Как сделать ракету

Ракеты являются отличной иллюстрацией третьего закона движения Ньютона: "Действию всегда есть равное и противоположное противодействие." Считается, что первой ракетой был паровой деревянный голубь, изобретенный Архитом Тарентским в 4 веке до нашей эры.^{[1]XИсточник информации} Паровой двигатель был превзойден пороховыми трубками Китайской армии, а затем ракетами, работающими на жидком топлеве, изобретенными Константином Циолковским и разработанными Робертом Годдардом. Эта статья описывает пять способов построения ракеты в домашних условиях, от простых до более сложных; в конце вы можете найти дополнительную секцию, объясняющую базовые принципы построения ракет.

Метод 1

Метод 1 из 5:

Ракета из воздушного шарика

Загрузить PDF

Опорой может служить спинка стула или дверная ручка.
2
Пропустите нить через пластиковую трубочку для питья. Нить и трубочка послужат системой навигации, с помощью которой вы сможете контролировать траекторию движения вашей ракеты из воздушного шарика.
- Наборы для построения моделей ракет использую похожую технологию, где трубочка похожей длины прикрепляется к корпусу ракеты. Эта трубочка продевается через металлическую трубку на стартовой платформе, чтобы удерживать ракету в вертикальном положении до пуска.
Обязательно туго натяните нить перед этим.
Защемите кончик шарика, чтобы не выпускать воздух. Вы можете использовать ваши пальцы, скрепку для бумаг или прищепку.
6
Выпустите воздух из шарика. Ваша ракета пролетит по установленной траектории, от одного конца нити к другому.
- Вы можете сделать эту ракету как с длинными, так и с круглыми шариками, а также поэкспериментировать с длиной трубочки. Вы также можете изменить угол, под которым проходит траектория полета ракеты, чтобы посмотреть, как это повлияет на расстояние, которое пролетит ваша ракета.
- Похожим образом вы можете сделать реактивную лодку: Разрежьте коробку из-под молока вдоль. Прорежьте дырку в нижней части и проденьте через нее шарик. Надуйте шарик, затем поместите лодку в ванну с водой и выпустите воздух из шарика.
Реклама

Метод 2

Метод 2 из 5:

Ракета, запускающаяся трубочкой для питья

Загрузить PDF

Если длина должна быть в три раза больше его ширины: рекомендованные размеры составляют 11,43 см на 3,81 см.^{[2]XИсточник информации}
2
Туго оберните прямоугольник вокруг карандаша или дюбеля. Начните закручивать полоску бумаги от конца карандаша, а не от центра. Часть полоски должна свисать над стержнем карандаша или концом дюбеля.
- Используйте карандаш или дюбель чуть толще, чем трубочка для питья, но не намного толще.
Заклейте бумагу по всей длине карандаша.
Закрепите скотчем.
Аккуратно подуйте в открытый конец ракеты. Прислушайтесь, чтобы поймать любой звук, который указывает на то, что воздух выходит из ракеты с боков или из конца и аккуратно ощупайте ракету, чтобы почувствовать вырывающиеся потоки воздуха. Заклейте все пробоины в ракете и снова протестируйте ракету, пока вы не устраните все дырки.
Поскольку эта ракета довольно узкая, удобнее будет вырезать и приклеить две пары смежных плавников, чем три или четыре отдельных маленьких плавника.
Убедитесь, что трубочка достаточно выступает из ракеты, чтобы вы могли зажать ее конец пальцами.
9
Резко подуйте в трубочку. Ваша ракета взлетит ввысь от силы вашего дыхания.
- Всегда направляйте трубочку и ракету вверх, а не на кого-либо, когда вы запускаете ракету.
- Постройте несколько разных ракет, чтобы узнать, как различные изменения влияют на ее полет. Также попробуйте запускать ваши ракеты дыханием разной силы, чтобы узнать, как сила вашего дыхания влияет на расстояние, которое пролетает ваша ракета.
- Игрушка, похожая на бумажную ракету, состояла из пластикового конуса с одного края и пластикового парашюта с другого. Парашют прикреплялся к палочке, которая затем вставлялась в картонную трубку. Когда в трубку дули, пластиковый конус ловил воздух и взлетал вверх. Достигнув максимальной высоты, палочка отпадала, после чего раскрывался парашют.
Реклама

