XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Создание ракеты на карамельном топливе
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
В условиях стремительного развития технологий и научных исследований, очень важно привлекать внимание молодежи к научным дисциплинам таким как физика и химия.
Цель работы: создать правильное карамельное топливо, для разработки модели ракеты и дальнейшего её запуска, чтобы заинтересовать школьников к изучению науки и убедить, что это интересно и увлекательно.
Одним из эффективных способов достижения этой цели, я считаю, использование практических проектов, которые позволяют осваивать материал не только в теории, но и применять полученные знания на практике.
Объект: карамельное топливо.
Предметом в данной работе, является создание модели ракеты, использующей нестандартное топливо на основе карамели. Что представляет собой интересный и доступный подход к ракетомоделированию.
Задачи:
1. Исследовать свойства карамельного топлива.
2. Разработать конструкцию ракеты.
3. Провести запуск ракеты.
4. Проанализировать результаты.
Методы: в рамках проекта я буду исследовать свойства карамельного топлива, разрабатывать конструкцию ракеты, проводить испытания и анализировать результаты запуска, а также проводить опрос у сверстников, что позволит получить практический опыт в области ракетостроения.
Важным аспектом моего исследования является изучение свойств карамельного топлива. Карамель, как материал, обладает уникальными физико-химическими свойствами, которые могут быть использованы для создания ракетного топлива. Я проведу анализ этих свойств, что позволит понять, как именно карамель может быть использована в качестве эффективного источника энергии для ракет. Это исследование станет основой для дальнейших этапов работы, включая разработку конструкции ракеты, которая будет оптимизирована для использования данного топлива.
Конструкция ракеты — это еще один ключевой элемент моего проекта. Я буду разрабатывать модель ракеты, учитывая все необходимые параметры, такие как аэродинамика, масса,
прочность, а также легкодоступность материалов для её создания. Важно, чтобы ракета была не только функциональной, безопасной, но и легкой в конструировании для школьников.
Запуск ракеты станет кульминацией моего проекта. Я, под присмотром взрослых, организую запуск ракеты и зафиксирую всё на видео. Это позволит проанализировать результат и подготовить презентацию проекта своим одноклассникам. Я уверен, что успешный запуск ракеты на карамельном топливе вдохновит ребят и привлечет их внимание к науке.
Наконец, анализ результатов запусков позволит мне оценить эффективность моего проекта и его влияние на заинтересованность школьников в области физики и химии. Я проведу опрос и соберу отзывы учеников, чтобы понять, насколько мой проект смог изменить их отношение к науке и технике.
Актуальность моего проекта обусловлена необходимостью популяризации научных знаний среди молодежи.
Моя гипотеза полагает, что если я создам правильное карамельное топливо и моя ракета взлетит, то это не только привлечет внимание школьников, но и может стать для них импульсом развивать в себе исследовательские навыки, критическое мышление и творческий подход к решению задач.
Таким образом, данная работа охватывает широкий спектр тем, связанных с ракетомоделированием на основе карамельного топлива. Я надеюсь, что мой проект не только продемонстрирует возможности использования доступных материалов в научных исследованиях, но и станет стимулом для дальнейшего изучения физики и химии среди молодежи.
Теоретическая часть.
1. Актуальность проекта.
В современном образовании, я считаю, необходимо добавить больше практики, особенно в области естественных наук. Для многих школьников создание ракеты на основе карамельного топлива будет не только увлекательным занятием, но и мощным инструментом для изучения физики, химии, математики и технологий.
Карамельное топливо привлекает внимание благодаря своему доступному составу и интересным экспериментальным возможностям. В отличие от многих традиционных ракетных топлив, создание этого вида изготовления достаточно просто и безопасно, что делает его идеальным для школьных проектов. Приготовление карамельного топлива не требует сложных химических реакций или использования опасных веществ. Этот факт способствует вовлечению учеников в процесс не только с образовательной точки зрения, но и с практической, позволяя самостоятельно увидеть результат своих усилий.
