Bottle Rocket Q2

Thema

IYPT Aufgabe auf Englisch

Pump air into a plastic water bottle partially filled with water. Under certain conditions, the bottle is launched and flies into the air. Investigate how the acceleration during lift-off depends on relevant parameters.

IYPT Aufgabe übersetzt

Pumpen Sie Luft in eine teilweise mit Wasser gefüllte Plastikflasche. Unter bestimmten Bedingungen wird die Flasche starten und fliegt in die Luft. Untersuchen Sie, wie die Beschleunigung beim Abheben von relevanten Parametern abhängt.

Worum geht es hier?

In dieser Arbeit wird die Beschleunigung einer Wasserrakete während des Starts vorgestellt. Dabei fokussieren wir uns auf die unterschiedlichen Wasser Mengen in der Flasche/Rakete und die daraus folgenden Veränderungen der Beschleunigung.

Theorie

Annahmen: (0)

• Reibungsfreie Strömung

• Stationäre Strömung

• Inkompressibles Fluid

Unsere Parameter:

• Volumen der Flasche (leer/gefüllt)

• Gewicht der Flasche (leer/gefüllt)

• Durchmesser der Flasche/Öffnung

• Innendruck p (bzw. die Differenz zum Außendruck)

• Impuls p

• Schubkraft T

• Luftreibungskraft $$F_F$$

Allgemeine Erläuterung:

Zu Beginn des Experiments wird die genutzte Flasche mit Wasser befüllt, was zu einem Überdruck innerhalb der Rakete führt. Der Innendruck ist also höher als der Außendruck. Aufgrund dieses Druckunterschiedes entsteht eine Gradientkraft, welche den Druck ausgleicht. Dabei ist diese gegen die Flasche aber auch das Wasser gerichtet, da sie von einem Bereich der höheren Luftkonzentration zu einem Bereich einer niedrigeren Luftkonzentration gerichtet ist. Da die Flasche zu diesem Zeitpunkt noch geschlossen ist, und das Material auf die Gradientkraft mit einer mechanischen Spannung im Material reagiert, kommt es nicht zum Druckausgleich. Dieser erfolgt erst, sobald die Flasche geöffnet ist. Daraufhin strömen das Wasser sowie die Luft aus der Flasche, da die Öffnung in Richtung Erdoberfläche gerichtet ist. Damit die Flasche nun vertikal nach oben fliegt, muss ihre Beschleunigung (a), welche durch die Schubkraft (T) verursacht wird, die Gravitationskraft ($$F_G$$) überwinden. So kann die Rakete mit einer resultierenden Kraft ($$F_r$$) nach oben fliegen. Diese werden wie folgt berechnet:

1. Gravitationskraft: $$F_G=m∙g$$ (1)

FG Gravitationskraft
m Masse der Flasche
g Erdbeschleunigung (=9,81 $$m/s^2§§ ) =='"`UNIQ--h-5--QINU`"' Aufbau == ====='"`UNIQ--h-6--QINU`"' Der Versuchsaufbau & die Skizze ===== [[Datei:Aufbau mit Beschriftung GER 2.png|links|mini|351x351px|Skizze vom Versuchsaufbau]] [[Datei:Schließmechanismus.jpg|mini|293x293px|Schließmechanismus der Rakete]] Unser Versuchsaufbau besteht aus einem Seil, das wir vom Balkon der Schule hängen lassen. Am unteren Ende des Seils ist ein 5kg Gewicht befestigt, damit das Seil straff hängt. Um das Seil ist ein Metallrohr befestigt, an das eine Wasserflasche verkehrt herum befestigt ist. Auf den Flaschenboden wird ein Beschleunigungssensor (Vernier) sicher befestigt. In die Öffnung der Flasche wird ein Plastikrohr, das mit einem Schaumstoff Kegel ummantelt und mit einem Kondom überzogen ist, gesteckt, um diese zu verschließen. Dies ist mithilfe eines Gartenschlauchverbindungsstücks und einem Stück Schlauch mit dem Kompressor verbunden. ====='"`UNIQ--h-7--QINU`"' Die Versuchsdurchführung ===== In die Flasche wird Wasser gefüllt und die Öffnung wird anschließend verschlossen. Mit Hilfe des Kompressors wird Luft in die Flasche gepumpt. Die Stopfen löst sich, wenn zu viel Druck in der Flasche ist, wodurch die Flasche anfängt zu starten und somit auch zu beschleunigen. Der Vernier Beschleunigungssensor misst die Beschleunigung und ist mit einem Handy verbunden. In der App von Vernier werden die Messdarten der Beschleunigung angezeigt. =='"`UNIQ--h-8--QINU`"'Daten== Hier kommen keine Rohdaten sondern möglichst gut ausgewertete Daten rein - Graphen, Ausgleichskurven, etc. mit Fehlerbetrachtung! =='"`UNIQ--h-9--QINU`"'Fazit == Eine kurze Zusammenfassung eurer Erkenntnisse. =='"`UNIQ--h-10--QINU`"'Erfolge== Habt Ihr an Wettbewerben teilgenommen? Wie weit seid Ihr gekommen? =='"`UNIQ--h-11--QINU`"'Danksagung== Worum geht es in dem Projekt? Zum Beispiel müsste hier die IYPT-Aufgabe mit Übersetzung und dem Fokus auf Eure Parameter hin. $$\sqrt{2}$$

Quellen

Eure wichtigsten verwendeten Quellen mit Verweisen im Text!