Razzo ad acqua

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Un razzo ad acqua

Un razzo ad acqua è un razzo che sfrutta acqua e aria compressi ad alta pressione per la propulsione. Non vengono assolutamente utilizzate sostanze chimiche o esplosivi.

Indice

1 Teoria
2 Funzionamento
3 Prestazioni
4 Costruzione
5 Possibilità
6 Pratica
7 Sicurezza
8 Record
9 Collegamenti esterni
- 9.1 Video

[modifica] Teoria

Il principio base che permette la propulsione di tutti i razzi è quello per cui dentro una camera di combustione, il propellente reagisce creando dei gas di reazione, questi (compressi) fuoriescono a grande velocità. Il prodotto della velocità di uscita per la massa dei gas deve stare in rapporto costante con il prodotto della massa del razzo per la sua velocità (quantità di moto), quindi siccome il razzo non può aumentare di peso diciamo, reagisce alla fuoriuscita di gas aumentando la sua velocità.

I prodotti delle masse per le velocità devono rimanere in rapporto costante.

m 1 v 1 = m 2 v 2

m₁ e v₁ sono massa e velocità fuoriuscita del propellente, mentre m₂ e v₂ sono la massa a pieno carico del razzo e rispettiva velocità di partenza.

Il sistema può essere studiato anche considerando che un gas di massa m che viaggia ad una velocità v esercita una certa forza che andrà ad agire sul razzo.

F = m a

Pertanto si può dare propulsione ad un corpo, quale ad esempio un razzo, facendo uscire da quest'ultimo un corpo ad alta velocità. Nei razzi ad acqua questa cosa si ottiene molto facilmente facendo fuoriuscire dal razzo dell'aria compressa, la quale però è di massa troppo piccola per spostare la massa del razzo, quindi nel serbatoio viene inserita dell'acqua: questa essendo più pesante dell'aria viene espulsa dal razzo sotto azione dell'acqua compressa, creando una consistente variazione della quantità di moto e dando velocità al corpo del razzo.

[modifica] Funzionamento

Il razzo contiene un serbatoio dove è possibile inserire sia acqua che aria. Aumentando la pressione interna tramite un valvola di non ritorno, si ha la condizione dove l'aria compressa preme sull'acqua incomprimibile, la quale a sua volta preme sull'ugello del razzo. Il razzo deve necessariamente stare in posizione perpendicolare al terreno affinché, non appena si permette all'aria compressa di uscire, (apertura dell ugello) l'acqua viene espulsa a grande velocità dal razzo.

[modifica] Prestazioni

Le prestazioni di questi mezzi possono essere sorprendenti: una banalissima bottiglia di plastica convertita a razzo, con dentro 470 ml di acqua ed aria ad una pressione di 8-9 atmosfere può spingere il razzo sino a 150 metri d'altezza, con una velocità di partenza di ben 130 Km/h.

[modifica] Costruzione

La costruzione di un razzo ad acqua parte da materiali molto comuni e spesso riciclati come bottiglie di plastica, CD-ROM, cartone, plastica, nastri isolanti ecc. Spesso si utilizza colla bicomponente per ottenere giunture a tenuta stagna. Le rampe di lancio sono solitamente costruite con tubi di plastica o di metallo e assi di legno sagomate; il metodo di sgancio più comune chiamato Garden System consiste nell'incollare al fondo del razzo una presa per la canna del giardino, al momento del lancio, tramite un filo o una corda, si sgancia la presa liberando la pressione.