С глобальной точки зрения, существуют инициативы, направленные на популяризацию науки благодаря практическим задачам. В этой связи проект может стать частью более широкой программы, способствующей развитию STEM (наука, технологии, инженерия и математика) образования. Это позволит ученикам не только изучать теоретические основы, но и применять их на практике, что значительно увеличивает понимание материала.
С помощью таких проектов школьники могут развивать навыки критического мышления и решения проблем. Конструирование ракеты, работа с различными материалами и управление процессом запуска помогают развить не только технические умения, но и творческое мышление. При создании ракеты на основе карамельного топлива молодые инженеры получают возможность столкнуться с реальными инженерными вызовами, что сделает их опыт более значимым и практичным.
Создание ракеты может оказаться мощным мотивационным фактором для учащихся. Учащиеся, вовлеченные в этот процесс, часто проявляют повышенный интерес к учебным предметам, связанным с физикой и химией. Простое исполнение традиционных уроков не всегда способствует вовлеченности; практические занятия дают простор для творчества, где каждый ученик может внести свой вклад и увидеть результат своего труда. Этот подход ведет к большему желанию изучать сложные концепции, которые могут показаться неинтересными в рамках обычной учебной программы.
Кроме того, запускаемые ракеты могут служить великолепным инструментом для демонстрации физических законов и химических реакций. Такой процесс позволяет встроить научный подход к обучению в учебный процесс, что может увеличить уровень понимания и заинтересованности в учебе.
Карамельные ракеты служат не только образовательным инструментом, но и способом поднять уровень коллективной работы в классе. Разработка идеи, распределение задач, обсуждение результатов — всё это требует сотрудничества и одновременного обучения навыкам командной работы, что особенно важно в современном мире. Сотрудничество в группах, обмен знаниями и контроль над процессом запуска укрепляет связи между учениками и формирует дух сообщества.
Таким образом, проект по созданию ракеты на основе карамельного топлива имеет многоаспектную актуальность и целесообразность. Он дает возможность углублять знания, развивать навыки, а также формировать важные качества, которые будут востребованы в жизни. Такой подход к обучению отвечает современным требованиям и помогает формировать будущих специалистов, готовых к вызовам современного мира. Создание таких ракет — это не просто игра; это полноценный путь к научному открытию и самореализации.
2. Принципы взлета ракеты.
Недавно самой первой ракете, которая побывала в космосе, исполнилось 80 лет. Ею является немецкая ракета «Фау-2», которая в июне 1944 года впервые пересекла линию Кармана — условную границу между Землей и космосом, которая находится на высоте 100 километров над уровнем моря. Самая первая ракета возвышалась на 14 метров, весила более 12 тонн и летела со скоростью примерно в 5,7 тысяч километров в час. С тех пор прошло много времени, космические ракеты были сильно усовершенствованы, но принципы их работы почти не изменились.
Ракеты летают в космос благодаря двум законам физики.
Первый закон Ньютона гласит, что любой имеющий массу объект сопротивляется изменению своего состояния покоя или движения. У ракеты есть двигатели, которые создают тягу и помогают ей преодолевать это сопротивление — за счет этого конструкция летит вверх.
Третий закон Ньютона говорит, что для каждого действия есть равное и противоположное противодействие. Когда ракета выбрасывает газы назад, она получает противоположную реакцию, которая толкает ее вверх, в сторону космоса.
Эти два закона физики объясняют, как ракеты преодолевают силу гравитации и поднимаются в космическое пространство.
Чтобы подняться с земли и полететь в космос, ракете нужно набрать скорость. Расчеты ученых уже давно показали, что для пересечения линии кармана, ракета должна двигаться со скоростью около 3 500 километров в час. Чтобы выйти на низкую околоземную орбиту и оставаться там, нужно набрать скорость в 28 800 километров в час. Если нужно покинуть гравитационное поле Земли, нужно разогнаться до 40 000 километров в час.
