14 – Water Bottle Rocket

Raketa z lahve na vodu

​

Náměty a poznámky k úloze IYPT 2025

Úvodní soustředění TMF 2025, 4. 11. 2024

​

Karel Kolář, k.kolar@email.cz

Úvod (disclaimer)

• Nečekejte řešení
• Hlavně náměty, co považuji za to, co od úlohy čekat
• Interpretace zadání může být i jiná než předložená
• Důležitý je vlastní experiment!
• Slidy jsou trochu “ukecanější”, aby byly čitelné i na webu

Zadání

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.

Napumpujte vzduch do plastové lahve na vodu částečně naplněné vodou. Za určitých podmínek lahev odstartuje a vzlétne do vzduchu. Prozkoumejte, jak zrychlení při startu závisí na relevantních parametrech.

Ukázka

Na YouTube je mnoho realizací

Ukázka z kanálu ThinkGeek

https://youtu.be/2P-PPTWGDS4?si=cFcxVG9RopvS0uat

Co je cílem?

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.

• Máte použít plastikovou láhev od vody
• Ale např. od coly může být pevnější…
• Výzvou může být měření tlaku uvnitř láhve
• Dotaz je na zrychlení v průběhu startu
• Neptá se na dostup láhve => nemusíte optimalizovat tvar lahve na aerodynamický, který letí dlouho rovně
• Bude asi potřeba rychloběžná kamera + tracking

Co by se dalo očekávat?

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.

• 2 “pohony” – voda a vzduch
• Stlačitelný vzduch vytlačuje vodu, která má větší hustotu a není stlačitelná
• Bez vody => nepoletí
• Bez vzduchu => nepoletí
• Nejvyšší zrychlení pro nějaký optimální poměr objemů
• Docela pravděpodobně mezi ⅓ a ⅔
• Může záviset na tlaku a dalších parametrech?

Co můžou být relevantní parametry?

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.

• Tlak v lahvi při vypuštění
• + ? rychlost změny tlaku před vypuštěním?
• Podíl objemu vody a vzduchu
• Celkový objem láhve
• Tvar láhve – aerodynamika, “tryska”
• Způsob vypuštění láhve/startu
• Jak tím způsobem moc dokážete kontrolovat, že se vypustí při stejných podmínkách.
• …?

Možné jednoduché experimentální zařízení

• Stačí bezdušový ventil TR415 + pumpička + láhev (+ trubice pro usměrnění startu)
• Např. viz Rakety (Radim Kusák)
• Problém pro měření je neprůhledná trubice
• Bezdušový ventilek TR415
• Dá se koupit od 10 ~ 20 Kč/ks
• Pasuje do lahve prakticky přesně (ale je dobré to vyzkoušet)
• Můžete vymyslet/najít jiné uspořádání

Obrázek převzatý z http://www.radim-kusak.net/wp-content/uploads/2016/03/Kusak_-_Rakety1.pdf

Na co by bylo dobré si odpovědět?

• Maximalizovat zrychlení na počátku – na to byste měli víceméně dát odpověď v rámci popisu vlivu parametrů
• Např. pro vámi zvolenou láhev a zařízení určit nejlepší parametry + popsat, jaké by byly pro jinou láhev
• “Tryska” – pokud by se vám podařilo manipulovat s tím, v jaké šířce se vypouští voda, může to mít znatelný vliv

Co je na hraně, jestli má smysl řešit?

• Dostup láhve – je to dobrá ukázka praktického použití, ale v zadání jde o zrychlení na počátku; tedy tohle může být rozšíření
• Aerodynamika láhve – to samé zdůvodnění, co předchozí bod – parametr, který dokáže vylepšit dostup, ale ovlivní výrazně okamžiky startu?
• Nicméně, pokud neovlivní moc start, bylo by to dobré zdůvodnit, i experimentálně doložit

Co asi nedělat?

• Některé návody ukazují stavbu z více lahví – u toho vzniká problém s utěsněním + není to přímo v zadání => praktičtější bude soustředit se na jednu láhev

Literatura

http://www.radim-kusak.net/wp-content/uploads/2016/03/Kusak_-_Rakety1.pdf

Další videa a čtení je v KITu https://kit.ilyam.org/FDD_2025_IYPT_Reference_kit.pdf

Závěr

• Úloha se zdá být relativně (na TMF) přímočará, ale může skýtat netušené problémy
• Nezapomeňte své experimenty řádně zdokumentovat a pak popsat

Děkuji za pozornost!

​

Karel Kolář, k.kolar@email.cz

Nechť vás provází štěstěna!

​

​

​

Úvodní soustředění TMF 2025, 4. 11. 2024

“Bonus”/dodatky

• Tady se může objevit něco dodatečně, pokud bude nějaký zajímavý veřejně položený dotaz