Метод 3

Метод 3 из 5:

Ракета из баночки из-под фотопленки

Загрузить PDF

1
Решите, какой длины/высоты вы хотите построить вашу ракету. Рекомендованная длина — 15 см, но вы можете сделать ее длиннее или короче.
- Рекомендуемый диаметр: 3,75 см^{[3]XИсточник информации}, но на самом деле он будет определен диаметром камеры сгорания.
2
Раздобудьте баночку из-под фотопленки. Она послужит камерой сгорания для вашей ракеты. Вы можете найти такую баночку в фотомагазинах, которые еще работают с фотопленкой.
- Найдите баночку, которая защелкивается изнутри, а не снаружи.
- Если вы не можете найти баночку из-под фотопленки, вы можете использовать старую пластиковую баночку из-под лекарств с защелкивающейся крышкой. Если вы не можете найти баночку с защелкивающейся крышкой, вы можете найти пробку, которая туго поместится в горлышко баночки.
3
Соберите ракету. Легче всего сделать корпус ракеты тем же способом, что и в случае с бумажной ракетой, запускающейся через трубочку: просто оберните лист бумаги вокруг баночки из-под пленки. Поскольку эта баночка послужит пусковым устройством вашей ракеты, вам стоит приклеить бумагу к ней, чтобы она не улетела.^{[4]XИсточник информации}
- Убедитесь, что горлышко баночки открыто, когда вы прикрепите к ней корпус.^{[5]XИсточник информации} Горлышко послужит соплом ракеты.
- Вы можете сделать отдельный носовой конус вместо того, чтобы загибать верхнюю часть корпуса ракеты. Вырежьте из бумаги круг, сделайте надрез от края до середины, а затем сверните бумагу в конус. Вы можете приклеить конус к корпусу клеем или скотчем.
- Добавьте хвостовые плавники. Поскольку эта ракета будет толще в диаметре, чем ракета, запускающаяся трубочкой, вы можете вырезать и прикрепить к ее корпусу отдельные плавники. Лучше всего остановиться на трех плавниках.
Рекомендуется запускать этот тип ракет в открытом пространстве или на улице, так как ракета может взлететь достаточно высоко.
Если рядом с вашей стартовой площадкой нет источника воды, вы можете наполнить ракету где-либо еще и донести ее до площадки вниз головой или принести воду к платформе и наполнить ракету там.
Разломайте пополам шипучую таблетку и опустите одну половинку в воду.
8
Отойдите на безопасное расстояние. Растворяясь в воде, таблетка выпустит двуокись углерода. Давление накопится внутри баночки и сорвет крышку, запуская вашу ракету ввысь.
- Вместо воды, вы можете наполнить баночку на половину уксусом. Вместо шипучей таблетки, вы можете использовать 1 чайную ложку (5 г) пищевой соды. Уксус (уксусная кислота) реагирует с пищевой содой (основанием), вырабатывая воду и двуокись углерода. Помните, что уксус и сода реагируют намного быстрее, чем вода и шипучая таблетка, поэтому вам будет необходимо отойти от ракеты как можно быстрее – и использование этих ингредиентов в неправильных пропорциях может разорвать саму баночку из-под пленки.^{[6]XИсточник информации}
Реклама

Метод 4

Метод 4 из 5:

