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WISSENSCHAFTLICHES LABOR FÜR KINDER
Raketenwerfer. Wissenschaftliches Kinderlabor
Verzeichnis / Wissenschaftliches Kinderlabor Die Bedienfeldtaste verschwindet unter dem Finger des Bedieners. Scheinwerfer blinken und erhellen den Startbereich. Das Startsignal blinkt nervös. Die Einstiegsrampe rollt zurück. Ein lauter Knall ist zu hören... und die Rakete stürzt, entlang der Führungen gleitend, in einen weiteren Flug. ...Wenn Sie mehrere Gramm Wasser in einem Stück Metallrohr kochen, in dem ein Loch verschlossen und das andere mit einem Stopfen verschlossen ist, dann schlägt der im Inneren des Rohrs erzeugte Dampfdruck den Stopfen heraus. Dampf und restliches Wasser strömen durch das geöffnete Loch heraus und bilden eine Reaktionskraft, die das Rohr in die entgegengesetzte Richtung zum Ausstoßen des Stopfens drückt (Abb. 1). Dieses physikalische Phänomen war die Grundlage für ein Modell eines Raketenwerfers, das von den Leuten der republikanischen Station für junge Techniker in Baschkirien gebaut wurde. Ähnliche Modelle gibt es mittlerweile in Ufa-Schulen, wo sie als Anschauungshilfen im Physikunterricht zum Thema „Energieumwandlung“ und im Astronomieunterricht eingesetzt werden.
Der Raketenkörper (Abb. 2) wurde auf einer Drehbank aus einer Aluminiumstange mit einem Durchmesser von etwa 30 mm gedreht. Darin wurde zunächst ein Loch mit einem Durchmesser von 18 mm gebohrt und die Wände des Innenkanals so aufgebohrt, dass das Austrittsloch – die Düse – eine Verjüngung aufwies. Die Außenseite des Raketenkörpers wurde mit feinem Schleifpapier gereinigt und mit Paste poliert.
Drei Stabilisatoren werden aus 2 mm dickem Aluminiumblech geschnitten und mit Lot, das 0 % Zinn und 70 % Zink enthält, an den Raketenkörper gelötet. Der Stopfen, der die Raketendüse abdichtet, besteht aus Gummi. Seine Konfiguration und Abmessungen sind in Abbildung 3 dargestellt. Ein Bolzen 1, der in einem Vinylchloridrohr 2 eingeschlossen ist, wird durch den Stopfen 3 geführt. Am Ende des Bolzens, das zum Inneren der Rakete zeigt, ist eine elektrische Sicherung angebracht. Dies ist ein Kessel, der aus zwei Metallscheiben besteht - Elektroden 4, die durch eine Ringdichtung 5 aus einem wasserundurchlässigen Material - Plexiglas oder Ebonit, Textolit - voneinander isoliert sind. Die obere (wie im Bild gezeigte) Elektrode hat Kontakt mit einem Bolzen, der der Stromleiter des Elektrokessels ist. Die untere Elektrode ist mit einem Vinylchloridrohr vom Bolzen isoliert. Daran ist Draht 6 angelötet, der durch einen Stecker in der Nähe des Bolzens geführt wird. Dies ist der zweite Dirigent. Zwischen den Elektroden fließt Strom durch das in die Rakete eingefüllte Wasser und erhitzt es bis zum Siedepunkt.
