Ugrás a tartalomhoz Lépj a menübe
 


Sugárhajtású lufiskocsi és lufirakéta

lufiskocsi.jpgE kísérlet a rakétahajtás elvét szemlélteti egy látványos kísérlettel.
Egy könnyen gördülő kiskocsira, 3-4 mm lyukátmérőjű gumidugóval ellátott léggömböt erősítünk, amelyet a lyukba illesztett műanyag csövön át kényelmesen fel tudunk fújni. A cső eltávolítása után a nagy sebességgel kiáramló levegő elegendő tolóerőt képez a kocsi néhány méteres előrehaladásához. A kocsit sínen, vagy sima felületen helyezzük el a könnyű gördülés érdekében.
A kísérlet kapcsán felmerülő kérdések:
- Milyen fizikai törvény idézi elő a tolóerőt, ill. a kocsi gyorsulását
- Miktől függ az elért gyorsulás?
- Miktől függ az elért távolság?
- Meddig gyorsul a kocsi?
- Hogy számíthatnánk ki a lufiban levő légmennyiséget és nyomást?
- A lufi méretével arányos-e az elért eredmény?
- Miként növelhető e "hajtómű" hatásfoka?
Érdemes az egyes kísérletek során mérni a lufi átmérőjét, amely alapján a légtérfogat kiszámítható. Izgalmas probléma lehet a lufiban levő légnyomás valamilyen módon történő kiszámítása, vagy mérése is!Érdekes lehet valamilyen módszerrel mérni, vagy kiszámítani a kiáramló levegő sebességét és a fenti adatokat összevetni az elért előrehaladással.
Jó feladat a kocsi gyorsulásának kiszámítása a mérhető adatok alapján.

Néhány kísérlet eredményét átlagolva a következő adatokat állapítottuk meg:
A kocsi gyorsulása a pálya elején 0,35 - 0,4 m/s2 között alakul. Érdekes, hogy a pálya végén, amikor a lufi már csupán 10 cm átmérőjű, a gyorsulás rövid időre megnő. Ennek oka, hogy a kisebb lufiban nagyobb a nyomás, és így a tolóerőt biztosító kiáramló légsebesség is.(Lásd a léggömbpár meglepő nyomásviszonyai c. fejezetünket). A pálya végén a gyorsulás növekedését segíti a lufi csökkenő méretéből adódó, egyre kisebb közegellenállás is.
A kocsi átlagsebessége a 2 m-es, mintegy 7 s-os futás alatt 0,26 m/s.
A lufihajtómű tolóereje - a kocsi tömegéből és gyorsulásából számolva kb. 0,08 N.
A kísérletről a galériában fotók láthatók.

Lufirakéta
Hasonló céllal a kísérletet kissé módosíthatjuk is. Hosszúkás léggömböt fújunk fel, amelyre celluxszal műanyag csövet erősítünk, amit egy kifeszített, hosszú damil- vagy drótszálra fűzünk rá. A léggömb fúvónyílását szabaddá téve a lufi nagy sebességgel halad végig a vezetőszálon. 

 

 

E kísérletünknél különösen célszerű lassított videofelvétellel elemezni a sebességet, és annak változásait, ugyanis érdekes adatokat kaphatunk a légellenállásra, tolóerőre vonatkozóan. A nagy sebességgel haladó léggömbre jelentős közegellenállás hat, amely a tolóerővel szinkronban szabja meg a gyorsulásviszonyokat. 

Egyik mérésünk eredményét az alábbi út-idő grafikonnal illusztráljuk:

 

lufiraketa.jpg

A lufi a 4 m-es pálya végére 5 m/s-ra (18 km/h-ra) gyorsult. A sebesség növekedése két dolognak köszönhető. Egyrészt a kisebb lufiban nagyobb a nyomás, így a tolóerőt okozó kiáramlási sebesség is, másrészt a csökkenő méretű léggömbre egyre kisebb közegellenállás hat. A lufi tömege a vezetőcsővel együtt 0,03 kg volt, a maximális gyorsulás 1,25 m/s2-nek adódott.

A közegellenállás kiszámítása:
F = 0,5*ró*c*A*v ahol c=0,4,  ró levegő = 1,2 kg/m3, A = keresztmetszet [m2], v= sebesség [m/s]
Például egy 5 m/s sebességű, 4 dm2-es keresztmetszetű lufira 0,24 N-os légellenállás hat.

 

 

lufifut.jpg

Miket szemléltethetünk a fenti két kísérlettel?:

A rakétahajtás elvét
A közegellenállást
A sebesség- és gyorsulás jellemzőit, azok mérési lehetőségeit

További, rakétahajtással kapcsolatos kísérletünk a Hőtani kísérletek c. menüpontban olvasható, ahol a denaturáltszeszes rakétát mutajuk be.