的水火箭.

1 器材与制作

1.1 实验器材

一次性10 mL和50 mL塑料注射器,眼药水瓶(8 mL氯霉素软塑料瓶),弹簧,塑料泡沫,自行车气门芯胶管.

1.2 水火箭的制作

1)将一次性10 mL塑料注射器去掉针头和安装针头的塑料柱,取出活塞,去掉推杆,把活塞打个直径为0.8～1 mm小通孔.

2)再将10 mL塑料注射器的活塞放进注射器(箭体)内把针孔堵住(用胶固定),去掉注射器外体的敞口处的推柄,将打完孔的活塞放回箭体,然后弹簧两端分别与带孔活塞和机体固定.

3)将氯霉素软塑料瓶切掉底部和瓶嘴,套在箭体上,用胶和胶带封好接口.

4)充气筒是用50 mL塑料注射器去掉针头,用一段自行车气门芯胶管套在安装针头的柱上.

5)把箭体头部用软质发泡体作成流线型.图 1为组装完的水火箭,图2为充气筒.

图1 水火箭箭体

图2 充气筒

2 原理及演示

2.1 实验原理

以往水火箭朝下发射时水受重力作用处在箭头,发射时水不能被箭体内气体推出起不到喷水作用,我们通过箭体内接弹簧,弹簧的弹力作用把内置带孔的活塞确定到一定位置,把箭体喷口朝上,用注射器通过喷口注入箭体内装水区一定量的水,由于水的表面张力、黏滞力和气压作用,不管是朝上还是朝下发射,注入的水被活塞限制在箭体喷口附近,根据气体密度小于水,用充气筒充气时水火箭喷口朝下气体通过水上升,再通过活塞孔进入到活塞另侧充气区被压缩且大于外界大气压(一般3个大气压效果就很明显了),当发射时由于被压缩气体压强大于外界大气压强,于是就推动活塞和水向喷口快速移动,同时被压缩气体也通过活塞小孔喷出,这样使水快速喷出喷口,根据动量定理(或变质量方程)得知箭体同时获得了反向动力飞出;在喷水完毕活塞被气体推到喷口后(压缩气体喷完)又在弹簧作用下拉回原处,重复上面过程再次发射.

2.2 实验演示

1)演示时把箭体喷口朝上,用注射器通过喷口注入箭体内装水区一定量的水,把充气筒的活塞拉到50 mL位置,并且使充气筒的胶管插入喷水口.

2)充气时把水火箭喷口朝下,一手握住箭体,另一手推动充气筒即可给水火箭充气,充完后可将箭体头朝向任意方向发射了,看到水向后喷,箭体向前飞.

除了演示动量定理或变质量问题外,还可以在演示本装置之前先用以往只能向上发射的水火箭,作为问题启发学生如何实现任意方向发射.

3 注意事项

虽然本实验是小水火箭,但飞行的速度还是很快的,发射时不要朝向人群,箭头一定用软物质做,在室内演示充气量不要过大(若内气压较大超过3个大气压时最好把水火箭放入一透明有机塑料外筒中发射出去,这样就安全了),箭体不能用玻璃等坚硬易碎物质.内活塞的小孔大小控制在装水区装满水时(喷口朝上)因表面张力和气压作用水不自动流入水火箭充气区,并且带孔的活塞在喷完水能运动到喷口处即可.

[1] 梁法库,张敏贤,徐艳玲.一种用于课堂演示的小水火箭[J].教学仪器与实验,2005,(8):40.

[2] 梁法库.瞬时气压记忆型水箭的制作[J].物理实验,2001,21(7):45-46.

[3] 张依依.微型水火箭[P].中国专利申请号2006 20151741.0

[4] 李新庄,郭常胜.气压喷水火箭[P].中国专利申请号98202763.X.

[5] 解光勇,施卫.课题研究性物理实验教学研究与实践[J].物理实验,2009,29(4):19-22.

[6] 王丽娟,张平.探究落球法测液体黏度实验中小球达匀速运动所需的时间[J].物理实验,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

[责任编辑:郭 伟]

2010-03-02;修改日期:2010-05-03

黑龙江省教育厅2007年科学技术研究项目(No.11521309);齐齐哈尔大学教育科研重点项目(No. 2009004)

梁法库(1963-),男,黑龙江拜泉人,齐齐哈尔大学理学院教授,从事基础物理和演示实验研究.