วิทยาศาสตร์พื้นฐาน: จรวดขวดน้ำ

กิจกรรมจรวดขวดน้ำ

ระดับชั้นเรียน มัธยมศึกษาตอนต้น เวลา 1 - 2 ชั่วโมง

วัตถุประสงค์

1. นักเรียนมีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับหลักการทำงานของจรวดและฝึกทักษะการสร้างแบบจำลอง

2. นักเรียนสามารถอธิบายการปล่อยจรวดได้ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน แรงกิริยาเท่ากับแรงปฏิกิริยา

3. นักเรียนเรียนมีเจตคติที่ดีต่อการเรียนรู้และเรียนรู้วิทยาศาสตร์อย่างสนุกสนาน

หลักการ

จรวดขวดน้ำออกแบบมาภายใต้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน กล่าวคือ จรวดเคลื่อนที่สู่ท้องฟ้าด้วยกฎการเคลื่อนที่ข้อที่ 3 “แรงกิริยา = แรงปฏิกิริยา” เมื่อเราใส่น้ำเข้าไปในจรวดและอัดอากาศเข้าไป น้ำจะทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้อากาศไหลย้อนกลับออกมา การลมเข้าไปทำให้ความดันภายในลำตัวจรวดสูงขึ้น เมื่อดึงสลักออก แรงดันอากาศภายในจะดันให้น้ำพุ่งออกมา ทำให้เกิดแรงปฏิกิริยาดันให้จรวดพุ่งขึ้นสู่ท้องฟ้า เมื่อจรวดถูกปล่อยขึ้นไปแล้ว แรงดันอากาศมิได้หายไปทันที แต่จะลดลงเรื่อยๆ เนื่องจากปริมาณน้ำที่อยู่ในจรวดจะช่วยชะลอให้แรงดันค่อยๆ ลดลง

อุปกรณ์ในการสร้างจรวด:

1. ขวดน้ำอัดลมแบบพลาสติก 2 ขวด

2. กรรไกร หรือ คัตเตอร์

3. กระดาษแข็งสี

4. เทปกาว

5. ส่วนหัวจรวด

6. ดินน้ำมัน

7. ฐานยิงจรวดสำเร็จรูป

8. ที่สูบลมจักรยาน

วิธีการสร้างจรวด

1. ตัดขวดที่สองนำขวดมาต่อกันโดยเอาหันด้านก้นขวดเข้าหากันยึดให้แน่นโดยเทปกาว

2. ตัดกระดาษแข็งตามที่ต้องการ ทำเป็นรูปปีกจรวดแล้วยึดเข้ากับตัวขวด

3. ตกแต่งตัวจรวดให้สวยงามตามความพอใจ

การดำเนินกิจกรรม

1. แบ่งนักเรียนออกเป็นกลุ่ม กลุ่มละ 3 คนเท่าๆ กันตามความเหมาะสม แจกอุปกรณ์ และคำแนะนำวิธีการสร้างจรวด

2. คุณครูอธิบายหลักการของจรวดขวดน้ำ และกติกาในการแข่งขัน

3. ในกลุ่มช่วยกันสร้างลำตัวจรวดโดยใช้ขวดน้ำพลาสติก และออกแบบครีบบังคับทิศทางซึ่งจะทำให้จรวดพุ่งขึ้นได้ตรง พร้อมทั้งตกแต่งลำตัวจรวดตามจินตนาการ

4. ทดลองยิงจรวด และช่วยกันค้นหาอัตราส่วนของน้ำที่ใช้ว่ามีผลกับการเคลื่อนที่ของจรวดอย่างไร และอัตราส่วนเท่าใดที่จะทำให้จรวดพุ่งขึ้นได้สูงที่สุด จากนั้นให้นักเรียนแต่ละกลุ่มแข่งขันกันว่าสามารถออกแบบให้จรวดพุ่งขึ้นได้สูงที่สุด

สรุปการทำกิจกรรม:

หลังจากที่นักเรียนได้เรียนรู้และสนุกกับการประดิษฐ์และยิงจรวดขวดน้ำกันแล้ว ให้นักเรียนร่วมกันอธิบายถึงหลักการของจรวด และอัตราส่วนผสมที่ทำให้เกิดแรงดันให้จรวดไปไกลมากที่สุด ช่วยกันคิดว่าอัตราส่วนแบบใดเหมาะสมที่สุดเพราะเหตุใด

กฎข้อที่ 3 นิวตัน
“ทุกแรงกิริยาจะต้องมีแรงปฏิกิริยาซึ่งมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงข้ามเสมอ” หรือ “แรงกระทำซึ่งกันและกันของวัตถุทั้งสอง ย่อมมีขนาดเท่ากันและทิศตรงข้าม”
แรงกิริยา = แรงปฏิกิริยา
กฎข้อนี้แสดงให้เห็นว่าแรงทุกแรงจะเกิดขึ้นเป็นคู่เสมอ เมื่อวัตถุ A ส่งแรงกระทำต่อวัตถุ B วัตถุ B ก็จะส่งแรงที่เท่ากันตอบกลับมาในทิศทางที่ตรงข้าม
ตัวอย่าง เช่นผู้ที่กำลังเล่นสเกตเลื่อน ออกแรงผลักผู้เล่นคนอื่น ทั้งคู่ก็จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงข้ามกัน