טיל מים, השיגור – דף הנחיות למורה
מטרה : עיצוב, בנייה ושיגור טיל מים.
נמדוד מהם הכוחות הפועלים על הטיל כגון - חיכוך, גרר, כוח עילוי.
עקרון הפעולה
כאשר לחץ האוויר עולה, גדל ערך הלחץ בתוך הבקבוק. בעת שחרור הנצרה – יעלה הטיל כלפי מעלה ואחריו ישתרך סילון של מים. האוויר המתפשט יגרום למים לנוע כלפי מטה ולבקבוק לנוע כלפי מעלה.
כללי התחרות
שיגור
השיגור יבוצע באמצעות מתקן שיגור יעודי, שהוכן במיוחד למטרה זו, בכדי לאפשר שיגור בטוח ומדויק ככל האפשר. זהו ניסוי מסוכן, אין לנסות בבית ו/או ללא ציוד או הסמכה מתאימים.
תמונה : טיל המים בעת המראתו. שוגר על ידי צוות מצפה הכוכבים ברקת, מכבים.
הערכת מרחק/גובה של טיל המים
הערכת גובה מקסימאלי תתבצע באמצעות השיטות הבאות :
א. מדידת זמן המעוף, מרגע שחרור הנצרה ועד לנחיתה. במידה ותנועת הטיל הייתה אנכית בקירוב, ותנועתו מטה הייתה ללא הפרעה, יהיה זמן מעוף ארוך יותר לטיל שהגיע לגובה רם יותר.
ב. צילום השיגור בוידיאו.
ג. טריגונומטריה.
דוגמא לשימוש בביטוי האנרגיה הקינטית :
ניתן לחשב את האנרגיה הקינטית של הטיל 0.2 שנייה לאחר השיגור, כאשר ידוע
M=0.168Kg V=71.48m/s
סרטון : טיל המים בעת השיגור
סיכום
דוגמאות לשאלות סיכום בנושא טילי מים
1. מה הם חלקיו של טיל המים, כיצד משגרים אותו, ומה נפלט ממנו בזמן המראתו?
תשובה: חלקיו העיקריים של טיל המים הם בקבוק, אויר דחוס ומים. את האוויר בתוך הבקבוק דוחסים בעזרת משאבה. האוויר הדחוס מפעיל כוח על המים ועל דפנות הבקבוק, וגורמים למים לצאת בלחץ גדול מפיית הבקבוק. הביטוי ללחץ :
p=F/S לחץ = שטח/כוח
2. כיצד ניתן להסביר בעזרת עקרונות פיסיקליים את המראת הטיל?
תשובה: - הבקבוק מפעיל כוח על המים כלפי מטה, והמים מפעילים כוח על הבקבוק כלפי מעלה, בהתאם לחוק השלישי של ניוטון.
3. בנו תרשים כוחות לבקבוק בזמן המראתו.
4. מה יתרחש אם נמלא לגמרי את הבקבוק במים? הסבירו את תשובתכם.
תשובה: הטיל לא ינסוק. הסיבות לכך הן: (א) מסת הבקבוק המלא מים תגדל פי שלוש ולכן יידרש כוח גדול יותר כדי להטיסו לגובה מסוים; (ב) ללא חלל לאוויר בתוך הבקבוק, לא יוצרו התנאים הדרושים ליצירת לחץ אוויר רלוונטי בתוך הבקבוק, שבתורו יוכל לדחוף את המים בזמן ההמראה.
5. מה יתרחש אם נשתמש בטיל ללא מים? הסבירו את תשובתכם.
תשובה: הטיל ימריא לגובה קטן מאוד, כתוצאה מהאוויר שנפלט ממנו. עוצמת האינטראקציה בין הבקבוק לאוויר קטנה בהרבה מעוצמת האינטראקציה בין המים לבקבוק כי מסת המים גדולה בהרבה ממסת האוויר. F=ma עפ"י חוקי ניוטון.
6. האם לשיפוע הטיל בעת השיגור יש השפעה על מסלולו ?
ניתן להתייחס באמצעות ווקטורים ולחשב הנ"ל כתלות בשיפוע.
*השיגור / הפעלה הינם באחריות הבלעדית של המשתמש. אין האמור מהווה המלצה לשיגור טיל ו/או רקטה.