Les Negen: Waterraketten bouwen en lanceren

Bouwen en lanceren van waterraketten De leerlingen in klas 2 bouwen en lanceren waterraketten binnen 2 uur. De raketten worden gemaakt van Coca-Cola flessen en karton. Leerlingen werken in groepjes van 2 of 3. Twee raketten worden tegelijkertijd per beurt gelanceerd, zodat de leerlingen tegen elkaar kunnen strijden.

Inleiding (20 minuten)

• Welkom en Overzicht (5 minuten)
• Korte introductie van het project en zijn doelstellingen.
• Wetenschappelijke principes achter waterraketten: druk, kracht en hoe raketten lanceren. Waterraketten werken volgens dezelfde principes als grotere raketten, maar dan op een veel eenvoudigere en kleinere schaal. De belangrijkste wetenschappelijke principes die hierbij een rol spelen, zijn druk en kracht. **1. Druk:** * **Definitie:** Druk is gedefinieerd als kracht per oppervlakte-eenheid. In het geval van een waterraket wordt de druk opgebouwd door lucht die in de fles wordt gepompt. * **Opbouw van druk:** Wanneer je lucht in de fles pompt met een fietspomp, comprimeer je de luchtmoleculen. Deze moleculen botsen voortdurend tegen de wanden van de fles. Hoe meer lucht je toevoegt, hoe meer moleculen er zijn en hoe vaker ze tegen de wanden botsen, wat resulteert in een hogere druk binnenin de fles. * **Drukverschil:** Een waterraket wordt aangedreven door het drukverschil tussen de binnenkant van de fles en de buitenlucht. De druk binnenin de fles wordt hoger dan de atmosferische druk buiten. **2. Kracht:** * **Definitie:** Kracht is de interactie die, wanneer hij niet wordt tegengewerkt, de beweging van een object verandert. Het is een duw of een trek. * **Reactiekracht (Derde Wet van Newton):** Dit is het cruciale principe achter de lancering van een waterraket. De Derde Wet van Newton stelt dat voor elke actie is er een gelijke en tegengestelde reactie. * **Actie:** Wanneer de dop van de waterraket wordt losgelaten, wordt het onder hoge druk staande water en lucht met grote snelheid naar buiten geperst. Dit is de actie. * **Reactie:** De naar buiten gerichte straal van water en lucht oefent een kracht uit op het water en de lucht die nog in de fles zitten. Tegelijkertijd genereert deze naar buiten gerichte straal ook een kracht in de tegenovergestelde richting: omhoog, op de fles zelf. Dit is de reactiekracht, die de waterraket omhoog stuwt. * **Kracht en Druk:** De kracht die de raket omhoog stuwt, is direct gerelateerd aan de druk binnenin de fles en de oppervlakte waar de druk op werkt (de onderkant van de waterstraal, of de oppervlakte van het water en de lucht die de fles verlaten). Hoe hoger de druk, hoe groter de kracht die wordt gegenereerd. **3. Hoe Raketten Lanceren:** * **Startcondities:** Een waterraket bestaat meestal uit een plastic fles die gedeeltelijk gevuld is met water. Een ventiel en een lanceerplatform zorgen ervoor dat lucht onder druk in de fles kan worden gepompt. * **Druk opbouwen:** Met een fietspomp wordt lucht in de fles gepompt. De lucht comprimeert, en de druk binnenin de fles neemt toe. Hierdoor wordt het water samengedrukt en neemt de druk op de fles en het water toe. * **Lancering:** Wanneer de druk hoog genoeg wordt, breekt de raket door de afdichting van het lanceerplatform. De gecomprimeerde lucht drukt vervolgens met grote kracht tegen het water. * **Voortstuwing:** Dit water wordt onder hoge druk via de opening naar buiten geperst (de actie). Volgens de derde wet van Newton genereert deze naar buiten gerichte straal van water en lucht een tegengestelde kracht omhoog (de reactie), die de raket lanceert. * **Traject:** De raket zal steeds sneller gaan zolang er nog water wordt uitgestoten en de drukkracht groter is dan de zwaartekracht en de luchtweerstand. Naarmate het water opraakt en de luchtdruk afneemt, zal de raket vertragen en uiteindelijk zijn maximale hoogte bereiken, waarna hij weer naar de aarde valt. Kortom, waterraketten maken gebruik van luchtdruk die in een gesloten ruimte wordt opgebouwd. Door deze druk vrij te laten via een opening, wordt water met kracht uitgestoten, wat resulteert in een reactiekracht die de raket omhoog stuwt volgens de wetten van Newton.