Helppoa ja hauskaa! Pulloraketti, joka saa hymyn huulille – Katso ohjeet!
【Kuuntele tämä artikkeli radiosta!】
【Lue tämä artikkeli englanniksi】
Pulloraketti on mainio kesälomaprojekti ja ehdottomasti kokeilemisen arvoinen tiedekoe. Se on täynnä ihmeellisiä oivalluksia: voit huomata, miten veden määrä vaikuttaa lentomatkaan tai miten pullon sisään muodostuu pilvi lennon jälkeen. Tätä hauskaa kokeilua kutsutaan myös vesiraketiksi, sillä se on turvallinen ja ekologinen raketti, joka lentää taaksepäin suihkuavan veden avulla. Niitä myydään myös valmiina paketteina. Tänään esittelen, miten teet oman pulloraketin alusta alkaen etkä käytä valmista pakettia!
Tämä pieni 500 ml:n pulloraketti on edullinen, helppo tehdä ja silti näyttävä! Olemme kehittäneet sen sopivaksi alakoululaisille, yläkoululaisille ja lukiolaisille, ja se on turvallinen, mutta lentää silti pitkälle. Kokemus on taatusti vaikuttava! Koe itse, kuinka jännittävää tiede on. Tämän pienen pulloroketin rakentamiseen tarvitsetkaksi 500 ml:n pulloa. Pienen kokonsa ansiosta se on helppo kuljettaa ja säilyttää valmiinakin. Se on paljon kevyempi ja helpompi käsitellä kuin 1,5 litran pullosta tehty raketti.
Jotkut saattavat ajatella: ”Eikö pieni raketti lennä tarpeeksi pitkälle?” Mutta se lentää paljon pidemmälle kuin uskoisit!
Jos onnistut, se voi lentää yli 20 metriä, jopa yli 30 metriä! Teen näitä raketteja opiskelijoiden kanssa joka vuosi, ja parhaat saavat ne lentämään yli 30 metriä. Tällä etäisyydellä rakentamisen ja lennättämisen hauskuus on taattu, ja pienen koon ansiosta raketin voi ottaa helposti mukaan kotiin. Se on täydellinen etäisyys puistossa tai koulun pihalla lennättämiseen. Tästä videosta näet, miltä raketin lennättäminen näyttää.
Valmiina laukaisuun
Laukaisu! Vettä suihkuaa ulos runsaasti! Mikä riemu! (^^)
Raketti on punaisen nuolen osoittamassa kohdassa.
Muuten, jos lennätät alla esiteltyä 1,5 litran #pullorakettia taidokkaasti, se voi lentää yli 30 metriä. Kotiin vieminen on kuitenkin hankalaa, ja se on vaarallinen ilman suurta aluetta, eikä sitä voi lennättää missä tahansa. Siksi suosittelemme pienempää mallia. Pulloraketti ei ole pelkästään hauska. Se on myös täydellinen opetusväline, jolla voi oppia hauskasti mm. #liikemäärän säilymisen , #voiman ja vastavoiman lain , #adiabaattisen prosessin ja #pilvien muodostumisen . Se on siis paras tapa innostua tieteestä (selitykset löytyvät alempaa).
Käydään nyt läpi, miten raketti tehdään.
Tieteen resepti
Tarvikkeet
・Kaksi 500 ml:n limsapulloa (Huom. jos teet evät paperista, tarvitset vain yhden pullon. Lue lisää täältä)
Toinen pullo toimii säiliönä, jossa on vettä, joka antaa rakettiin voimaa. Toisesta pullosta tehdään evät. Muista käyttää tankkina aina hiilihappopulloa. Niiden muovi on paksumpaa ja vahvempaa kuin tavallisissa pulloissa, jotta ne kestävät painetta. Esimerkiksi ”Mitsuyasaider” ja ”C.C. Lemon” -pullot, joissa ei ole kuvioita ja jotka ovat yksinkertaisen muotoisia, ovat erityisen suositeltavia.
Rakuten: Mitsuyasaider Amazon: C.C. Lemon
・Ilmastointiteippi, pilli, katkoteräveitsi, sakset, kaksipuolinen teippi, naskali, lauta, pihdit, kuminen tulppa koko 6 tai 7 (koko 6 on täydellinen, 7 käy myös. Saatavilla Hands-liikkeistä.)
・Ilmapumpun neula (suutinsarja) Huom. Varmista suutinta ostaessasi, että se sopii ilmapumppuusi. Osta suutin rautakaupasta tai verkosta.
