จรวดขวดน้ำ

ระดับชั้นเรียน: มัธยมศึกษา
กำหนดเวลา: 1-2 ชั่วโมง
วัตถุประสงค์: ให้นักเรียนมีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับหลักการทำงานของจรวด ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน
หลักการ:
          จรวดขวดน้ำออกแบบมาภายใต้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน กล่าวคือ จรวดเคลื่อนที่สู่ท้องฟ้าด้วยกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 “แรงกิริยา = แรงปฏิกิริยา”  เมื่อเราใส่น้ำเข้าไปในจรวดและอัดอากาศเข้าไป น้ำจะทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้อากาศไหลย้อนกลับออกมา การลมเข้าไปทำให้ความดันภายในลำตัวจรวดสูงขึ้น เมื่อดึงสลักออก แรงดันอากาศภายในจะดันให้น้ำพุ่งออกมา ทำให้เกิดแรงปฏิกิริยาดันให้จรวดพุ่งขึ้นสู่ท้องฟ้า เมื่อจรวดถูกปล่อยขึ้นไปแล้ว แรงดันอากาศมิได้หายไปทันที แต่จะลดลงเรื่อยๆ เนื่องจากปริมาณน้ำที่อยู่ในจรวดจะช่วยชะลอให้แรงดันค่อยๆ ลดลง


ภาพที่ 1 หลักการส่งยานอวกาศ

อุปกรณ์ในการสร้างจรวด:
           ขวดน้ำอัดลมแบบพลาสติก 2 ขวด
           กรรไกร หรือ คัตเตอร์
           กระดาษแข็งสีต่าง ๆ
           เทปใส

วิธีการสร้างจรวด:
          1. นำขวดมาต่อกันโดยเอาหันด้านก้นขวดเข้าหากันยึดให้แน่นโดยเทปใส
          2. ตัดกระดาษแข็งสีที่ต้องการเป็นรูปปีกจรวดแล้วยึดเข้ากับตัวขวด
          3. ตกแต่งตัวจรวดให้สวยงามตามความพอใจ

อุปกรณ์สร้างฐานยิงจรวด:
    1. ข้องอ 90° (PVC) ขนาด 3/4 นิ้ว 6 ตัว
    2. ข้อต่อ 3 ทาง 90° ขนาด 1 นิ้ว 3 ตัว
    3. สกรูยึด 10 ตัว
    4. จุกยางขนาด 1 นิ้ว
    5. เหล็กดัดรูปตัว U
    6. เชือกด้ายดิบ ยาว 1 เมตร
    7. ท่อวาล์วลมยางในรถยนต์ (ยาวมากกว่า
10 cm)     
    8. ไขควง สำหรับขันสกรู
    9. ที่สูบลมจักรยาน


การสร้างและประกอบฐานยิงจรวด:

          1. นำข้องอ และข้อต่อ PVC ทั้งหมดมาประกอบเข้าด้วยกันดังแสดงในภาพ
          2. สำหรับข้อต่อ 3 ทาง 90° ขนาด 1 นิ้ว จะใช้เป็นตัวจับยึดจรวด ให้ตัดท่อแยกของข้อต่อสามทาง 90°(รายการที่ 2) ออกประมาณ 2 เซนติเมตร(วัดจากด้านปลายข้อต่อ) จากนั้นวัดลงมาอีกประมาณ5 มิลลิเมตร เซาะร่องลึก 1 เซนติเมตรกว้าง 5 มิลลิเมตรทั้งสองข้างเสร็จแล้ว
ให้เจาะรูเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับท่อวาล์วลมยางในรถยนต์ บริเวณด้านล่างของข้อต่อ
          3. จากนั้นนำท่อวาล์วลมยางในรถยนต์เสียบผ่านจุกยาง และนำมาใส่ไว้ในข้อต่อ 3 ทางที่ปรับ
แต่งไว้แล้วข้างต้น จับยึดจุกยางเข้ากับข้อต่อด้วยสกรูทั้งสองข้าง
          4. ยึดรอยต่อ ระหว่างข้องอ และข้อต่อทั้งหมดด้วยสกรูให้แน่น

ขั้นตอนการสร้างจรวด:
แสดงส่วนประกอบทั้งหมดของฐานยิงจรวดน้ำ
แสดงการประกอบข้อต่อ 3 ทางเข้ากับข้องอ 90°
แสดงการประกอบข้อต่อ 3 ทาง สำหรับฐาน
แสดงการประกอบข้องอ 90 ° เข้ากับตัวฐาน โดยทุกส่วนให้ยึดด้วยสกรูทุกจุดเพื่อความแข็งแรง
แสดงการนำวาล์วลม สอดให้ทะลุจุกยาง
แสดงการติดตั้งวาล์วลมเข้ากับฐาน

การดำเนินกิจกรรม:

          แบ่งนักเรียนออกเป็นกลุ่มๆ ละเท่าๆ กันตามความเหมาะสม แจกอุปกรณ์ และคำแนะนำวิธีการ
ประกอบ จากนั้นให้คุณครูอธิบายหลักการของจรวดขวดน้ำ และกติกาในการแข่งขัน ให้นักเรียนแต่ละ
กลุ่ม ช่วยกันสร้างลำตัวจรวดโดยใช้ขวดน้ำพลาสติก และออกแบบครีบบังคับทิศทางซึ่งจะทำให้จรวด
พุ่งขึ้นได้ตรง พร้อมทั้งตกแต่งลำตัวจรวดตามจินตนาการของพวกเขา   ให้นักเรียนแต่ละกลุ่มออกไป
ทดลองยิงจรวด และช่วยกันค้นหาอัตราส่วนของน้ำที่ใช้ว่ามีผลกับการเคลื่อนที่ของจรวดอย่างไร และอัตราส่วนเท่าใดที่จะทำให้จรวดพุ่งขึ้นได้สูงที่สุด จากนั้นให้นักเรียนแต่ละกลุ่มแข่งขันกันว่า กลุ่มใด
สามารถออกแบบให้จรวดพุ่งขึ้นได้สูงที่สุด

สรุปการทำกิจกรรม:

          หลังจากที่นักเรียนได้เรียนรู้และสนุกกับการยิงจรวดขวดน้ำกันแล้ว ให้นักเรียนที่ชนะการแข่งขัน (จรวดพุ่งได้สูงที่สุด) อธิบายถึงหลักการของจรวด และอัตราส่วนผสมที่ทำให้เกิดแรงดันมากที่สุด เพื่อให้เพื่อนกลุ่มอื่นๆ ทราบ และช่วยกันคิดว่า ทำไมอัตราส่วนดังกล่าวจึงเหมาะสมที่สุด