Чтобы создать тягу взлететь и набрать скорость, ракеты используют двигатели. Тяга зависит от скорости и массы выбрасываемого из сопел двигателей газа — тепло и энергия возникает, когда топливо ракеты реагирует с окислителем. В качестве топлива могут использоваться керосин, жидкий или. Окислителями обычно служат жидкий кислород, азотный тетроксид или перхлорат аммония. На Земле окислителем служит содержащийся в воздухе кислород. В космосе его нет, поэтому окислители заливаются прямо в ракеты.
Простыми словами ракета взлетает, "отталкиваясь" газами, выходящими из её сопла с высокой скоростью, от воздушных масс. Это называется реактивной тягой.
Чем ближе к поверхности Земли, тем сильнее должна быть тяга, чтобы преодолевать Земное притяжение. По мере удаления от Земли, при сохранении той же скорости, ракете требуется меньше энергии.
3. Что такое карамельное топливо.
Карамельное топливо — это нетрадиционный вид твердого топлива, который привлекает внимание благодаря своей относительной простоте в производстве и использованию.
Оно представляет собой твёрдое ракетное топливо, относящееся к смесевым топливам с органической связкой. Названо так из-за внешнего вида и использования в его составе сахара или сорбита. Пионером использования карамельного топлива считается Билл Колбёрн, использовавший его впервые в 1948, а широкую известность в США это топливо приобрело с выходом книги Бертрана Бринли в 1960 году. Широко применяется в импровизированных реактивных снарядах из-за доступности компонентов.
Состав этого топлива в значительной степени зависит от пропорций компонентов и технологии его приготовления. Базовый, наиболее изученный и часто используемый состав — 65 % КNО3 (калийная селитра) и 35 % сорбита (или сахароза).
Сравнение между карамельным топливом и традиционными ракетными топливами показывает, что первое, хотя и менее мощное, но более безопасное и доступное. Учитывая сравнительно низкую цену исходных материалов, такие как сахар, калиевая селитра и различные добавки, доступность карамельного топлива выглядит более привлекательной для тех, кто работает в области образовательных и экспериментальных запусков. В условиях школы, где важно принимать во внимание безопасность учеников, данный вид топлива становится хорошим выбором.
Карамельное топливо также отвечает требованиям по легкости в использовании. Его можно изготовить в домашних условиях с минимальным оборудованием. Существует множество рецептов, которые варьируются в зависимости от желаемых свойств — от твердости до скорости горения. Также можно добавлять различные присадки для увеличения жесткости или изменения температуры сгорания. Это позволяет школьникам экспериментировать и подстраивать топливо под запросы их конкретного проекта.
Чтобы получить максимально стабильное и эффективное горение, рекомендуется проводить тщательный анализ и экспериментирование с различными пропорциями и условиями. Это дает возможность не только улучшить технические характеристики ракеты, но и углубить знания учащихся в области химии и физики.
Таким образом, карамельное топливо представляет собой недорогой и доступный вариант для создания ракетных моделей, позволяющий школьникам не только учиться, но и творчески мыслить . Работая с таким топливом, ребята могут погрузиться в удивительный мир инженерии и физики, соединяя теорию с практикой и развивая свои навыки для последующего использования в более сложных проектах.
Практическая часть.
4. Создание модели ракеты на карамельном топливе.
Для успешного создания ракеты на основе карамельного топлива необходимо определить все необходимые этапы ее разработки. Я выделил 3 этапа:
- создание карамельного топлива,
- подбор материалов корпуса ракеты,
- итоговая сборка конструкции.
Начинаем с приготовления карамельного топлива. В сети интернет есть множество рецептур данного топлива, но я решил взять классику, состоящую по весу из 35% сорбита (сахара в моём случае) и 65% калийной селитры, без каких-либо добавок, так как это топливо достаточно хорошо изучено. И так же решил попробовать пропорции 2 части селитры к 1 части сахара.
