Водяная ракета (нем. Wasserrakete)
Водяная ракета — штука, которую можно собрать из пластиковой бутылки, а летает она на десятки метров вверх.
Берём обычную пластиковую бутылку (0,5–2 л), наливаем в неё немного воды (примерно на треть), герметично закрываем специальной пусковой пробкой с воздушным клапаном (как у велосипедного насоса), и накачиваем внутрь воздух под давлением. Всё — ракета готова к запуску.
Интерактивный симулятор полёта водяной ракеты
Двигайте ползунки (объём бутылки, доля воды, давление, диаметр сопла, масса, сопротивление воздуха) и смотрите, как меняется график высоты и ключевые параметры полёта в реальном времени.
Модель немного упрощена, но общую физику и порядок величин отражает верно.
Объём бутылки1.5 л
Доля воды33%
Давление накачки (изб.)5 бар
Диаметр сопла9 мм
Масса пустой ракеты60 г
Коэфф. сопротивления Cd0.5
Макс. высота
— м
Макс. скорость
— м/с
Время работы тяги
— с
Время до апогея
— с
Модель: адиабатическое расширение воздуха, истечение воды по Бернулли, тяга 2·A·ΔP, учтено сопротивление воздуха. После вылета воды тяга принимается равной нулю (упрощение).
Пара наблюдений, которые стоит проверить:
- Давление влияет сильнее всего — тяга растёт пропорционально ΔP\Delta P ΔP, а скорость истечения — как корень из давления, так что удвоение давления не удваивает высоту, но эффект заметный.
- Доля воды в 33% обычно даёт максимум высоты — попробуй подвигать этот ползунок и увидишь, как оптимум действительно где-то в районе трети объёма.
- Диаметр сопла — тонкий момент: узкое сопло даёт высокую скорость истечения, но маленький расход, а широкое — наоборот. Есть баланс.