Der Stecker ist auf einer runden, aus Blech ausgeschnittenen Abschussrampe montiert, deren Radius etwas größer ist als der Abstand von der Raketenachse zu den Außenkanten des Stabilisators. Die Plattform ist an Traggerüste aus Zinn gelötet. 10-15 mm hohe Zinnbarrieren und Führungen, die die Flugrichtung der Rakete bestimmen, werden von oben entlang des Umfangs der Startrampe angelötet. Die Träger der Startrampe sind auf einem Holzsockel montiert. Außerdem gibt es Scheinwerfer, die die Startrampe beleuchten, eine Lichtanzeige für das Startsignal und eine Nachbildung der Einstiegsrampe auf Rädern. Bei dem beschriebenen Modell sind die Führungen klappbar. Dadurch ist es möglich, den Startwinkel und damit die Flugbahn, Höhe und Flugreichweite der Rakete zu verändern. Die Flughöhe und -reichweite der Rakete kann zusätzlich angepasst werden, indem die Länge des oberen Teils des Stopfens, der in die Raketendüse eintritt, verändert wird, was durch das Anbringen von unterschiedlich dicken Kunststoffscheiben am Stopfen erreicht wird. Je kleiner der Stopfen in die Düse passt, desto geringer ist der Dampfdruck, mit dem die Rakete abfliegt, desto kleiner werden ihre Höhe und ihre Flugbahn. Durch die empirische Auswahl der Dicke dieser Dichtung können die Starthöhe und die Flugreichweite der Rakete leicht durch die Größe des Raums begrenzt werden. Eine Rakete zu fangen ist schwierig. Und das sollten Sie auch nicht tun, da es beim Starten sehr heiß wird. Wenn das Modell in Innenräumen ausgestellt wird, muss daher an der Stelle, an der die Rakete einschlägt, ein Stück Leinwand gespannt werden, auf die sie fallen wird. Das Bedienfeld ist ein länglicher Kasten. Die Box enthält einen Abwärtstransformator, ein Relais, dank dem die Startsignalanzeige blinkt, und eine Glühbirne zur Beleuchtung der einfachen Automatisierung des Bedienfelds. Das Bedienfelddiagramm ist in Abbildung 4 dargestellt.
Wenn Sie den an der oberen Wand der Box angebrachten Kippschalter drücken, wird das Bedienfeld aktiviert wird an Wechselstrom angeschlossen. Die Raketensicherung und die Primärwicklung des Transformators Tr werden gleichzeitig mit Spannung versorgt. Sofort leuchten die Scheinwerfer auf, die Glühbirne L1 beleuchtet das Bedienfeld, die Glühbirne L2 beginnt zu blinken und beleuchtet die Aufschrift „Start“ auf dem Startsignalglas. Die Primärwicklung des Transformators muss für eine Netzspannung von 127–220 V ausgelegt sein, die Sekundärwicklung für die Spannung von Glühbirnen, die für Scheinwerfer, Automatisierungsbeleuchtung und Startsignal verwendet werden (3,5–12 V). Das Blinken der Startsignalleuchte erfolgt über ein String-Thermorelais. Der Strom von der Sekundärwicklung des Transformators fließt durch geschlossene Kontakte 2, einen dünnen Nickeldraht 3 und eine Glühbirne L2. Das „Start“-Schild leuchtet zu diesem Zeitpunkt. Der durch diesen Stromkreis fließende Strom erwärmt den Nickeldraht 3 und verlängert ihn. Zu diesem Zeitpunkt zieht Feder 5 den Draht durch Ring 4 nach unten und unterbricht Kontaktpaar 2. Der Stromkreis öffnet sich, die Startsignalleuchte erlischt. Nun zieht sich der abgekühlte Draht zusammen und der untere Kontakt kehrt in seine ursprüngliche Position zurück. Der Zyklus wiederholt sich. Die Blinkfrequenz des „Start“-Zeichens hängt vom Glühstrom der L2-Glühbirne, der Spannung des Nickeldrahtes und seinem Widerstand ab. Der parallel zum Kontaktpaar 2 geschaltete Kondensator C löscht den Funken und schützt so die Kontakte vor dem Durchbrennen. Die Kapazität dieses Kondensators beträgt 0,1–0,5 µF. Die äußere Gestaltung und die dekorativen Elemente des Modells können beliebig sein – alles hängt von der Vorstellungskraft und dem Können der jungen Designer ab. Wichtig ist nur, dass alle Details sorgfältig und elegant ausgeführt sind und einwandfrei funktionieren. Dann wird das Modell immer weiterhin Erfolg haben.
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