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La magia della pressione e dell'acqua: come lanciare un razzo usando una semplice bottiglia per bevande?
Con la divulgazione della conoscenza scientifica, molte persone hanno iniziato a esplorare il divertimento dei lanci di razzi. Essendo un esperimento scientifico semplice e interessante, i razzi ad acqua non solo attirano l'attenzione dei giovani, ma permettono loro anche di apprendere i principi di base della meccanica e della conversione dell'energia. Il razzo viene lanciato principalmente attraverso una combinazione di acqua e gas compresso ed è molto popolare per i suoi materiali semplici e facilmente reperibili.
I razzi ad acqua sono un tipo di razzo che utilizza l'acqua come massa di reazione, il che ci aiuta a capire come funziona la terza legge di Newton.
Principi operativi di base dei razzi ad acqua
La base per far funzionare un razzo ad acqua è utilizzare una bottiglia per bevande parzialmente riempita d'acqua e pressurizzata con gas compresso. In genere, questi gas provengono da dispositivi come pompe per biciclette, compressori d'aria o bombole e possono raggiungere pressioni fino a 125 psi. Ciò implica un principio di immagazzinamento dell’energia del gas, che consente all’acqua di rilasciare un’enorme forza di propulsione nel momento in cui viene spruzzata, spingendo il razzo in aria.
Secondo la terza legge di Newton, dopo che l'acqua è stata espulsa rapidamente, il razzo volerà verso l'alto.
Design ed elementi
Il design del razzo ad acqua può utilizzare bottiglie per bevande singole o multiple come recipienti a pressione. I design a bottiglia singola sono più comuni con le bottiglie per bevande analcoliche in polietilene tereftalato (PET). I razzi multi-bottiglia sono collegati in diversi modi, il che può aumentare il tempo di propulsione, ma anche aumentare il peso del razzo, quindi è necessario considerare l'equilibrio del progetto.
Inoltre, anche le fonti di gas variano, come l'uso di aria compressa, anidride carbonica o azoto. Questi gas vengono rilasciati rapidamente quando la pressione diminuisce, spingendo così il razzo verso l'alto.
Ugello e stabilità
L'ugello di un razzo ad acqua non ha la parte divergente di un razzo tradizionale. A seconda della dimensione dell'ugello, la spinta del razzo varierà. Gli ugelli di grande diametro forniscono un'accelerazione rapida ma un tempo di propulsione breve, mentre gli ugelli di piccolo diametro forniscono un tempo di propulsione più lungo. Per mantenere la stabilità del volo è possibile installare un'ala stabilizzatrice. Quando il materiale propellente del razzo diminuisce gradualmente, il centro di gravità si sposterà verso il basso. In questo momento, l'aggiunta di un'ala stabilizzatrice può ridurre il rischio di instabilità.
Le ali stabilizzatrici aiutano a massimizzare l'altezza e la distanza di volo del razzo.
Procedura di lancio e concorso
Prima di lanciare un razzo ad acqua, devi preparare il lanciatore. Alcuni lanciatori utilizzano tubi di lancio, che possono convertire efficacemente il gas compresso in energia cinetica, migliorando così l'efficienza del lancio. Con l'avanzare della tecnologia, le competizioni di razzi ad acqua in tutto il mondo stanno gradualmente aumentando, come il Premio Oscar Svighoff a Wells e la National Physical Laboratory Annual Water Rocket Challenge nel Regno Unito.
Le gare globali di altitudine dei razzi ad acqua e le sfide sulla durata del volo attirano la partecipazione di molti studenti e appassionati di spazio.
Sfida del record mondiale
Nel processo di sviluppo dei razzi ad acqua, molti record sono stati stabiliti uno dopo l'altro. Ad esempio, nel 2017 la Royal Academy di Colombo ha lanciato contemporaneamente 1.950 razzi ad acqua. C'è anche il record di altezza stabilito dal razzo ad acqua giapponese a Hokkaido, che fa ammirare il progresso della tecnologia e la coesione della squadra.
Il record mondiale del razzo ad acqua dimostra le infinite possibilità della creatività e dell'esplorazione scientifica.
Considerazioni finali
Man mano che la comprensione dei razzi ad acqua da parte delle persone si approfondisce, questa attività diventa non solo un esperimento scientifico per i bambini, ma anche un modo per gli adulti di ricordare i divertimenti dell'infanzia. Sia durante le lezioni di scienze a scuola che durante le attività ricreative all'aperto a casa, i razzi ad acqua portano divertimento e ispirazione. Siete pronti per intraprendere questo viaggio di scoperta?