Спичечная ракета

Загрузить PDF

Это должен быть равнобедренный треугольник с основанием в 2,5 см и медианой 5 см.^{[7]XИсточник информации}
Приложите спичку к прямой булавке таким образом, чтобы острый кончик булавки доставал до головки спички, но не был длиннее ее.
Оберните алюминиевый треугольник вокруг головок спички и булавки, начиная с самой верхушки. Оберните фольгу как можно туже вокруг спички, не сбивая иголку с позиции. Когда вы завершили этот процесс, обертка должна спускаться примерно на 6,25 мм ниже головки спички.
Это подтолкнет фольгу ближе к головке спички и лучше отметит канал, сформированный булавкой под фольгой.
7
Сделайте стартовую площадку из скрепки.
- Согните внешний сгиб скрепки под углом в 60 градусов. Это будет основой стартовой платформы.
- Загните внутренний сгиб скрепки вверх и немного в сторону, чтобы образовался открытый треугольник. К нему вы и прикрепите обернутую фольгой головку спички.
8
Поместите стартовую площадку на место запуска ракеты. Опять же, найдите открытое место на улице, так как эта ракета может пролететь довольно большое расстояние. Избегайте сухие места, так как спичечная ракета может начать пожар.
- Убедитесь, что вблизи вашего космодрома нет людей и животных, прежде чем запускать ракету.
Ракета должна располагаться как минимум под углом в 60 градусов от основы стартовой площадки и земли. Если она немного ниже, согните скрепку еще больше, пока вы не получите необходимый угол.
10
Запустите ракету. Зажгите спичку и поместите огонь сразу под обернутую головку спичечной ракеты. Когда фосфор в ракете зажжется, ракета взлетит.
- Держите поблизости ведро с водой, чтобы погасить использованные спички, чтобы убедиться, что они полностью потухли.
- Если ракета неожиданно попадет в вас, замрите, упадите на землю и покатайтесь по ней, пока вы не собьете с себя огонь.
Реклама

Метод 5

Метод 5 из 5:

