หลักการทางวิทยาศาสตร์ เกี่ยวกับจรวด

สมาชิกชมรม

การเคลื่อนที่ของจรวดพลังน้ำ สามารถอธิบายได้ด้วย กฏการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตั้น (Newton's Third Law of Motion) ซึ่งอธิบายไว้ว่า ในธรรมชาติเมื่อมีการกระทำ(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 จากกฏการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 ของนิวตั้น สามารถนำมาอธิบายถึงสาเหตุที่จรวดพลังน้ำสามารถขับเคลื่อนขึ้นไปได้ ด้วยแรงดันลมที่ถูกบรรจุอยู่ภายในขวด จะขับดันน้ำ พ่นออกทางท้ายของจรวด และส่งผลให้เกิดมีแรงในทิศตรงกันข้ามซึ่งถูกเรียกว่า แรงผลัก หรือ Thrusting Force ผลักดันให้จรวดเคลื่อนที่ไปทางด้านหน้าเช่นกัน

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

น้ำหนัก (Weight)
คือแรงเนื่องจากสนามความโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุ โดยทั่วไปในาการศึกษาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของวัตถุ เราจะพิจารณาถึง น้ำหนักรวมของวัตถุ (Total weight) ซึ่งเป็นแรงจากสนามความโน้มถ่วงที่กระทำ ณ ตำแหน่ง จุดศูนย์กลางมวล (Center of Gravity)
แรงต้าน (Drag)
คือ แรงที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของวัตถุ ผ่านในตัวกลางที่เป็นของเหลว (รวมถึงอากาศ) มีทิศในทางตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ แรงต้านนี้เกิดเนื่องจากความแตกต่างของความเร็วที่ผิวสัมผัสของของแข็ง ในระหว่างที่มันเคลื่อนตัวผ่านไปในของเหลว ดังนั้นทุกๆส่วนของวัตถุจึงมีผลในการก่อให้เกิดแรงด้านนี้ ดังนั้นในการออกแบบจรวด หรืออากาศยานใดๆ จำเป็นต้องพิจารณาถึงรูปร่างของวัตถุนั้นด้วย
แรงยก (Lift)
เป็นแรงที่ทำหน้าที่พยุงอากาศยานให้ลอยได้ในอากาศ แรงยกโดยทั่วไปจะเกิดที่ส่วนของปีก และแพนหาง ที่มีการเคลื่อนที่ และรบกวนในการไหลของอากาศ ให้มีการเบี่ยงเบนทิศทาง ดังนั้นถ้าไม่มีการเคลื่อนที่ก็ไม่เกิดแรงยกขึ้น



การยิง


ปั๊มๆ

อากาศจะถูกอัดเข้าไปในจรวด โดยใช้สูบจักรยาน (หรือ อุปกรณ์อื่นๆ) สูบบางรุ่น จะมี มาตรวัดความดัน ทำให้ทราบถึงความดันภายในจรวด (โดยประมาณ) เพิ่มความปลอดภัยในการเล่นได้อีกระดับหนึ่ง ผู้เล่นควรระมัดระวังเรื่องแรงดันอากาศ เนื่องจากอาจเกิดการระเบิดขึ้นได้ ในกรณีที่แรงดันในขวดสูงเกินกว่าที่ขวดจะรับได้ ทางป้องกันอย่างหนึ่ง คือการใช้สายอัดอากาศที่ยาวพอประมาณ เพื่อเพิ่มระยะระหว่างผู้สูบ กับจรวด

ตัวใคร ตัวมัน

คนสูบก็แหยง คนปล่อยก็แหยงครับ แต่ไม่ได้กลัวขวดระเบิดนะครับ แต่กลัวเปียกมากกว่า

3...2...1...Lift off

น้ำในขวด จะถูกแรงดันอากาศ ขับออกมาทางปากขวดอย่างรวดเร็ว ทำให้จรวดพุ่งไปในทิศทางตรงข้าม

การใส่น้ำในขวดมาก จะทำให้จรวดมีน้ำหนักมาก แต่ก็จะทำให้จรวดมีแรงขับดันมากขึ้นด้วย (เนื่องจากจรวด จะมีการปล่อยมวลออกมาได้มาก) การเคลื่อนที่ของจรวดจากฐานยิง จะเป็นไปอย่างช้าๆ

ในทางตรงกันข้าม การใส่น้ำในขวดในปริมาณน้อย จะทำให้จรวดมีน้ำหนักน้อย แต่มวลของน้ำที่น้อย จะให้แรงขับดันได้น้อย เมื่อถูกปล่อยจากฐาน จรวดจะวิ่งออกจากฐานอย่างรวดเร็ว



คำถาม? ข้อคิดเห็น! ข้อเสนอแนะ . . . ติดต่อกับเราได้ครับ
Water Rocket | Fun Science | กลับขึ้นข้างบน