Lihová raketa

Pokus číslo: 2104

  • Cíl pokusu

    Cílem tohoto pokusu je ilustrovat, jak funguje reaktivní raketový pohon.

  • Teorie

    Palivem naší rakety jsou páry ethanolu. Do PET lahve nalijeme malé množství ethanolu a necháme jej vypařit. Následně lahev zavěsíme na natažený provázek a přiložíme hořící zápalku k otvoru ve víčku. Zapálíme tak směs lihových par a vzduchu uvnitř lahve. Hořící páry se zahřívají, rozpínají a rychle unikají otvorem ve víčku ven z lahve, raketa se pohybuje opačným směrem. Nabízejí se dva způsoby, jak tento jev vysvětlit:

    Zákon akce a reakce

    Pohon rakety lze vysvětlit pomocí zákona akce a reakce. Rozpínající se plyn působí silou na stěny lahve, což způsobuje pohyb rakety (akce). Zároveň lahev působí v opačném směru stejně velkou silou na molekuly plynu, které vylétávají otvorem ve víčku ven z lahve (reakce).

    Zákon zachování hybnosti

    Podle zákona zachování hybnosti se hybnost izolované soustavy dvou těles zachovává. V našem pokusu tvoří izolovanou soustavu raketa a palivo (líh). Zpočátku byla hybnost této soustavy nulová. Po zapálení začnou lihové páry unikat otvorem ve víčku, mají tedy určitou hybnost daným směrem – raketa tedy musí získat stejně velkou hybnost mířící opačným směrem. Výsledná hybnost soustavy je tedy stále nulová.

  • Pomůcky

    Na výrobu rakety:

    • PET lahev o objemu 1,5 l s víčkem
    • vrták o průměru 8 mm (toto je pouze doporučený průměr, s nímž nám raketa létala nejlépe, při výrobě rakety můžete vyzkoušet i vrták s jiným průměrem)
    • izolepa
    • 2 sponky na papír, které přilepíme k lahvi coby háčky pro zavěšení rakety na provázek

    K provedení experimentu:

    • raketa
    • provázek
    • technický líh
    • zápalky

    Obr. 1: Pomůcky
  • Postup

    1. Přivážeme provázek k předmětu u stěny místnosti (např. ke klice u okna, k tabuli) a natáhneme ho přes celou místnost.

    2. Do rakety nalijeme líh (přibližně půl víčka od PET lahve) a necháme ho vypařit (stačí 2-3 minuty). Je vhodné během vypařování otáčet lahev podélně, aby se líh mohl vypařit z většího povrchu.

    3. Vylijeme z rakety zbytek lihu a zašroubujeme ji víčkem, v němž je vyvrtaný otvor.

    4. Zavěsíme raketu za háčky na provázek. Dno lahve míří směrem, kam raketa poletí.

    5. Zapálíme sirku a zespoda ji přibližujeme k víčku PET lahve. Raketa během několika sekund vylétne.

    Pozor: Při zapalování lihových výparů musíme být opatrní. Sirku je potřeba držet u lahve zespoda, aby nás horké páry proudící z rakety nezranily.

    Obr. 2: Zažehnutí lihových par
  • Vzorový výsledek

    Na videu můžete vidět provedení pokusu i postup výroby rakety. Následuje teoretické vysvětlení v angličtině. Toto video pochází z kanálu Drew the Science Dude na webu YouTube.

    Působivé jsou pak zpomalené záběry zážehu rakety, které pořídil rychloběžnou kamerou RNDr. Jan Koupil, Ph.D. v rámci své disertační práce; snímkování kamery je 1200 snímků za sekundu:

  • Technické poznámky

    • Raketa by neměla mířit proti oknu, počítači či jiným předmětům, které by mohla rozbít.

    • K vypaření dostatečného množství lihu v lahvi je potřeba, aby byla teplota okolního vzduchu alespoň 20 °C. Venku se za chladného počasí může stát, že se nevypaří dostatečné množství lihu a raketa nepoletí.

    • Tento pokus nelze provést dvakrát bezprostředně po sobě se stejnou lahví – nejdříve z lahve musíme vyvětrat splodiny po předcházejícím zážehu.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: proveditelné s jednoduchými pomůckami
Čas přípravy pokusu: 3–10 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Multimediální encyklopedie fyziky