



“三、二、一,发射!”随着清脆的击掌声,一道银白色“火箭”划破天空。近日,在江北中心学校的科创节上,科学老师带领同学们用寻常塑料袋、可乐瓶玩出了航天级的创意。学生们通过亲手发射自制火箭,在牛顿定律与伯努利原理的实践中点燃了科学热情。
特邀科普老师
高于博、蒋鑫
宁波市江北中心学校
塑料袋火箭:
解锁空气动力学密码
空气的魔法:
伯努利与牛顿的共舞
“谁能用一口气吹满两米长的塑料袋?”在江北中心学校的科创节上,面对科学老师发起的挑战,同学们面面相觑。老师神秘一笑,将袋口悬在嘴前10厘处轻轻吹气。周围的空气仿佛被无形力量牵引,争先恐后涌入袋中,一眨眼的工夫,一个塑料袋火箭的“舱体”就被吹得鼓鼓的。
这其实是流体力学中的伯努利效应在施展魔法。当速度较快的气流从唇间掠过袋口时,流动空气产生的低压区就像微型龙卷风,把静止空气源源不断卷入袋中。这一原理不仅藏在波音787机翼的弧线中,更渗透于生活的每个角落:足球明星C罗踢出的弧线球因气流速度差偏移2.5米,甚至台风登陆前渔民感知的“闷热低压”,都是伯努利方程的具象化演绎。而当同学们拍打鼓胀的塑料袋尾部,牛顿第三定律随即“登场”——手掌施加的作用力与空气反作用力的博弈,让“火箭”拖着银白尾迹直冲云霄。
不过,初次试射的场面令人捧腹——直筒状的“火箭”刚脱离手掌就在空中打转,最终软绵绵地栽向地面。
如何让这个用塑料袋做的火箭筒飞得更远呢?不妨试试给塑料袋尾部粘上三片硬卡纸,改良后的“火箭”尾部呈现出20度倾角的螺旋翼。当再次挥掌发射时,空气擦过螺旋翼的斜面产生的升力能推动箭体高速旋转,就像抽打后的陀螺越转越稳。这巧妙复刻了炮弹膛线的工作原理:旋转产生的角动量形成稳定轴心,让飞行轨迹变得笔直如尺。
航天启蒙课:
藏在生活里的飞行智慧
这场趣味实验背后,蕴藏着深厚的航天工程原理。国际空间站的姿态控制发动机、爱国者导弹的尾翼设计,甚至羽毛球尾部那圈螺旋羽毛,都在运用空气动力学的智慧。最令同学们惊叹的是,塑料袋火箭实验所用材料成本不到五毛钱,却完美演绎了看似遥不可及的航天技术。
从公元前200年希腊工程师希罗发明的蒸汽球,到现代F1赛车的地面效应套件;从敦煌壁画中飞天的飘带,到SpaceX星舰的襟翼设计,伯努利原理与旋稳定技术始终是贯穿着人类的飞天梦。当同学们看着塑料袋火箭划出银色轨迹时,他们见证的不仅是物理定律的具象化,更是跨越三千年的智慧传承。
水火箭:
压缩空气的大能量
让饮料瓶一飞冲天
水火箭实验,是许多学校科技节的传统项目。只需一个塑料瓶、少量水和一个打气筒,就能上演一场“水火箭”发射大秀。将水装入瓶中约1/3,用橡胶塞密封后倒置在发射架上,然后用气筒打气。当气压冲破临界点,瓶口瞬间喷出高速水流,火箭“嗖”地窜上几十米高空,划出一道炫酷弧线!
水火箭为何能一飞冲天?秘密藏在牛顿第三定律里——作用力与反作用力!打气时,瓶内气压不断升高,水和压缩空气积蓄巨大能量。当瓶塞被顶开,高压水流向下喷射,产生强大的反推力,就像火箭引擎喷出火焰一样,将瓶子推向天空。水不仅是“燃料”,还能增加喷射质量,让反作用力更强劲!
不过要注意,发射时务必远离火箭轨迹,瓶内气压别超过安全值,否则可能变身“塑料炸弹”。
二级推进与降落伞回收
想让水火箭挑战更高难度?试试二级推进系统!将两个塑料瓶通过螺纹接口串联,一级瓶装水作为主推进剂,二级瓶则储存少量水并内置触发机关。当一级瓶的水喷尽后,气压骤降触发二级分离装置,二级瓶的密封塞自动弹开,剩余的水和压缩空气瞬间释放,推动火箭继续攀升。
更酷的是,二级火箭还能搭载降落伞回收系统!在二级瓶顶部安装折叠式降落伞,用延时发条或惯性控制开伞时机。当火箭到达最高点开始下坠时,空气阻力触发开关,伞包“嘭”地弹出,像一朵空中蒲公英缓缓降落。这不仅保护火箭完好无损,还能重复使用,环保又炫技。
两米长的塑料袋、五毛钱的饮料瓶、三片卡纸尾翼……都是一些唾手可得的材料。但水火箭的设计背后其实蕴藏着许多科学原理:二级推进系统通过气压变化触发分离机关,复刻了火箭多级分离的太空分体术;尼龙降落伞的弹开机制与神舟飞船返回舱的减速伞原理如出一辙。
当某位同学调试的二级水火箭成功实现“太空分体”,并在降落伞缓冲下稳稳落地时,全场沸腾的欢呼声仿佛在宣告:未来的航天工程师,或许正诞生于此刻。