Водяная ракета

Загрузить PDF

1
Приготовьте одну пустую двухлитровую бутылку, которая послужит напорной камерой для вашей ракеты.^{[8]XИсточник информации} Поскольку в строительстве этой ракеты используется пластиковая бутылка, она иногда называется бутылочной ракетой. Ее не стоит путать с типом петард, которые также известны как бутылочные ракеты, потому что они часто запускаются изнутри бутылки. Эта форма бутылочной ракеты запрещена во многих местах; водяная ракета не является запрещенной.
- Снимите этикетку с бутылки, разрезав ее там, где она не приклеена к бутылке. Будьте осторожны, чтобы не поцарапать и не продырявить бутылку, так как это ослабит ее.
- Укрепите бутылку, обклеив ее упаковочной летной. Новая бутылка может выдержать давление до 45 кг на 6,5 кв. см (689.48 кПа), но повторные запуски ослабят бутылку и уменьшат давление, которое она может выдержать, не разорвавшись.^{[9]XИсточник информации} Вы можете обернуть центр бутылки несколько раз лентой или обернуть бутылку посередине, а затем еще в середине каждой из получившихся половин бутылки. Убедитесь, что каждый отрезок ленты обертывает бутылку как минимум два раза.
- Пометьте фломастером места, где вы хотите прикрепить к ракете хвостовые плавники. Если вы хотите прикрепить четыре плавника, нарисуйте четыре линии на расстоянии 90 градусов друг от друга. Если вы хотите прикрепить три плавника, нарисуйте три линии на расстоянии 120 градусов друг от друга. Вы можете сначала обернуть бутылку листом бумаги и сделать пометки на нем, а уже потом перенести пометки на бутылку.^{[10]XИсточник информации}
2
Сделайте плавники. Поскольку пластиковый корпус ракеты довольно прочный, особенно после укрепления лентой, вам потребуются столь же прочные плавники. Твердый картон может подойти для этого, но он прослужит только несколько запусков. Лучше всего использовать пластик, похожий на тот, из которого изготавливаются пластиковые папки для бумаг.^{[11]XИсточник информации}
- Первым делом вам следует придумать дизайн ваших плавников и создать бумажный трафарет для вырезания пластиковых плавников. Какими бы ни были ваши плавники, помните, что впоследствии вам понадобится сложить каждый из них пополам для прочности. Также они должны доставать до той отметки, где бутылка начинает сужаться.
- Вырежьте трафарет и используйте его, чтобы вырезать три или четыре одинаковых плавника из пластика или картона.
- Согните плавники пополам и прикрепите их к телу ракеты крепким скотчем.
- В зависимости от дизайна вашей ракеты, вам может потребоваться сделать плавники длиннее горлышка бутылки/сопла ракеты.
3
Создайте носовой конус и отсек полезной нагрузки. Для этого вам потребуется вторая двухлитровая бутылка.
- Вырежьте донышко пустой бутылки.
- Поместите полезный груз в верхнюю часть разрезанной бутылки. Грузом может быть все, что угодно, начиная от комка пластилина до шарика из эластичных резинок. Поместите отрезанную нижнюю часть внутрь бутылки так, чтобы дно было направлено к ее горлышку. Закрепите конструкцию скотчем, а затем приклейте эту бутылку донышку бутылки, которая выполняет роль камеры давления.
- Нос ракеты можно сделать из чего угодно, от крышечки пластиковой бутылки до поливиниловой трубки или пластикового конуса. Придумав, какой нос вы хотите сделать для вашей ракеты, и собрав его, прикрепите его к верхней части ракеты.
4
Протестируйте баланс вашей ракеты. Поместите ракету на ваш указательный палец. Точка баланса должна находиться чуть выше камеры давления (в нижней части первой бутылки). Если точка баланса смещена, снимите секцию позитивного груза и измените вес груза.
- После того, как вы нашли центр массы, взвесьте ракету. Она должна весить 200 - 240 г.^{[12]XИсточник информации}
5
Создайте пусковой / ограничительный клапан. Существуют несколько устройств, которые вы можете сделать, чтобы запустить вашу водяную ракету. Самое легкое из них - пусковой и ограничительный клапан, которые крепится на горлышко бутылки, которая служит камерой давления.^{[13]XИсточник информации}
- Найдите винную пробку, которая туго помещается в горлышко бутылки. Вам может понадобиться немного подрезать края пробки, если она слишком широкая.
- Найдите клапанную систему, вроде такой, которая используется в автомобильных шинах или внутренней трубке велосипедных колес. Измерьте диаметр клапана.
- Просверлите дырку в центре пробки такого же диаметра, что и клапан.
- Очистите стержень клапана и поместите кусочек скотча на резьбу и открытие.
- Проденьте клапан через дырку в пробке, затем закрепите его силиконовым или уретановым герметиком. Позвольте герметику полностью высохнуть, прежде чем снимать скотч с клапана.
- Протестируйте клапан, чтобы убедиться, что воздух свободно проходит через него.
- Протестируйте ограничитель, залив в камеру давления немного воды и вертикально поставив ракету. Если вы заметите протечку, перезакрепите клапан и протестируйте его еще раз. Когда вы убедились, что клапан не протекает, протестируйте его еще раз, чтобы узнать, при каком давлении воздух выталкивает ограничитель из бутылки.
- Вы можете найти инструкции по созданию более сложной пусковой системы здесь: http://www.sciencetoymaker.org/waterRocket/buildWaterRocketLauncher.htm.
6
Выберите космодром для вашей ракеты. Как и с вышеописанными ракетами, вам следует запускать водную ракету только на улице. Поскольку эта ракета больше и сильнее других ракет, вам потребуется и большее открытое пространство для запуска. Космодром также должен располагаться на более плоской поверхности.
- Рекомендуется запускать ракету с приподнятой поверхности, например, со стола для пикника, если при запуске будут присутствовать маленькие дети. ^{[14]XИсточник информации}
7
Запустите вашу ракету.
- Наполните камеру давления на треть или на половину водой.^{[15]XИсточник информации} (Вы можете добавить немного пищевого красителя в воду, чтобы окрасить “выхлопной газ” ракеты.) Вы также можете запустить ракету, не наполняя ее водой, хотя в этом случае давление может отличаться от того, которое можно будет наблюдать при наполненной камере давления.
- Вставьте пусковой/ограничительный клапан в горлышко камеры давления.
- Прикрепите шланг велосипедного насоса к клапану.
- Поставьте ракету вертикально.
- Начните закачивать воздух в ракету, пока давление не достигнет такой силы, что пробка вылетит из бутылки. Между тем моментом, когда вы начнете качать воздух, и тем моментом, когда пробка выскочит из бутылки, может быть небольшой промежуток.
Реклама

