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水火箭比赛论文

新闻来源:08届3部   新闻作者:李实等   新闻录入:网站管理员
字体大小: 超大          字体颜色:字体颜色     新闻阅读: 次    发布时间:2007.05.28

1.2 物理学基础 
    在水火箭的研究中可以简化为如下的情景: 
    有A、B两个物体,中间放一个轻质弹簧K。K与A、B不连接。把A、B相向运动到K被压缩到最短时,用细线连接A、B。 
    现在细线剪开,弹簧要恢复原长,给A、B以大小相等、方向相反的力的作用,所以A、B向相反方向运动,在弹簧恢复原长后,由于惯性,A、B物体仍会运动。

    在实际使用中,A物体相当于水火箭中的水,B物体相当于水火箭的箭体。弹簧K相当于箭体内的气体。用气筒对火箭充气的过程就是在压缩弹簧的过程,把连接机构打开使水在箭体中压缩气体的作用下快速喷出就是剪开细线让弹簧恢复原长的过程,箭体进行一定距离的飞行就是在弹簧恢复原长的过程和由于惯性B物体进行的运动。 
 根据动能定理和动能守恒定律可以得到A、B的速度关系为

已知弹力作用与气体的压强成正比,压强越大则弹力越大,速度越大。  
    由此可知,要使火箭飞行的距离更远,基本思路是减轻火箭箭体的重量,增加火箭内胆中气体的压力,增加压力作用时间。 
    但是在实际情况中,上述结论只适用于有动力的加速飞行部分。在水全部喷出后,火箭失去了动力。在此后的无动力飞行过程中,火箭的动能在不断减少。根据动能定律可得到火箭飞行的距离为

    由此可知,火箭箭体的质量越大,则火箭的动能越大。而且在相同的速度下,相同环境中,空气阻力的大小相同,所以火箭箭体的质量越大,飞行距离越远。 
    由此,在火箭的有动力飞行和无动力飞行对质量的要求是相互矛盾的,所以在火箭箭体中要加入配重以平衡这种矛盾,使火箭有动力飞行和无动力飞行的距离之和最远。

2. 制作过程
2.1 材料与工具 
    制作过程中使用的材料有:饮料瓶,纸板,塑料板;使用的工具有:剪刀,刀片,透明胶带,强力胶等。
2.2 火箭箭体制作过程
2.2.1 水萝卜 
    “水萝卜”火箭的主体结构为内胆,用的是1.5升的饮料瓶。这种饮料瓶不仅装水比较多,而且基本上是圆柱体。 
    “水萝卜”火箭的头部用另一个与内胆同样的饮料瓶的头部,截去饮口部分,粘在内胆尾部上构成。内放入大量的纸团,一方面作为火箭飞行的配重,以增加惯性,另一方面用纸团撑起了一个比较标准的子弹头型,优化火箭的气动性能。火箭尾部是从同种饮料瓶瓶身上截下的一部分,套在了箭体上,同样用来改善其气动性能。机翼是由用硬纸板制作的鸭翼、水平尾翼和垂直尾翼组成,用来防止火箭在飞行过程中尾部摆动,并且固定飞行方向。鸭翼比较小,位于箭体的中上部,左右对称;水平尾翼比较大,位于火箭的尾部,左右对称与鸭翼在同一直线上;垂直尾翼同样位于箭体的尾部,与水平尾翼所在平面垂直。 
    后来对“水萝卜”火箭进行了改进,措施为:把头部开成锥形;把鸭翼改成流线型。 
    采用第一种连接机构,飞行记录为60~70米(目测数据)。由于组内比赛时成绩不如“不鸣则已”,所以没有参加比赛。 
    主要缺点是结构复杂,笨重。而且由于没有合适的胶,粘接不牢。
2.2 2 不鸣则已 
    “不鸣则已”火箭在水萝卜火箭的基础上,改变了水萝卜结构复杂的缺点,简化了火箭结构。 
    “不鸣则已”火箭的内胆是1.5升的饮料瓶。火箭头部又从同样的饮料瓶上截下的头部粘在内胆的底部构成,没有截去饮口部分,在瓶盖上粘上一个纸做的锥形套以改善其气动性能。头部内装水气球作为配重。没有另外制作尾部。机翼改为只有水平尾翼和垂直尾翼组成,并且尾翼的制作材料改为塑料板。 
    采用第一种连接机构,飞行记录为78米(第一次比赛成绩)。 
    主要缺点是喷水口口径过大,配重仍然不足。

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