Anfänger Projekt Praktikum: Wasserrakete

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3 Theorie Hauptfaktor dafür ist mit Sicherheit der Luftdruck innerhalb der Flasche. Die komprimierte Luft ist der Energieträger der <strong>Wasserrakete</strong>. Aus der kinetischen Gastheorie ist bekannt, dass die in einem idealen, zweiatomigen (Luft besteht mit N2 und O2 größten- teils aus zweiatomigen Gasen, der zusätzliche Freiheitsgrad der Vibration ist bei Raum- temperatur nicht relevant) Gas gespeicherte Energie E = 5 2 NkBT entspricht, damit also linear in der Anzahl der Teilchen und damit im Druck ist. Ma- ximale Leistungssteigerungen lassen sich also vermutlich (unsere Messungen bestätigen dies) durch Erhöhung des Fülldrucks erreichen. Die für Beschleunigung benutzbare Energie entspricht der Differenz aus der inneren Ener- gie der Luft vor dem Start und der inneren Energie einer bei Normaldruck luftgefüllten Flasche. Ein = 5 2 kBT (Np − N0) Um eine obere Abschätzung für die erreichbare Höhe einer solchen Rakete anzugeben, gehen wir von einer mit 6bar komplett luftgefüllten Flasche von 1,5l Volumen und 80g Gewicht aus. Unter Vernachlässigung von Reibung und dem variablen Gewicht einer solchen Flasche auf dem Flugweg soll die gesamte innere Energie in potentielle Energie der Gravitation umgewandelt werden. ⇒ h = Ein = 2022J = mgh 5 2kBT (Np − N0) mg = 2577m. Genauso kann man eine obere Schranke für die Maximalgeschwindigkeit angeben ⇒ v = Ein = 1 2 mv2 � 5 2 kBT (Np − N0) 2m = 112 m s . Diese Werte sind natürlich in der Realität nicht annähernd zu erreichen. Praktisch führt die Rakete zumindest während des Starts ein erhebliches ihres Eigengewichts in Wasser mit. Durch das mitgeführte Wasser kann die Rakete auch nicht 1,5l komprimierte Luft 10
3.3 Relevante Größen enthalten. Zusätzlich führen Luftreibung und Strömungsverluste zu einem verringerten Wirkungsgrad. Ebenso wichtig für das Erreichen einer optimalen Flughöhe ist das richtige Mischungsver- hältnis von Luft zu Wasser. Es ist leicht einzusehen, dass in den Grenzfällen VLuft VW asser und VLuft VW asser >> 1
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