- Монета-ракетоноситель. Часть 2 (практическая)

kalser.ru Опыты по физике Монета-ракетоноситель. Часть 2 (практическая)
04.02.2011 00:00

Монета-ракетоноситель. Часть 2 (практическая)

Вторая часть опыта с монетой-ракетой будет практической. Редактор нашего Физического блога взялся провести демонстрацию опыта самостоятельно. Итак, для демонстрации нам понадобилась пустая двухлитровая бутылка из-под минеральной воды,

bottle

а также, собственно, сама ракета, пятирублевая монета:

monet

Выносим бутылку с мокрым горлышком на мороз вертикально и аккуратно укладываем сверху монету. Через какое-то время пять рублей закрепятся на бутылке так, что можно будет положить ее на бок и монета не будет сваливаться.

Здесь-то и заключается главная хитрость опыта - нам нужна герметичная корочка изо льда на стыке "горлышко-монета". Мы осторожно укладываем всю пусковую установку на бок и поливаем водой (можно как наш редактор - из чайной ложечки) горлышко и монету по кругу, достигая герметичности.

Все - оставляем установку в покое. У нас ушло 20 минут ожидания при - 11 на улице за окном. Заносим космодром в тепло, ждем и внимательно смотрим:


 

Она ПОЛЕТЕЛА!!!! (Наш редактор вне себя от счастья)

 

Осторожно - работа мозга! Расчет ракетной тяги.
Вычислим силу, с которой монету подбросило вверх.

Дано:

Объем бутыли с воздухом V = 2 л = 2 дм3 = 0.002 м3

молярная масса воздуха M = 28,98 г/моль

Площадь монеты (5 рублей) S = 2 см2 = 0.0002 м2

Перепад температур ΔT = +25 - (-11) = 36 K

Универсальная газовая постоянная R = 8.314 Дж(моль∙К)

Коэффициент объемного расширения воздуха β = 3,665 · 10-3 K-1

Расчет:

Считая, что воздух идеальный, рассмотрим изотермичесоке нагревание бутыли.

Бутыль на морозе:

P1V1 =  RT1 Бутыль в комнате: P2V2 =  RT2

Разница состояний: ΔPΔV = RΔT

Результирующее давление:

Изменение объема выразим через коэффициент объемного расширения:

ΔV =β ΔT, тогда:

Сила есть  F = ΔP·S

Это расчетная формула нашей задачи. Произведем вычисления:

Результат подъемной силы почти полньютона.

Если воздух считать реальным газом, то в силу вступает уже на уравнение Клапейрона-Менделеева, а уравнение состояния газа Ван-дер-Ваальса.

Для ν молей газа Ван-дер-Ваальса уравнение состояния выглядит так:

Для воздуха:

a = 1,3078 Н•м4/моль2

b = 114,127 см3/моль

Как изменится подъемная сила в случае реального газа мы педлагаем вам расчитать самостоятельно.

(новое окно)

Как ввести формулу
Работает только для формы "Добавить комментарий" к материалу:
будет [img]http://latex.codecogs.com/gif.latex?t^2[/img]

YouTube-канал НИЯУ МИФИ >> YouTube-канал kalser.ru >>

Marvin and Milo Marvin and Milo
physics.org/marvinandmilo >>