Части ракеты и как они работают

1. Используйте пропеллент, чтобы запустить ракету и заставить ее перемещаться по воздуху. Ракета летит, направляя поток выхлопных газов вниз через одно или несколько сопел, отталкиваясь таким образом вверх (ход) и перемещаясь вперед по воздуху (тяга). Ракетные двигатели работают через смешивание фактического топлива с источником кислорода (окислителем), что позволяет им работать как в космосе, так и в атмосфере Земли.

Самые ранние ракеты были ракеты на твердом топливе. Такого рода ракеты включают петарды, китайские боевые ракеты и два тонких ракетоносителя, используемые Спейс шаттлами. Большинство таких ракет имеют отверстие в центре, где горючее и окислитель встречаются и воспламеняются.^{[16]XИсточник информации} Ракетные двигатели в моделях ракет используют твердотопливные пропелленты, а также несколько зарядов, которые позволяют развернуть парашют ракеты, когда топливо расходуется.^{[17]XИсточник информации}
В ракетах на жидком топливе есть отдельные камеры с жидким топливом (бензином или гидразином и жидким кислородом, к примеру), которые находятся под постоянным давлением. Эти жидкости закачиваются в камеру сгорания в основании ракеты; выхлопные газы сбрасываются через конусообразное сопло.^{[18]XИсточник информации} Основными двигателями на шаттлах были ракеты на жидком топливе, которые поддерживались внешним топливным баком, располагавшимся под шаттлом при запуске. Ракеты Сатурн-5, использовавшиеся во время миссии Аполлон, также работали от жидкого топлива.
Многие транспортные средства, работающие от ракетного двигателя, также используют ракеты меньшего размера, прикрепленные по бокам таких транспортных средств, чтобы помочь направлять их во время полетов в космосе. Они называются двигателями маневрирования. Сервисный модуль, прикрепленный к командному модулю Аполлона, имел такие двигатели; пилотируемый маневрирующий модуль, использовавшийся астронавтами Спейс шаттлов, также работал от таких двигателей.

2. Сократите сопротивление воздуха с помощью носового конуса. Воздух имеет массу, и чем плотнее эта масса (особенно вблизи поверхности Земли), тем больше она сдерживает объекты, которые пытаются двигаться через воздух. Ракеты должны быть обтекаемыми (иметь удлиненную, эллиптическую форму), чтобы минимизировать трение, которое им необходимо преодолеть, когда они летят сквозь воздух, поэтому большинство ракет имеют заостренный носовой конус.

Ракеты, которые переносят положительные нагрузки (астронавтов, спутники или взрывчатые боеголовки), обычно переносят их ближе к носовой части корабля. К примеру, командный модуль Аполлона имел конусообразную форму.
Носовой конус также может содержать системы навигации, которые могут быть необходимы для направления ракеты. Навигационные системы могут включать бортовые компьютеры, сенсоры, радары и радио, которые позволяют пилотирующим ракету людям получать информацию о направлении ракеты и контролировать траекторию ее полета.^{[19]XИсточник информации} (Ракеты Годдарда использовали гироскопическую навигационную систему.)^{[20]XИсточник информации}

3. Сбалансируйте ракету в центре ее массы. Общий вес ракеты должен быть сбалансирован вокруг определенной точки внутри ракеты, чтобы убедиться, что она полетит прямо и не будет кувыркаться. Это точку можно назвать точкой равновесия, центром массы или центром тяжести.