[modifica] Possibilità

Come i razzi amatoriali a reazione questi razzi hanno vasti orizzonti:

modelli multistadio: tramite speciali meccanismi a pressione, si possono unire più razzi in serie affinché un booster principale porti in altezza il razzo, il quale a sua volta partirà per raggiungere un altezza maggiore non appena il booster avrà finito la sua spinta;
modelli multiugello: qui invece abbiamo più razzi paralleli tra di loro uniti in un unico corpo. Gli ugelli dei vari razzi vengono liberati contemporaneamente tramite opportuni meccanismi;
modelli con paracadute o aliante: il razzo una volta raggiunto l'apogeo libera un paracadute il quale la maggior parte delle volte viene posizionato nell'ogiva del razzo;
modelli dotati di web cam: questi razzi nell'ogiva hanno delle Web Cam, le quali riprendono tutti i secondi di volo, ottenendo fra l'altro immagini aeree che possono risultare molto belle;
modelli ad alimentazione ibrida: in teoria i razzi ad acqua dovrebbero essere alimentati solo da aria compressa, ma sfruttando alcune reazioni chimiche o fisiche si può aumentare la pressione interna del serbatoio tramite idrogeno o anidride carbonica.

[modifica] Pratica

Generalmente un razzo ad acqua consiste sempre nel caricamento di un serbatoio con 1/3 di acqua e 2/3 di aria compressa ad una ben precisa presione, al di sotto del valore massimo usato nel collaudo ed entro i limiti strutturali della serbatoio. Per il lancio è necessario costruire un sistema di caricameto aria e sgancio, che puo' essere di vari tipi, a seconda dell'ingegno e fantasia del creatore.

Resta il fatto comunque che questi sono dei mezzi volanti e che pertanto rispettano i principi dell'aerodinamica di tutti i razzi. Infatti sono dotati di ogiva, transizione e pinne, viene studiato il Centro di Pressione Aeredinamico e il baricentro.

[modifica] Sicurezza

Le precauzioni per il lancio di questi oggetti sono le stesse dei razzi a propellente ordinario, salvo il fatto che essendo più leggeri (80-180grammi) sono meno dannosi in caso di impatto con oggetti, ma similmente pericolosi in caso di impatto con persone. Bisogna ricordare che in fase di partenza anche i razzi più semplici possono raggiungere i 120Km/h, con una massa di almeno 100g. In fase di caduta la velocita' e' minore, ma comunque sufficiente a causare danni o traumi. Pratica comune vuole che questo genere di razzi devono essere costruiti con materiali di recupero plastico o quanto meno utilizzando materie plastiche (PET,PVC,policarbonato), in quanto leggere, modellabili, economiche e sicure. L'uso di metalli seppur leggeri è vivamente sconsigliato.

Sono particolarmente pericolosi questi Razzi per quel che riguarda il rischio ESPLOSIONI: può capitare che i serbatoi plastici di questi razzi vengano caricati al di sopra del loro limite strutturale, cedendo e provocando pericolose esplosioni. Queste esplosioni sono senza fiamma, ma comunque violente. E' necessario utilizzare solo bottiglie di bibite gassate e che abbiano il simbolo PET dentro un esagono(PET puro) e no dentro un tondo (PET reciclato). L'uso di parti metalliche aggrava la pericolosita' in caso di esplosione. Gli effetti di una esplosione di un razzo caricato anche a sole 8atm a pochi metri possono essere particolamente gravi.

Oltre possibili danni ad Oggetti e Cose, ci possono essere reali danni fisiologici:

trauma acustico: momentanea perdita o calo dell'udito e sfondamento del timpano. In questi casi è sempre bene rivolgersi ad un otorino, per visite approfondite.
trauma meccanico: sabbia, piccoli oggenti o schegge scagliate dall'esplosione dell'aria compressa possono provocare ferite o danni permanenti agli occhi.

La tenuta del serbatoio puo' essere efficacemente collaudata riempendolo completamente con acqua e incrementando lentamente la pressione. L'acqua, come tutti i liquidi, e' praticamente incomprimibile, quindi il cedimento del serbatoio non avviene in modo esplosivo, anche se e' opportuno usare le stesse precauzioni che si devono tenere per il serbatoio caricato con aria compressa (distanza e protezione personale).

E' vivamente consigliato l'uso di casco, occhiali da laboratorio e di tappi per le orecchie.

[modifica] Record

Usando materiali speciali quali policarbonato, fibra di carbonio e resine sono stati eseguiti lanci di ben 555 metri di altezza con ben 80 atm di pressione del serbatoio.