Есть два варианта её приготовления. Первый - простое перемалывание в кофемолке или ступе до образования однородного порошка, поочередно, в соответствующих пропорциях и смешивание в сухом виде. Можно купить калиевую селитру уже в виде порошка в магазине удобрений и сахарную пудру, если у вас нет кофемолки.
Втором вариант требует больше времени, но скорость сгорания топлива увеличивается. Полученные порошки в таких же пропорциях, как и в первом варианте высыпаются в сковороду, добавляется немного воды и на максимальном огне при постоянном перемешивании деревянной лопаткой доводится до состояния клейстера, после чего мы ставим огонь на минимум и просушиваем топливо до консистенции пластилина. Полученную смесь перекладываем в пакет, раскатываем скалкой и оставляем до полного высыхания. После высыхания смесь снова измельчаем до порошкообразного состояния в кофемолке или мясорубке. Карамельное топливо готово!
Переходим ко второму пункту. Для создания тестовой модели ракеты на карамельном топливе мне понадобились следующие материалы:
- труба ПВХ, которая будет корпусом ракеты;
- бентонит, простыми словами перемолотый кошачий наполнитель для лотка;
- деревянная палочка равная внутреннему диаметру трубы;
- сверло 3-4 мм, для просверливания сопла;
- фитиль из хлопковых ниток, пропитанных изготовленным ранее карамельным топливом;
- сера для поджига, из спичек;
- длинная тонкая деревянная палочка, для использования в качестве стабилизатора, чтобы ракета не меняла траекторию во время полёта;
- изолента, для соединения ракеты со стабилизатором;
- молоток.
После подбора материалов приступаем к третьему этапу- сбору модели ракеты.
По изученным материалам, я узнал, что ракета внутри корпуса должна состоять из следующих частей:
- заглушка,
- трассер,
- шашка,
- сопло.
Источник фото:https://yandex.ru/video/touch/preview/5522067701620142129
Начинаем собирать основную часть ракеты. (приложение 1) Берём трубу, заполняем её на 2-3 см бентонитом, хорошо утрамбовывая его палочкой и молотком, тем самым создавая плотную заглушку. Засыпаем карамельное топливо, также плотно утрамбовывая смесь, чтобы не осталось воздуха и оставив 3 см трубы для сопла. На примере заглушки делаем сопло из бентонита. Основная часть ракеты готова.
Просверливаем сверлом сопло и часть с топливом оставляя 1 -1.5 см без канала, это и будет являться трассером (опциональным изолятором). Он уже не будет создавать нужную тягу, но послужит маркером для наблюдения за ракетой, оставляя после нее след.
Берем длинную палочку и закрепляем её изолентой к корпусу ракеты.
Засыпаем в канал серу. Хлопковую нить пропитываем карамельным топливом и вставляем в канал.
Наша ракета готова к испытанию.
5. Запуск ракеты.
Процесс запуска ракеты на основе карамельного топлива требует внимательного подхода и соблюдения ряда этапов, начиная с подготовки и заканчивая самим запуском.
Первым шагом является выбор площадки для запуска. Она должна находиться вдали от жилых домов. Желательно, чтобы это была открытая местность, где отсутствуют препятствия для свободного полета ракеты. Я выбрал открытую местность за моим домом, где все постройки на безопасном расстоянии. Безопасность – это важный фактор, поскольку любые отклонения на этом этапе могут привести к нежелательным последствиям.
Второй шаг - выбор времени для запуска, должно быть светлое время суток (утро или день) и благоприятные погодные условия (нет сильного ветра, дождя).
Следующий шаг – это установка ракеты на стартовой платформе. Важно, чтобы ракета была ровно и устойчиво установлена, так как в противном случае может произойти ее опрокидывание.
Когда все этапы были соблюдены, мы приступили к непосредственному запуску.
После поджога фитиля, мы с родителями отбежали на безопасное расстояние.
