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ペットボトルのロケットが飛ぶ原理を詳しく教えてください。

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A 回答 (5件)

これには、作用、反作用の法則について知る必用があります。



作用、反作用の法則とは、
『二つの物体があり、片方がもう片方に力を加えると、力を加えた方も動く』
ということです。
たとえば、
「自分は荷物用台車に乗っていて、手で壁を押した。
すると、自分は台車に乗って壁から離れるように動いた。」
これは、
「自分が壁に力を加えたため、自分も壁から力を加えられた」
と言い換えることが出来ます。
自分→壁 が作用で、壁→自分が反作用、ということになります。

作用と反作用は、
・同一直線上に存在し、
・それぞれの力の大きさは等しく、
・向きは反対である。
のように発生します。

ペットボトルロケットの場合、
水を押し出す力・・・作用
水が押し返す力・・・反作用
となり、ペットボトルロケットは空高く打ち上げられる、ということです。

一般に、水の量はボトルの容積の25%~35%ほどが最適のようです。
参考になるか分かりませんが、少しでも分かっていただけたら幸いです。
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回答じゃないけど。


stomachmanは1981年アメリカ製という水ロケットを持ってます。実に2段式なんですぞ。まだPETボトルが普及する以前のものです。高さ50cm直径5cmほどの赤い透明プラスチック製。とてもきれいで、しかも結構良く飛びます。
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作用反作用の関係で本物のロケットが飛ぶのとまったく同じ原理です。

例えば大きな錘を良く転がる台車などの上で力いっぱい投げるとどうなるでしょう。錘を遠くに投げたはずなのに、錘は投げた位置からあまり動かず、台車に乗った人のほうが投げた方向と反対に動いてしまうはずです。これは錘に慣性(慣性の法則ってご存知ですか?物体は外部から力加えられない限り元の位置にありつづけようとする、また一旦運動をはじめると、外部から力が掛からない限りその方向に運動を続けようとすると言うものです)が働いていてその場所から動くまいとしているからです。ペットボトルの中に入れられた水はボトルの中から動くまいとしているわけですが、ボトルに入れられた空気によって押し出されます。この場合もちろん水も後ろに飛びますが、同じ力でペットボトルも水と反対の方向に押されることになるわけです。じっとしていようとするものを押せば、当然押し返されるのです。実際のロケットでは水ではなく燃料が燃焼したときに出るガスの反作用で飛んでいます。どれだけ大きな推進力を得るかということはどれだけ重い(大量)水やガスをどれだけ速い速度で噴出すかで決まります。
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ペットボトルロケットは、入れた空気でペットボトルの内圧が高まり、ある圧力になると水を押し出します。

この吹き出した水と作用反作用の原理で反対方向に等しい運動量でペットボトルは上に飛んでいくというわけです。高く飛ばすには、如何に内圧を高めて高速に水を噴き出させるか、水の量や空気の入れ方を工夫する必要があります。
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あれは「水ロケット」とよばれるものの1種で、3分の1ほど水が入ったプラスチック容器(ペットボトル)に圧縮空気(自転車の空気入れを利用)を入れ、栓を抜けたとき、噴出する水の勢いでロケットのように飛ぶというものです。

水を入れないとぜんぜん飛びません。飛ばす際、一番問題となのるは水の量で、多ければ噴出時間が長く持続し、遠くまで飛びそうな気がしますが、ロケットの質量が増すので加速されにくくなります。また水が多ければ、その分、圧縮空気を入れる空間が小さくなるので、圧力の低下が激しく、水を噴出する力が弱くなってしまいます。逆に、入れる水が少なすぎると、噴出量が少ないので十分に加速されず飛ばないということになります。

この参考URLでは作り方等の説明があります。またこのロケットの推力には、水の噴出によるものと、水がなくなった後に起きる空気の噴出によるものとがありますが、この力学的説明も載っています。

参考URL:http://www.asahi-net.or.jp/~hy9n-knk/petindex.htm
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