Amazon: Ilmapumppu palloille Rakuten: molten Käsipumppu palloille, sis. 2 neulaa MCAR2
・Vaateripustin, ilmapumppu (suositellaan painemittarilla varustettua), tuoli
Raketin valmistaminen
1. Kärjen ja evien leikkaaminen
Koko projektiin menee noin 50 minuuttia. Leikkaa ensin pullosta osat, kuten kuvassa on merkitty katkoviivoilla, ja ota talteen raketin kärki (A) ja evät (B). Kun leikkaat,
Pidä pulloa toisella kädellä ja toisella kädellä pidä katkoteräveistä pystyssä pulloa vasten. Paina veistä alas ja tee pieni reikä.
Työnnä sakset reikään ja leikkaa pulloa pyörittämällä.
Tämä tapa on turvallinen. Seuraavassa kuvassa näet leikatut osat A ja B.
Näin lapsetkin voivat leikata osat turvallisesti. Kuitenkin, vanhempien tulee olla mukana vaiheessa ①, jotta he voivat auttaa lasta.A-osa, pullon kärki, kiinnitetään raketin etuosaan.B-osasta, pullon keskiosasta, tehdään kaksi evää.
2. Evien tekeminen
Tarkastele B-osan lieriönmuotoista muovia, niin näet kaksi ohutta viivaa.
Taita ensin muovi näitä viivoja pitkin. Näetkö viivat? Ne ovat tässä. Elävässä elämässä ne erottaa helposti. Tämän jälkeen laita muovi kahden laudan väliin ja paina koko painollasi sen päälle.
Ota litistynyt muovi esiin ja litistä vielä reunat kunnolla. Se vaatii voimaa, joten pyydä apua vanhemmilta. Voit painaa muovin tasaiseksi myös puupalasilla käsin.
Myös jalkojen käyttäminen on hyvä tapa litistää muovi.
Seuraavaksi, mittaa 10 cm ylhäältä ja leikkaa (2).
Merkitse seuraavaksi muoviin tussiilla merkki 4 cm ylhäältä vasemmalta ja 4 cm alhaalta oikealta ja vedä viiva viivottimen avulla (3). Leikkaa viivaa pitkin saksilla (4). Lopuksi avaa evä ja leikkaa 1 cm syvä viilto taitoksen alaosaan (5). Taita kiinnityslaippa (6).
Laita kaksipuolista teippiä evien väliin ja paina ne tiukasti yhteen. Leikatut reunat voivat olla teräviä, joten kiinnitä ympärille ilmastointiteippiä (7). Se tekee myös rakenteesta tukevamman ja kauniimman.
3. Osien kiinnittäminen
Kiinnitä toisen pullon pohjaan (tankki) leikattu pullon pää (A). Kiinnitä se ilmastointiteipillä koko matkalta.
Kiinnitä evien laipat ilmastointiteipillä.
Viimeiseksi kiinnitä pilli evien väliin, ja raketti on valmis. Pillillä on tärkeä tehtävä: se pitää raketin suorassa laukaisun aikana.
4. Ilmanottoreiän tekeminen
Tee pulloroketin voimanlähteelle ilmanottoreikä. Poraa reiän kumiiseen tulppaan (koko 6 tai 7) naskalilla. Tämä vaatii voimaa, joten lasten on ehdottomasti pyydettävä apua aikuiselta. Aseta tulppa pystyyn laudan päälle ja paina naskalia kohtisuorasti tulppaa vasten, jotta reikä syntyy. Tämä vaatii voimaa ja on vaarallista, joten ole varovainen! Kun reikä on tehty, työnnä ilmapumpun neula siihen. Tähänkin tarvitaan voimaa. Kun neulan kärki tulee tulpan toiselta puolelta ulos, se on valmis.
Neulan pituudesta riippuen tulppaa saattaa joutua leikkaamaan lyhyemmäksi. Koko 7 on napakampi.
Laukaisualustan valmistaminen!
Selitän nyt, miten laukaisualusta valmistetaan. Koulussa laukaisualustaa ei tarvitse kaikkien tehdä, yksi tai kolme riittää. Esimerkiksi 40 oppilaan ryhmälle kolme alustaa on sopiva määrä, jotta kaikki pääsevät kokeilemaan vuorollaan. Leikkaa vaateripustin pihdeillä kuvan osoittamista kohdista (tämä vaatii voimaa!). Tarvitset vain kuvan mustan osan, muut osat voi heittää pois.
Leikkaa vaateripustin pihdeillä. Kärki saa jäädä teräväksi. Tämä vaatii voimaa, joten pyydä apua aikuiselta.
Kiinnitä leikattu osa tuoliin tai vastaavaan.
