自由研究でペットボトルロケットをやるのですが、食塩水のほうがよく飛ぶと聞きました。何故ですか？… 2022/10/11 未分類 🔊 AI音声で読み上げ 自由研究でペットボトルロケットをやるのですが、食塩水のほうがよく飛ぶと聞きました。何故ですか？わかりやすくおねがいします
やってみないと分からないが、同じ体積の水よりも、食塩水の方が重い。
ロケットは推進剤を噴射して、その反動で飛ぶ。作用・反作用の働きだ。
軽い物を投げたときよりも、重い物を投げたときの方が、反作用は大きくなる。
ただし、水と食塩水の重さの違いがそんなに大きいか？というのは、計算してくれ。
３０％増しってとこか。(死海の塩分濃度がそれくらい）
もっと重量があって、水と同じように粘性の低い液体があれば、有効かもな。
食塩水をまき散らすことになるから……周辺に塩害をもたらす。
なんか……スプラトゥーンの効果音がきこえるゎ。イカ、よろしく～～～
噴出する物体の重量が重い方がよく飛ぶだろう。
だから、空気だけではなく推進剤として水を入れる。,推進エネルギーの上限は、圧搾空気の断熱膨張によるもので計算されます。
食塩を飽和まで溶かしても、２０℃で２割増しの密度。夏ならそれより密度は低いものです。水の方が塩水より速く噴出されるため、運動量の違いは密度の違いよりさらに小さくなります。結局、食塩水にすることによって、最適な空気の体積がわずかに増えます。その程度の差しか現れません。
圧力は高い方が遠くへ飛ぶ傾向ははっきりしていますが、水の量、打ち上げ角は、理論上最適値が求められるものの、空中の滑空で回頭運動がどうなるかで極端に違います。
やってみると分かりますが、２０メートルも飛ばなかったり１００mを超えたり。
ペットボトルロケットを推進機構にしてグライダーを飛ばすと３００mあたりは楽に達成できるはずですが、実験できる広い場所が確保できなくて、あきらめました。
推進エネルギーの上限は圧縮した空気の内部エネルギーですが、
それが全てロケットの運動エネルギーになる訳ではありません。
何故水を入れるのでしょうか。
水を入れないと圧縮空気は一気に口から出てしまい。
大半がロケットの運動エネルギーではなく空気の運動エネルギーに
なってしまいます。
水を入れると水は空気より重いので押し出すのに時間がかかります。
その分ロケットの運動エネルギーになる割合が増加します。
食塩水は水よりも密度が大きいので水より効果が大きいと言えます。
しかし水は多すぎると圧縮空気の量が減るので逆に性能が落ちます。
水の量や密度の最適値を探すのは、この実験の醍醐味だと思います。
実際に飛ばして実験してもバラツキが大きく効果を測るのが難しいので、
下図のようにガイドレールとゴムひもとメモリを描いた紙を用意して
ロケットを発射してもガイドレールから飛び出さないようにして
ビデオ撮影すると良いです。
ゴムひもを引っ張る長さと引っ張っている時間の長い方が
ロケットが良く飛ぶ条件になります。
この実験で条件を決めた後で実際に飛ばしてみると、
その効果がはっきりすることでしょう。
ペットボトルロケットは、水(塩水)の噴出するエネルギーの反作用で飛ぶわけですが、そのエネルギーは圧縮された空気やペットボトルの膨張・収縮によるものなので、発射前にペットボトル内に蓄えられるエネルギーの量は変わらないと思います。よって理論的な飛行距離は同じではないでしょうか。
しかし、理論的な速度等は作用・反作用であまり変わらないとしても、風の抵抗に対しての駆動力は、相対的に大きくなると思われますのでその分良く飛ぶかもしれませんね。また、飛行の安定性が増すこともあるかもしれません。
風に向かって、軽いボールと重いボールを思いっきり投げると、重いほうが良く飛ぶのと同じではないでしょうか。
ガセネタですよ。バラツキが大きく、有意な差は出ません。その情報源は信用しないこと。
ところで「やるのですが」ということが気になります。
条件を変えて飛ばすとしても、よほど田舎でない限り、朝４時半に起きて、河原に出かけ、着地地点までの距離が分かるように、地上に目印を置くなどして、５時ごろから飛ばします。一回２０分程度の準備時間がかかり、犬を連れた散歩の人が２００m以内に近寄った時には、発射できない・・・・など、とても大変な研究です。
バラツキが大きく、データの傾向が捉えられるまで、夏休みいっぱいかかっても困難ですよ。