Центр массы отличается в каждой ракете. Как правило, точка баланса будет находиться чуть выше камеры топлива или давления.
В то время как полезная нагрузка помогает поднять центр массы ракеты выше ее камеры давления, слишком тяжелая полезная нагрузка сделает ракету слишком тяжелой сверху, что приведет к трудностям при удержании ракеты в вертикальном положении до запуска и направлении ракеты во время него. По этой причине интегральные микросхемы были включены в компьютеры космических аппаратов, чтобы уменьшить их вес. (Это привело к использованию похожих интегральных схем (или чипов) в калькуляторах, электронных часах, персональных компьютерах, а в последнее время еще и в планшетах и смартфонах.)

4. Стабилизируйте ракету с помощью хвостовых плавников. Плавники позволяют обеспечить прямой полет ракеты, предоставляя сопротивление воздуха против изменения направления. Некоторые плавники сделаны таким образом, чтобы они были длиннее сопла ракеты, помогая поддерживать ракету в вертикальном положении перед запуском.

В XIX веке англичанин Уильям Хейл изобрел другой способ для использования хвостовых плавников, чтобы стабилизировать полет ракеты. Он разработал выхлопные отверстия рядом с плавниками в форме лопастей, которые заставляли выхлопные газы отталкиваться от плавников таким образом, чтобы ракета вращалась при движении сквозь воздух на подобии пули и не откланялась от заданной траектории своего движения. Этот процесс называется стабилизацией вращением.^{[21]XИсточник информации}

Советы

Если вам понравилось собирать ракеты, описанные в этой статье, и вы хотели бы попробовать свои силы в создании более сложных ракет, вы можете сделать ракетомодельный спорт вашим хобби. Модели ракет стали продаваться обычным гражданам еще в 1950-е годы. Они представляют из себя наборы для сбора ракет, которые затем можно запускать одноразовым пороховым двигателем на высоту от 100 до 500 метров.^{[22]XИсточник информации}
Если у вас не получается запустить ракету из вертикального состояния, вы всегда можете превратить вашу ракету в ракетные сани и запустить ее горизонтально. (В сущности, ракета из воздушного шарика является одной из форм ракетных саней.) Вы можете прикрепить баночку из-под фотопленки к игрушечной машине, а водную ракету - к скейтборду. Вам все равно потребуется открытое пространство для запуска этих ракет.

Предупреждения

Всегда надевайте защитные очки при запуске любой из свободно летающих ракет (кроме ракеты из воздушного шара). Для более крупных свободно летающих ракет, таких как водяные ракеты, также рекомендуется надеть защитный шлем, чтобы защитить голову, если ракета попадет в вас.
Не стреляйте любой из свободно летающих ракет в другого человека.
Присутствие взрослых настоятельно рекомендуется при работе с любой из ракет, приводимых в движение чем-либо, кроме дыхания человека.

Что вам понадобится

Защитные очки (для всех свободно летающих ракет)
Защитная каскаr (для больших свободно летающих ракет)

Для ракеты из воздушного шарика:^{[23]XИсточник информации}

Длинный шарик
Нитка или леска (3 - 5 м)
Трубочка для питья
Скрепка или прищепка (или другой предмет для временного зажатия горлышка шара)
Скотч
Что-то, к чему можно привязать оба конца нити

Для ракеты, запускающейся трубочкой для питья:^{[24]XИсточник информации}

Трубочка для питья
Лист плотной бумаги
Ножницы
Карандаш
Скотч

Для ракеты из баночки от фотопленки:^{[25]XИсточник информации}^{[26]XИсточник информации}^{[27]XИсточник информации}

Лист плотной бумаги
Баночка для 35 мм фотопленки (доступная в фотомагазинах) или таблеток (с защелкивающейся крышкой)
Ножницы
Скотч
Вода
Шипучие таблетки
Уксус (вместо воды)
Пищевая сода (вместо шипучей таблетки)
Карандаш
Клей
Бумажное полотенце

Для спичечной ракеты:^{[28]XИсточник информации}