Vaateripustimen kärki saattaa olla terävä. Vanhempien on hyvä viilata sitä tai kääriä teippiä sen ympärille. Jos teet tämän luokkahuoneessa, se kannattaa kiinnittää telineeseen. Kuvan alaosassa näkyy telineen varsi.
Lennätä rakettia!
Laita säiliöön hieman vettä ja sulje se kuminen tulppa. Veden määrä on tärkeä! Kokeile eri määriä ja tutki, miten se vaikuttaa lentomatkaan. Laita sitten raketti laukaisualustalle. Pujota vaateripustin raketin pillin läpi.
Kun raketti on paikallaan, ala pumpata ilmaa säiliöön ilmapumpulla. Kun paine kasvaa tarpeeksi, tulppa irtoaa, ja raketti lähtee lentoon!
Aseta raketti valmiiksi…
…pumpaa ilmaa… ja laukaise!
Jos opettaja pitää kuminen tulppa paikallaan laukaisun aikana, raketti lentää pidemmälle, koska tulppa ei lennä taaksepäin (voi olla hauskaa miettiä, miksi näin tapahtuu).
Koe
Kokeile eri vesimääriä ja tutki, miten ne vaikuttavat lentomatkaan. Mikä on optimaalinen määrä vettä ja mikä on paras laukaisukulma? Jos vettä on liian vähän, työntövoimaa ei riitä, eikä raketti lennä kovin kauas. Jos vettä on liikaa, osa vedestä jää pullon sisään laukaisun jälkeen, eikä raketti silloinkaan lennä kovin pitkälle.
Tämä on hyvä koe vaikka koulun projektityöhön. Lukiolaisille voi lisäksi selittää liikemäärän säilymisestä ja pyytää heitä pohtimaan asiaa syvällisemmin.
Entä mikä on paras laukaisukulma? Tein simulointiohjelman (Scratch) laukaisukulman tutkimiseen. Teorian mukaan 45 astetta olisi paras kulma, jos ilmanvastusta ei olisi. Todellisuudessa ilmanvastus vaikuttaa, joten paras kulma on todennäköisesti alle 45 astetta. Mitä tapahtuu, kun kokeilet?
Heti laukaisun jälkeen pullon sisälle voi muodostua pilvi, joka saa pullon näyttämään sumuiselta. Se johtuu siitä, että adiabaattisen laajenemisen vuoksi pullon sisällä oleva lämpötila laskee. Miksi lämpötila laskee? Sitäkin voi pohtia tämän kokeen avulla.
Varoituksia!
Vesiraketti kastelee, joten varaudu siihen. Jotkut saattavat yrittää tunkea tulppaa liian tiukasti tai pumpata ilmaa liikaa, jotta raketti lentäisi pidemmälle. Tämä pullo rakettimalli on suunniteltu turvalliseksi siten, että tulppa irtoaa luonnollisesti, mutta valmiiden pakettien kanssa kannattaa olla varovainen. Muovipulloissa voi olla näkymättömiä halkeamia, jotka voivat johtaa räjähdykseen korkeassa paineessa. Jos käytät valmista pakettia, muista aina käyttää suojalaseja.
Muista opettaa, ettei sisäistä painetta saa kasvattaa liikaa. Paineen tulisi pysyä alle 4 ilmakehän paineen. Käytä siksi painemittarilla varustettua ilmapumppua.
Lennätä rakettia aina laajalla alueella, jossa ei ole ihmisiä. Vaikka pulloraketin osumasta ei pitäisi tulla vakavia vammoja, se on silti vaarallista.
Viitteet
Paperisen ohjeen tarvitseville
Olen luonut tulostettavan manuaalin niille, jotka haluavat rakentaa raketin paperiohjeiden avulla. Lataa ja tulosta se vapaasti.
Paperiset evät nopeuttavat prosessia!
Jos teet tämän kokeen esimerkiksi koululuokassa 50 minuutin oppitunnilla, edellä kuvattu tapa ei ole tarpeeksi nopea. Esittelen seuraavaksi nopeamman tavan. Kun teet evät pahvista, raketti on valmis jopa 30 minuutissa. Käytä askartelukartonkia, jossa on valmiiksi painetut viivat, jotta evien leikkaaminen on helppoa ja tarkkaa.
Esimerkiksi tämä paketti maksaa noin 1,10 euroa ja sisältää viisi arkkia. Yhdellä arkilla voit tehdä kahdeksan evää. Jos raketissa on kaksi evää, yhdellä arkilla saat evät neljälle raketille. Näin yhdellä paketilla saa evät jopa 20 raketille. Evien kaavio näyttää tältä:
Yhtenäiset viivat leikataan, katkoviivat taitetaan.
