火箭

現今通訊發展是原因是因為在太空上的通訊衛星替我們人類提供服務，那麼通訊衛星是怎樣放在太空中呢？就需要運用火箭把它們運載上太空了，但火箭是怎樣可以抵抗地球重力，從而去到距離地面成千公里的位置呢？ 重要的地球重力 地球上一切的物件活動都會受到地球重力的影響，不論海洋裏的水，或是空氣都會因地球重力而被吸引在地球表面，生物都是因為在重力影響下才能在地面活動。假若地球失去了重力，太氣層可能會因缺乏地心吸力的影響下令地球上的空氣消散至太空，地球上的生物又可能會缺氧而死，所有地面上的物件亦可能會飄浮至空中並往太空漂離地球，可見地球重力對地球的重要性。 運送衛星就需要工具 要把衛星送至太空中就需要能對抗地球重力的推進力，火箭身上裝有的噴進器，就是一種利用高速排出高壓氣體來以製造出對抗地心吸力的反作用力而前進的運載工具。火箭推進是附有很精密的結構，當中包含了力學、熱力學，電學及及其它有關科學運用原理。 火箭的燃料在燃燒室經過燃燒後，會產生高溫高壓的氣體，之後會經過噴嘴加速再排氣到外界，所排出的氣體就是推動火箭的原動力。如果物件愈重，所需要的反作用力就愈大，即是需要的燃料也需要增加。 最近在香港舉行的《Race for the Line火箭車比賽》當中所使用的火箭車就是運用了燃燒火藥時產生的爆炸力作為動力令火箭車在地面上以直線高速運行，不用對抗地心吸力。 學校常用水火箭教授火箭原理 水火箭運作原理與火箭類同，分別就是推進水火箭前進的水，而不是高溫的空氣。在發射水火箭前是要先用泵替水火箭內部注入空氣，當水火箭內的壓力大於大氣壓力之後水山就會向外噴射。 當水火箭的尾部噴出水時，會產生一個向下的「作用力」，同時對應地會產生一個「反作用力」施加在水火箭身上，根據牛頓運動第三定律：作用力與反作用力，每一個「作用力」與對應著的「反作用力」的力量是相等，只是方向相反的，引致水火箭噴出水的力度會等於推動水火箭向前運動的力。 水火箭所需要的材料和工具較多，當中的水火箭發射咀就需要特別訂購或自製，同時測試活動需要戶外進行，而且也會浪費食水。 製作空氣火箭 空氣火箭運作原理與火箭類同，只是推進空氣火箭前進的是空氣，製作容易，材料簡單，同樣都是運用了牛頓運動第三定律：作用力與反作用力。 所需材料：牛奶盒(1L)1個、粗吸管2枝、幼吸管1枝、膠樽蓋1個 所需用具：直尺、剪刀、膠紙及萬能膠 製作步驟： 1. 把牛奶盒(1L)的頂部 (三角柱) 斜面開一個能夠讓粗吸管穿過的孔，同時較底部位置及膠樽蓋頂亦開一個能夠讓幼吸管穿過的小孔。 2. 把粗吸管穿過牛奶盒頂部斜面開的孔，再利用萬能膠封粗吸管從小孔之間的空隙。同時，把幼吸管穿過膠樽蓋的小孔及牛奶盒底部小孔，再利用萬能膠把膠樽蓋固定位置。 3. 可利用其他環保物料加貼在牛奶盒上，以粉飾空氣火箭發射台。 4. 利用其他咭紙依下圖。 5. 製作空氣火箭發射台的升空支架並利用萬能膠把升空支架固定在牛奶盒上。 6. 完成空氣火箭發射台，便可以試吹粗吸管以測試空氣有否在幼吸管噴出。 利用粗吸管製作火箭，利用膠紙把粗吸管的一端封好，讓空氣不能通過。利用紙製作一個定風扇，亦用膠紙把定風扇固定在火箭的底部。完成後，就可以試開射火箭。 吸管火箭升起的原因 在粗吸管的入口吹入空氣，令牛奶盒內的空氣壓力增加，增加了的空氣壓力會從幼吸管的出口排出，由於入口的面積較出口大，排出的空氣壓力也會增強，封了口的吸管火箭會受了排出空氣壓力成為向上作用力，向上的空氣壓力會因封口位置產生了一個向下的反作用力把吸管火箭內的空氣排出，驅使吸管火箭升空。 當吸管火箭內空氣壓力與外界相同時，吸管火箭會因為地心吸力大過吸管火箭向上的推進力而跌落地上。 根據氣壓的公式：氣壓 P (Pressure) = 力F (Force) / 面積 A (Area)，如果牛奶內要維持氣壓穩定狀態，吹入的空氣會全部出口排出，入口粗而出口幼就會引致出口排出的力會大於入口吹入的力，因而吹力的大小和吸管出入口的粗幼會影響火箭升起的高度。 看似外表複雜的火箭，其實是由簡單的科學原理開始，所以不要隨便看輕自己微不足道的工作，那可能成就了不少大工程。 內容提供︰STEM Sir 刊載於︰GRWTH app