梁法庫,梁 帥

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

可以任意角度發(fā)射的水火箭

梁法庫1,梁 帥2

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

通過在水火箭體內(nèi)放置一個帶小孔的活塞,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和課外科技活動中,期刊和專利文獻中出現(xiàn)了許多令人鼓舞的成果.文獻[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,影響實驗效果.本文通過在箭體內(nèi)置帶小孔的活塞,實現(xiàn)了可以任意角度發(fā)射的水火箭.

1 器材與制作

1.1 實驗器材

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,自行車氣門芯膠管.

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,用一段自行車氣門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 實驗原理

以往水火箭朝下發(fā)射時水受重力作用處在箭頭,發(fā)射時水不能被箭體內(nèi)氣體推出起不到噴水作用,我們通過箭體內(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,用充氣筒充氣時水火箭噴口朝下氣體通過水上升,再通過活塞孔進入到活塞另側(cè)充氣區(qū)被壓縮且大于外界大氣壓(一般3個大氣壓效果就很明顯了),當發(fā)射時由于被壓縮氣體壓強大于外界大氣壓強,于是就推動活塞和水向噴口快速移動,同時被壓縮氣體也通過活塞小孔噴出,這樣使水快速噴出噴口,根據(jù)動量定理(或變質(zhì)量方程)得知箭體同時獲得了反向動力飛出;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,重復上面過程再次發(fā)射.

2.2 實驗演示

1)演示時把箭體噴口朝上,用注射器通過噴口注入箭體內(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)充氣時把水火箭噴口朝下,一手握住箭體,另一手推動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.

除了演示動量定理或變質(zhì)量問題外,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,作為問題啟發(fā)學生如何實現(xiàn)任意方向發(fā)射.

3 注意事項

雖然本實驗是小水火箭,但飛行的速度還是很快的,發(fā)射時不要朝向人群,箭頭一定用軟物質(zhì)做,在室內(nèi)演示充氣量不要過大(若內(nèi)氣壓較大超過3個大氣壓時最好把水火箭放入一透明有機塑料外筒中發(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(噴口朝上)因表面張力和氣壓作用水不自動流入水火箭充氣區(qū),并且?guī)Э椎幕钊趪娡晁苓\動到噴口處即可.

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

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

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

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

[5] 解光勇,施衛(wèi).課題研究性物理實驗教學研究與實踐[J].物理實驗,2009,29(4):19-22.

[6] 王麗娟,張平.探究落球法測液體黏度實驗中小球達勻速運動所需的時間[J].物理實驗,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年科學技術(shù)研究項目(No.11521309);齊齊哈爾大學教育科研重點項目(No. 2009004)

梁法庫(1963-),男,黑龍江拜泉人,齊齊哈爾大學理學院教授,從事基礎物理和演示實驗研究.