Oppilaat voivat piirtää kuvion askartelukartongille viivoittimella ja kynällä.
Tältä valmis evä näyttää.
Ja näin se kiinnitetään.
Kun se on vahvistettu ilmastointiteipillä, se näyttää tältä.
Tällä kertaa teimme vain kaksi evää ajansäästön vuoksi, mutta tällä menetelmällä voit helposti tehdä kolme tai neljäkin evää lyhyessä ajassa. Esimerkiksi 10 oppilaan ryhmä (luokat 7-9) sai raketit valmiiksi 30 minuutissa, ja koko koe laukaisuineen kesti vain tunnin.
Jos haluat nopeamman valmistuksen, suosittelen pakettia.
Jos sinulla ei ole aikaa ja haluat saada paremmin lentävän raketin, kannattaa ostaa valmis paketti. Ne ovat kalliimpia, mutta lentävät todella hyvin. Voit harkita esimerkiksi alla olevia paketteja. Amazonista on saatavilla myös yksinkertaisia tulppa-sarjoja, joten tutustu alla oleviin linkkeihin. Minulla itselläni on Takagi-merkkinen.
Tutustu pulloroketteihin (liikemäärän säilyminen)
Miksi raketti lentää? Selitän sen liikemäärän säilymisen avulla. Katsotaan seuraavaa kuvaa: Pulloraketilla, jonka massa M sisältää vettä, joka on levossa, ja joka laukaisee massan m vettä nopeudella -v suhteessa rakettiin.
Oletetaan, että raketin nopeus laukaisun jälkeen on V’. Liikemäärän säilymisen lain mukaan:
Jotta V’ olisi suuri, täytyy kasvattaa massaa m tai nopeutta v. Jos pulloraketissa on liian vähän vettä, ulostyönnettävää massaa m ei riitä, ja raketti ei lennä hyvin.
Tein tiedekerhon opiskelijoiden kanssa kokeen, jossa testasimme eri vesimääriä. Tulokset ovat tässä. Jos vettä on liikaa, osa siitä jää pulloon laukaisun jälkeen, ja raketti ei lennä pitkälle.
(Laukaisukulma oli 45°, ja tulokset ovat kolmen kokeen keskiarvoja)
Kokeilimme myös eri laukaisukulmia. Teorian mukaan 45 astetta olisi paras kulma, jos ilmanvastusta ei olisi, mutta käytännössä 60 astetta oli paras. Koska teimme kokeet 15 asteen välein, maksimi on todennäköisesti jossain 45 ja 50 asteen välissä.
Lopuksi tutkimme evien määrän vaikutusta lentoon.
Neljä evää toimi parhaiten. Opiskelijoiden havaintojen mukaan raketti lensi tasaisemmin neljällä evällä.
Samat periaatteet toiminnassa
Samaa periaatetta käytetään monissa muissa asioissa. Suihkukoneiden suihkumoottorit imevät ilmaa edestä, puristavat sen 30-40 kertaa ilmakehän painetta suurempaan paineeseen, polttavat sen polttoaineen kanssa ja suihkuttavat palokaasuja ulos taaksepäin, mikä tuottaa työntövoimaa. Myös kalmarit ja mustekalat käyttävät tätä periaatetta: ne imevät vettä manttelionteloon ja suihkuttavat sen voimakkaasti ulos suppilon kautta, mikä saa ne liikkumaan eteenpäin.
Katso video aiheesta tästä.
Veneissä käytetään vesijet-propulsiota, jonka avulla ne voivat liikkua jopa 90 km/h. Periaate on sama kuin suihkumoottorissa, mutta ilman sijasta käytetään vettä. Rakettimoottorit eivät tarvitse ilmaa ulkopuolelta, koska avaruudessa ei ole ilmaa. Ne kuljettavat mukanaan sekä polttoainetta että happea, jotka ne polttavat ja suihkuttavat kaasuja suurella nopeudella taaksepäin, mikä saa raketin lentämään. Hayabusan ”ionimoottori” ionisoi ksenonkaasun mikroaalloilla ja suihkuttaa ionisoidut hiukkaset sähkökentän avulla taaksepäin, mikä tuottaa työntövoimaa.
Tieteen muistikirjasta
Tiedosta tekee mielenkiintoista se, että voit tehdä hauskoja kokeita myös kotona. Täältä löydät vinkkejä ja selityksiä. Hae vain!
・Lisätietoa minusta, Ken Kuwakosta, täältä.
・Erilaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeilutunnit, TV-konsultointi, esiintyminen yms.) täältä.
・Artikkelien päivitykset löytyvätX:stä! Seuraa, niin pysyt ajan tasalla.
