กิจกรรมจรวดขวดน้ำ

จรวดขวดน้ำ

ขอบเขตเนื้อหา

การเคลื่อนที่ของจรวดขวดน้ำ สามารถอธิบายได้ด้วย กฏการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน (Newton’s Third Law of Motion) ซึ่งอธิบายไว้ว่า “เมื่อมีการกระทำ (หรือแรง) ใดๆ ต่อวัตถุอันหนึ่ง จะปรากฏแรงที่มีขนาดเท่ากันแต่มีทิศทางที่ตรงกันข้าม กระทำกลับต่อแรงนั้นๆ (For every action (force) in nature there is an equal and opposite reaction.)” ยกตัวอย่างง่ายๆ เช่น ให้เด็กคนหนึ่งยืนถือก้อนหินอยู่บนรถเข็นที่ล้อไม่มีความฝืด เมื่อให้เด็กทุ่มก้อนหินออกมา พบว่ารถเข็นจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ตรงข้ามกันกับทิศที่เด็กคนนั้นทุ่มก้อนหินออกมา ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเมื่อเด็กออกแรงกระทำต่อก้อนหิน (โดยการทุ่มมันออกมา) ก้อนหินเองก็มีแรงกระทำตอบกลับไปยังเด็ก ซึ่งส่งผลให้รถเข็นที่จอดนิ่งอยู่เฉยๆ เคลื่อนที่ได้ จากกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตัน สามารถนำมาอธิบายถึงสาเหตุที่จรวดพลังน้ำสามารถขับเคลื่อนขึ้นไปได้ ด้วยแรงดันลมที่ถูกบรรจุอยู่ภายในขวด จะขับดันน้ำ พ่นออกทางท้ายของจรวด และส่งผลให้เกิดมีแรงในทิศตรงกันข้ามซึ่งถูกเรียกว่า แรงผลัก หรือ Thrusting Force ผลักดันให้จรวดเคลื่อนที่ไปทางด้านหน้าเช่นกัน

นอกจาก thrust แล้ว ยังมีแรงอื่นๆ ที่มีส่วนสำคัญในการเคลื่อนที่ไป หรือต่อต้านการเคลื่อนที่ของจรวดอีก ซึ่งได้แก่ น้ำหนัก (Weight), แรงต้าน (Drag ), และ แรงยก (Lift )

1. น้ำหนัก (Weight) คือ แรงเนื่องจากสนามความโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุ โดยทั่วไปในการศึกษาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ เราจะพิจารณาถึง น้ำหนักรวมของวัตถุ (Total weight) ซึ่งเป็นแรงจากสนามความโน้มถ่วงที่กระทำ ณ ตำแหน่ง จุดศูนย์กลางมวล (Center of Gravity)

2. แรงต้าน (Drag) คือ แรงที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของวัตถุ ผ่านในตัวกลางที่เป็นของเหลว (รวมถึงอากาศ) มีทิศในทางตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ แรงต้านนี้เกิดเนื่องจากความแตกต่างของความเร็วที่ผิวสัมผัสของของแข็ง ในระหว่างที่มันเคลื่อนตัวผ่านไปในของเหลว ดังนั้นทุกๆส่วนของวัตถุจึงมีผลในการก่อให้เกิดแรงด้านนี้ ดังนั้นในการออกแบบจรวด หรืออากาศยานใดๆ จำเป็นต้องพิจารณาถึงรูปร่างของวัตถุนั้นด้วย

3. แรงยก (Lift) คือ แรงที่ทำหน้าที่พยุงอากาศยานให้ลอยได้ในอากาศ แรงยกโดยทั่วไปจะเกิดที่ส่วนของปีก และแพนหาง ที่มีการเคลื่อนที่ และรบกวนในการไหลของอากาศ ให้มีการเบี่ยงเบนทิศทาง ดังนั้นถ้าไม่มีการเคลื่อนที่ก็ไม่เกิดแรงยกขึ้น

วัตถุประสงค์

1. เพื่อศึกษาวิธีการทำจรวดขวดน้ำ

2. เพื่อพัฒนากระบวนการเรียนรู้วิชาวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับแรงและการเคลื่อนที่

วัสดุและอุปกรณ์

1. ขวด PET 2 ขวด

2. ฐานยิงจรวดขวดน้ำ

3. ฟิวเจอร์บอร์ด

4. ดินน้ำมัน

5. เทปกาว

6. กรรไกร

วิธีการทำ

1. เตรียมขวด PET 2 ขวด

2. ใช้กรรไกรตัดขวดใบที่ 1 จะได้หัวจรวด และส่วนรองท้ายจรวดพร้อมนำดินน้ำมันยัดลงไปในหัวจรวดที่ตัดจากขวดใบที่ 1

3. ตัดแผ่นฟิวเจอร์บอร์ด ตามลักษณะที่ต้องการเพื่อติดเป็นครีบด้านข้างจรวด

4. นำส่วนประกอบต่าง ๆ ที่เตรียมไว้ตั้งแต่ ข้อ1-ข้อ3 ไปติดเข้ากับขวดใบที่ 2 และพันด้วยเทปกาว