大木才米斗

儀器說明

一、 火柴火箭

1. 火柴火箭：火柴頭(紅磷)作為火藥，並以8*11(cm)鋁箔紙捲製

2. 發射台：寶特瓶作為基底，並以竹籤作為發射管

3. 擋風板

二、 醋火箭

1. 醋火箭：較粗的吸管前端綁住氣球

2. 發射台：使用特殊的洗碗精瓶，瓶口用氣球接上較細吸管作為發射器

3. 動力氣體(二氧化碳)：小蘇打粉與白醋反應而成

展演流程

-實驗演示影片照片

一、火柴火箭 *注意：本實驗請勿將火箭瞄準於人

1. 向民眾展示我們所使用的材料，並說明磷產生高溫加熱空氣的反應與火柴火箭發射的原理(牛頓第三定律)。

2. 將已削好的火柴頭倒入8*11的鋁箔紙中，並親手捲製成火柴小火箭。（也可以選擇我們事先置做好的火柴火箭）

3. 將竹籤固定置發射台上，並點燃蠟燭加熱火柴火箭頂端。

二、醋火箭 *注意：本實驗請勿將火箭瞄準於人

1. 向民眾展示我們所使用的材料，並說明小蘇打與醋的反應(NaHCO₃+CH₃COOH→CH₃COONa+CO₂+H₂O)與醋火箭發射的原理(牛頓第三定律)。

2. 將白醋倒入我們設計好的瓶子中，快速倒入小蘇打並鎖緊。

3. 將醋火箭放置發射器上，接著打開瓶蓋。

原理說明

首先，火柴火箭的原理由理想氣體方程式PV=nRT（其中 P為大氣壓力，V為氣體體積，n為莫耳數，R為理想氣體常數，T為氣體溫度），定容定量下，壓力會正比於溫度，所以當在火柴火箭尖端加熱時，鋁箔內由火柴棒刮出的紅磷燃燒，進而將周圍空氣加熱。當達到燃點後，空氣會瞬間爆炸，壓力增加，就能將火箭發射出去了。同樣地，醋火箭的原理也可以由理想氣體方程式知道，在定容定溫下，壓力會與莫耳數成正比，所以當我們將小蘇打加入醋時，NaHCO₃+CH₃COOH→CH₃COONa+CO₂+H₂O，容器內會持續地產生二氧化碳，而隨著二氧化碳的分子數增加，瓶內的壓力也就逐漸變大。最後在拉開洗碗精瓶蓋的瞬間，因為瓶內的壓力比大氣壓力大，所以瓶內的二氧化碳就會衝出來，把吸管推向外。

同時，我們的兩個小實驗都與牛頓第三定律（Newton’s third law）有關，當兩個物體交互作用時，彼此施加於對方的力，其大小相等、方向相反。作用力與反作用力必會成雙成對地出現{\displaystyle \sum \mathbf {F} _{A,B}=-\sum \mathbf {F} _{B,A}}，但不能互相抵消。以方程式表示為 ，其中{\displaystyle \mathbf {F} _{A,B}} 是物體B施加於物體A的力， {\displaystyle \mathbf {F} _{B,A}} 是物體A施加於物體B的力。也就是說，當紅磷燃燒瞬間產生高溫氣體加熱膨脹，氣體向下排出，火柴火箭與噴射氣流形成一組反作用力. 此組反作用力作用於火柴火箭部份之反作用力提供火柴火箭運動的推進力。同樣地，醋火箭與排出的二氧化碳形成一組反作用力，使醋火箭噴射出去。

生活應用

一、飛機

渦輪發動噴射機透過壓縮機從外部吸入空氣，經燃燒室與燃料燃燒出高溫高壓噴氣產生動力，使飛機向前。另外噴射機不須像螺旋漿飛機需要在空氣較多的地方飛行，這是因為螺旋槳飛機是利用因機翼形狀造成的前後速度差，促成壓力差，使飛機向前；反之，噴射機有壓縮機將空氣吸入，不須藉由外界空氣來前進，所以可以在較稀薄的空氣中飛行。

二、火箭

火箭與噴射機的不同之處在於火箭不需要利用外界空氣就能夠燃燒推進。其推力的獲得是由高速噴發物反作用而生成。火箭的燃料經過燃燒是燃燒後，會產生高溫高壓氣體，再經過尾端的噴嘴加速，將氣體排放到外界，使火箭向上。

參考資料

1. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%89%9B%E9%A1%BF%E7%AC%AC%E4%B8%89%E8%BF%90%E5%8A%A8%E5%AE%9A%E5%BE%8B

2. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B6%A1%E8%BD%AE%E5%96%B7%E6%B0%94%E5%8F%91%E5%8A%A8%E6%9C%BA

3. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%81%AB%E7%AE%AD