omtrek uitlaat raket
danny stelde deze vraag op 19 maart 2011 om 11:17.Voor mijn profielwerkstuk ben ik een raket aan het maken. 1 van mijn deelvragen is:
Hoe groot moet de omtrek van de uitlaat zijn, zodat er zoveel mogelijk chemische energie wordt omgezet in bewegingsenergie?
Ik weet dat hier de wet van behoud van impuls geld! ik heb alleen echt geen idee hoe ik dit zou kunnen berekenen. ik heb gezocht naar formules, maar die kon ik niet vinden (behalve E= 0,5 m * v^2) en (impuls= m * a)
alvast bedankt!
Reacties
danny petiet, 19 mrt 2011
(impuls= m * a)impuls p = m.v kracht F = dp/dt = m.a (en bij raketten is het ingewikkelder: dp/dt = d (mv)/dt = v . dm/dt + m . dv/dt ofwel de som van kracht door snelheid bij afnemende massa (door uitgeworpen brandstof) als kracht door versnelling bij de massa van dat moment).
Bedenk verder dat een heel grote uitlaat de brandstof "makkelijk" laat ontsnappen, bij kleine uitlaat wordt het er meer uitgeperst. Volgens actie=reactie kan een kleinere uitlaat een grotere stuwing geven. Kijk maar wat gebeurt als je een tuinslang neemt waar water uit komt (de verbrandingsgassen) en je probeert je vinger erop te houden. Je voelt dan ook dat de slang meer naar achteren duwt. Brandweerlieden moeten dat ook in rekening nemen als je met hoge druk gaan blussen/spuiten.
Onze zuiderburen spelen ook met (water)raketten: http://www.spacepage.be/
En de Nederlanders hebben ook zo hun raket-fanaten (ik ken er een paar...)
De grote "ontdekker"/ontwerper van raketuitlaten is de Zweedse graaf Carl Gustaf de Laval ( http://nl.wikipedia.org/wiki/Gustaf_de_Laval ) met zijn Lavalstraalpijp (http://nl.wikipedia.org/wiki/Lavalstraalpijp)
Om de uitlaat goed te snappen moet je wat meer van gas- en vloeistofstromen weten en het thermodynamische gedrag bij samenpersen en uitzetten.
In het kort komt het neer dat vaste/vloeibare brandstof wordt verbrand en een heet (=hoge temperatuur = energierijk) gas produceert waarvan de moleculen nogal random bewegen. Een vernauwing aan het uiteinde van die verbrandingsruimte "richt" de bewegingsrichting in 1 richting (naar buiten) en daarna verbreedt de uitgang zich weer (konisch).
De gerichte "naar buiten, naar achteren" beweging van de moleculen geeft een reactiekracht van de raket die naar "naar voren" is gericht. Netto (raket+gas) geen impulsverandering, maar ieder voor zich wel en in tegengestelde richting. De raket "zet zich af" tegen de eigen brandstofgassen en kan dus ook in het luchtledige voortstuwen. Iets wat velen vroeger niet geloofden omdat ze dachten dat de raket zich tegen de lucht zelf afzette. En dat is eenduidig fout gebleken sinds de ruimtevaart satellieten voorbij Pluto heeft gebracht.
Zie lancering Apollo-11 in slow motion http://www.youtube.com/watch?v=3uVYM7KodDQ met commentaar (engels) en je ziet hoe ineens uitgestote materie terug wordt gezogen door een grote jet-straal die daardoor een onderdruk veroorzaakt. De raket wordt met klampen vastgehouden totdat alle raketten gelijkelijk duwkracht (thrust) geven (anders zou hij kantelen) en laten dan gelijk los.
Ook via camera E8: http://www.youtube.com/watch?v=wSv5383Dpvs&feature=related en http://www.youtube.com/watch?v=luZQOqF6oYk&feature=related
Ik zat toen vastgeplakt aan de tv (hoezo naar school?) ... zwart/wit, vaag en pas veel later zag ik DVD dozen met de lancering vanuit allerlei posities in slow motion. Blijft indrukwekkend. Al weer meer dan 40 jaar geleden!
Als je zoekt op "Space Shuttle" en "rocket engine" vind je op YouTube nog veel meer...
