── (四)水火箭製作

一、單元名稱：夢想起飛 之水火箭                                 

二、學習對象：國二學生

三、學習目標

（1）       學會應用作用力、反作用力與斜拋運動等物理觀念。

（2）       發揮創造力與解決問題的能力，以廢棄的保特瓶製作水火箭。

（3）       了解廢物利用、資源回收的重要性。

四、前言

          相信大家都有聽過或者看過火箭，也一定對火箭有相當的好奇心，如果我們要自己來做

          個火箭，可能嗎?好像不太可能真的自己做一部火箭，既然不行，那麼我們可以用什麼的

          方式取代，達成類似的效果？靠什麼原理？如何做？

五、火箭的歷史

1.          最早的火箭

火箭是在十三世紀時由我國人所發明的，在那時候的火箭是在長槍上裝置塞有火藥的圓筒，構造很簡單。之後經由印度、阿拉伯傳入歐洲，十八世紀初，義大利設計了一種像烏龜一樣的火箭，點燃之後可以在地上跑，用於戰爭，嚇倒了不少人。在十八世紀末期，火箭逐漸被列為兵器之一，英軍還用火箭擊敗過拿破崙的軍隊。可是火箭的命中率還是很差，所以自從槍砲被發明之後，就逐漸不再被當作兵器了。

2.          第一枚液體燃料火箭（1926）

世界上第一位製造火箭成功的，是美國人羅柏‧科達特。在最初他是在研究固體推進劑的火箭，後來因為受到柴奧爾科斯基理論的影響，改為致力於液體推進劑火箭的製造。

西元一九二六年，他在自家的農場，發射三公尺長的火箭，利用氧氣和汽油混合為燃料，總共飛行了兩秒半鐘，飛行了五十六公尺遠，十二公尺高，這個雖然不是一個很龐大的數字，但卻是非常難能可貴的。在此之後，他又繼續加以改良，在西元一九三五年時，又成功的發射了秒速達三百公尺的火箭。

3.          第一枚人造衛星（史潑尼克一號）（1957）

一般我們總是認為美國是一個科技大國，因此在被問到第一個發射人造衛星的國家是哪一國時，相信大部分的人第一個想到的一定是美國吧！其實不然，在第二次世界大戰之後，美國和蘇俄把德國的火箭技術人員、剩下的V2火箭及資料，都一併帶回國。因此，有關火箭的開發技術，就由美、蘇兩國繼承了下來。蘇聯本來就有柴奧爾科斯基的理論基礎，如今再加上德國技術人員的協助，因此很快地就從事火箭的開發工作。而主持這項研究開發工作的是塞爾凱‧科羅立約夫。

一九五七年十月四日，蘇聯利用雙節的A式火箭，發射了第一枚人造衛星史潑尼克一號（亦有人稱為同伴者一號），成功地進入環繞地球的軌道。因此第一個成功發射人造衛星的國家是蘇俄。

註：因為蘇俄在發射人造衛星的競賽之中，拔得了頭籌。因此身為科技大國的美國當然不願落後，所以在倉促之間緊跟著就發射了前鋒號火箭，不幸的是只飛了兩秒鐘之後就掉下來了。直到一九五八年，美國才成功的將探險家一號衛星發射進入軌道。

註：V2火箭全長十四公尺，重十四噸，以酒精和液態氧為燃料，攜帶有一噸的黃色炸藥，有二十七噸的推進力，可以飛行兩百多公里。在V2火箭的尾端，特別安置了被稱為「排氣翼」的金屬板，主要是為了改變氣流，誘導火箭朝正確的方向前進，也可以用來改變火箭前進的路線。

4.          太空梭（1981）

以往的火箭都只能使用一次就報廢了，既不經濟也不方便，因此為了取代舊式的火箭，美國開發了太空梭，它可以多次往來太空與地球之間。

太空梭在發射升空時，像是火箭一樣，筆直地發射上去。但是，由於太空梭本身的推力不夠。所以，除了本體之外，它還必須帶了一句裝滿液態氫的外部燃料箱及左右兩邊各一具的固態燃料輔助火箭。

註：一九七二年元月五日，美國總統尼克森批准了太空梭的開發計畫，費用是五十五億美元，期限為六年。不過，最後經費增為兩倍，也就是一百一十億美元，首航也延至第九年才完成。

六、水火箭飛行的原理

Ø   作用力與反作用力

什麼是「作用力和反作用力」呢？大家應該都吹過氣球吧！如果把氣球吹的滿滿的，然後放鬆吹氣口 以及氣球後，空氣便會自吹氣口噴出且氣球會向前衝出去。我們可以詳細的做一做氣球實驗，便可發現氣球壓縮空氣並自吹氣口噴出，就「作用力」，噴出的空氣反推氣球向前衝出，就是「反作用力」。水火箭就是靠這個原理來飛行，保特瓶充入氣體之 後裡面壓力升高，靠著與外界的壓力差噴出空氣反推水火箭，而得到動力。

