Natuurkunde

waterraket


Inleiding

Jaarlijks wordt ergens in Nederland het NK waterraket schieten georganiseerd. Tijdens dit kampioenschap gaan veelal scholieren en studenten uit heel Nederland de strijd met elkaar aan om doormiddel van een eigen gefabriceerd lanceerplatform een petfles zo hoog mogelijk de lucht in te schieten. Tijdens deze kampioenschappen is het Nederlands record gevestigd op maarliefst 375 meter hoogte. Dit is echter nog niets vergeleken met het wereldrecord waterraket schieten. Dat staat namelijk op 609 meter en is in Amerikaanse handen.

Lancering

Een waterraket kan worden gelanceerd doormiddel van luchtdruk. In de hals van de fles wordt een rubber kurk, of iets anders met voldoende wrijving, geplaatst om er voor te zorgen dat er geen lucht uit de fles kan ontsnappen. In deze rubber kurk wordt een ventiel gestoken waardoor er lucht in de fles kan worden gepompt. Vaak wordt de fles voor ongeveer 1/3 deel gevuld met water voordat de druk in de fles wordt opgebouwd. Als de druk in de fles hoog genoeg is opgebouwd, dit kan bij een doorsnee petfles oplopen tot wel 12 bar, vliegt de fles hoog de lucht in.

Formules

De kracht van de lancering en de baan van de vlucht zijn aan de hand van verschillende natuurkundige wetten te berekenen. De belangrijkste natuurkundige wetten die voor deze berekeningen benodigd zijn, zijn de derde en de tweede wet van Newton. Met de derde wet van Newton, die zegt dat een actiekracht een even grote reactiekracht te weeg brengt, kan worden bepaald met wat voor kracht de raket wordt gelanceerd. Met de tweede wet van Newton, die zegt dat een resulterende kracht omhoog een versnelling in die zelfde richting tot gevolg heeft, kan vervolgens de snelheid van de raket tijdens de lancering worden bepaald. Tot slot kan met behulp van formules voor de wrijving worden berekend wat de maximale hoogte voor de raket is.

onderzoeksvragen

Lanceerbasis
Wat voor soorten lanceerbasissen zijn er te bedenken om een waterraket te lanceren en bij welke lanceerbasis komt de raket het hoogst?

Formules
Doormiddel van welke formules kan puur theoretisch worden bepaald wat de hoogte gaat zijn die een fles gaat bereiken bij een bepaalde lancering?

Massa en volume
Wat is het ideale formaat voor de fles die wordt gelanceerd en hoe ver moet de fles worden gevuld?