Когда огонь в фитиле дошел до топлива, появился дым из сопла, и ракета взлетела вверх. Первый экспериментальный запуск ракеты на карамельном топливе прошёл успешно. Запуск ракеты был зафиксирован на видео для дальнейшего анализа запуска и презентации одноклассникам. (приложение 2)
-
Презентация запуска и опрос.
Подготовив видео презентацию и представив её в классе, я провел опрос о заинтересованности моих одноклассников к проведению запуска ракеты, как практической работы в изучении естественных наук.
В опросе участвовало 16 человек. Их заинтересовал мой проект, мы даже начали обсуждение, как можно было улучшить ракету, для увеличения дальности полета. И предложили нашему руководителю провести совместный опыт по проектированию и запуску новой модели ракеты в рамках изучения окружающего мира.
Д
ля наглядности, результаты опроса я собрал в диаграмму.
По анализу опроса я пришел к следующему выводу: большинство моих одноклассников заинтересовала моя презентация запуска ракеты и они хотели бы также запустить ракету самостоятельно. Такой метод изучения науки они тоже считают более интересным и определенно точно, такой метод проявил бы себя более эффективно в заинтересованности школьников к естественным наукам.
Заключение.
В заключение моего проекта, посвященного созданию ракеты на основе карамельного топлива, следует подвести итоги и осветить ключевые аспекты, которые были рассмотрены в ходе работы. Актуальность данного проекта не вызывает сомнений, особенно в свете стремительного развития прогресса в сфере технологий и научных исследований. В условиях современного мира, где наука и технологии играют важнейшую роль в развитии общества, необходимо находить новые подходы к обучению, которые бы вдохновляли молодежь и пробуждали в них интерес к исследовательской деятельности.
Одним из таких подходов стало использование карамельного топлива, которое, несмотря на свою простоту и доступность, обладает уникальными свойствами, позволяющими использовать его в качестве ракетного топлива. С помощью такого проекта мы изучаем сразу две научные дисциплины: химию и физику.
Эти исследования смогут не только обогатить наши знания о химических и физических процессах, но и продемонстрировать, как можно использовать повседневные материалы для создания научных моделей.
Анализ результата запуска стал следующим этапом моего проекта. Я также обдумал возможные улучшения и доработки, которые смогу реализовать в будущих проектах.
Опрос одноклассников после презентации им моего проекта подтвердил мою гипотезу, что если я создам правильное карамельное топливо и моя ракета взлетит, то это не только привлечет внимание школьников, но и может стать для них импульсом развивать в себе исследовательские навыки, критическое мышление и творческий подход к решению задач.
Таким образом, мой проект не только продемонстрировал возможности использования карамельного топлива в ракетомоделировании, но и стал важным шагом в популяризации науки среди молодежи. Я уверен, что подобные практические проекты могут значительно повысить интерес школьников к физике и космонавтике, а также способствовать развитию их исследовательских навыков. В будущем я планирую продолжить работу в этом направлении, расширяя горизонты исследований и вовлекая все большее количество молодежи в мир науки и технологий.
Список источников:
1. Интернет-ресурс https://руни.рф/Карамельное_ракетное_топливо
2. Интернет-ресурс https://hi-news.ru/technology/kak-rabotayut-kosmicheskie-rakety-samoe-prostoe-obyasnenie.html?ysclid=m7m7c1gx4b970569635
3. Интернет-ресурс https://www.techinsider.ru/diy/258002-lin-indastrial-novye-russkie-raketostroiteli/
4. Интернет-ресурс https://ru.ruwiki.ru/wiki/Карамельное_ракетное_топливо
5. Интернет-ресурс https://yandex.ru/video/touch/preview/5522067701620142129
6. Интернет-ресурс https://yandex.ru/video/touch/preview/9472534222456787463
7. Интернет-ресурс https://yandex.ru/video/touch/preview/2645779556151792839
Приложение:
-
С оздание ракеты.
-
Запуск ракеты.