Ø   斜拋運動

水火箭運動的方向其實就是斜拋運動，從物理力學來看，物體斜拋出去可以分兩個向量來討論它的飛行方向(垂直、水平)，在沒有空氣阻力的狀況之下水平方向作等速度運動，垂直方向作自由落體運動。不過實際上，當水火箭穿過空氣時，空氣分子撞在物體上產生摩擦力，即造成空氣阻力，所形成的阻力會影響水火箭的前進，因此水平方向的向量並不會作等速度的運動，而會一直變慢，下圖為理論上斜拋運動的情形。整個水火箭運動的動量就是靠著上面所說的作用力與反作用力所提供，依照所調整射出的角度做斜拋運動。而理論上以45度角的斜拋運動可以達到最遠的射程。

  Ø   飛行方向

雖然有了動力之後水火箭可以飛了，可是水火箭會不會亂飛？因此為了讓水火箭可以飛得直、飛的好，我們必須加上尾翼來保持它的飛行方向、穩定飛行，而翼的形式有很多種，至於那種適合你個人的需求，就要靠各位自行嘗試囉!並沒有標準答案，以下是較常見的形式，當然你也可以發揮你的想像力、創造力，好好地設計一下屬於自己的尾翼哦!

七、製作水火箭的材料、工具

Ø   寶特瓶

保特瓶為我們主要的材料，由於其主要成分為聚乙烯（PE）高分子聚合物，性質如同塑膠製品般的不易受到陽光照射而分解或微生物所分解，因此若廢棄的寶特瓶沒有做適當的處理而隨地亂丟時，極易造成嚴重的環境污染問題。

Ø   防撞頭材料

由於水火箭飛上去之後還會落到地面，如此反反覆覆的撞擊很容易造成水火箭本身的傷害，所以我們在水火箭的前頭(簡稱頭部)必須裝上一個比較耐撞的材質，我們可以選擇發泡海棉、保麗龍等材質當頭部。

Ø   工具

我們須要的工具有：橡皮擦、鉗子、雙面膠、剪刀、美工刀、尺、切割墊、訂書機。

環保小尖兵

    垃圾問題

台灣垃圾問題行之多年，但真正發生垃圾大戰，是從一九九○年新莊瓊林里開始， 最後甚至動用數百名警察開道倒垃圾。雖然用焚化爐可以解決垃圾問題，但其燃燒不完全造成的戴奧辛卻難以解決，更何況它還是需要灰渣掩埋場。每個人都一直在製造垃圾，卻沒有人希望垃圾在自己家附近出現，這樣下去那些垃圾該何去何從?

        垃圾問題「怎麼辦」？

一是從垃圾減量著手，督促地方 政府設補助款，建立社區垃圾減量的補助系統，藉以鼓勵社區從事資源回收工作；二是 設置「全國垃圾期貨市場」，由政府主導，嚴格審定台灣一年可容納多少垃圾量、有哪 些地方可堆置垃圾，然後由「買方」（欲丟垃圾者）及「賣方」（可提供場地者）公開叫價，藉此使垃圾成本浮上臺面，地方政府才知垃圾處理成本「有多貴」，開始做垃圾 減量。第三、要鼓勵產業回收，設計減稅制度，使其回收越多、減稅越多。這包括產業間的集體協調、互相監督。同時要爭取勞工的加入，因為他們既是消費者，又是生產者。

事實上，與其讓垃圾產生之後再來找處裡的方法，不如自垃圾的源頭就斷絕，也就是所謂的『垃圾減量』，從每個人身上做起即可減少大量的垃圾，並降低地球資源被我們消耗的速度，以下有8點可以從我們日常生活做起的小動作：

1：利用家中破掉的衣服做為抹布用，不需刻意添購抹布。

2上街購物最號自己準備購物帶，減少包裝材料垃圾的產生。

3購買外時盡量自己準備餐和，避免使用商家提供的紙盒或保利龍餐盒，減少不必要垃圾的產生。

4：馬桶水箱裝入一個保特瓶的水，如此一來，每次馬桶的沖水量均可大大地節省下約一公升的自來水。

5：拒絕購買過度包裝的商品，杜絕包裝材料垃圾的產生。

6：使用太陽能熱水器，並降低夏天洗澡熱水的溫度，如此將可節省許多能源。

7：從自己身體力行，養成隨手關上水龍頭及電燈的習慣，減少能源的浪費。

8：環保署以公告之物質應在家中即予以分類，可回收與不可回收的垃圾分開收集，大大減少垃圾的產生量。

八、 水火箭製作流程：

下頁的圖是整個流程。再加油一下就可以完成美美的水火箭了喔!

 九、注意事項

Ø   清洗瓶子外表時，很可能會有不易清除的膠痕，此時可用橡皮擦擦拭，即可輕易的解決。

Ø   在切割保特瓶時，請循序漸進地，一刀一刀地劃，再加一點力切下，可以避免切壞或切不直，而造成毛邊，也可防止用刀不慎的傷害。

Ø   切割保特瓶時可先用美工刀在保特瓶上劃出一個缺口，然後再使用剪刀剪開，剪裁時請注意保特瓶銳利的邊緣以免割傷。。

Ø   各部位都完成之後，用膠帶全部組合起來，如下圖所示，即完成水火箭的製作。

十、結語

其實日常生活中很多事就像完成水火箭一樣，只要我們努力動動腦，弄清楚它的來龍去脈，好好地利用生活周遭易得的物品，發揮創意、解決問題，不論是什麼樣的疑難雜症一定都能馬上迎刃而解的。