Svemir… Zadnja granica… Naša misija je hrabro ići gdje niti jedna raketa na pogon od sode bikarbone i octa nije išla!

Sadržaj

1. Znanstveni principi lansiranja rakete
2. Kako funkcionira raketa od sode bikarbone i octa?
3. Potrebni materijali za izradu rakete
4. Postupak izrade rakete od octa i sode bikarbone
5. Što ćete naučiti i koje vještine ćete razvijati

“Status Number 1?”
“All systems ready to launch captain”
“Engage!”

Jean-Luc Picard

Kako bolje započeti današnju aktivnost nego uz poznati dijalog kapetana Picarda i njegovog prvog časnika iz serije Zvjezdane staze? Jer danas ćemo vam pokazati kako napraviti svoju raketu pomoću octa i sode bikarbone te je lansirati je u nebesa! Ovo je odličan školski projekt koji će impresionirati sve prisutne i demonstrirati vaše sposobnosti iz inženjerstva i kemije.

Znanstveni principi lansiranja rakete

U dalekoj prošlosti, lansiranje raketne naprave se uglavnom svodilo na slučajnost. Mogla je letjeti, mogla je eksplodirati a mogla je i ne pomaknuti se s početne točke. Daljnji napredak je postignut uglavnom kroz ogroman broj pokušaja i pogrešaka.

To se sve promijenilo kada su ljudi počeli koristiti znanstvena i matematička načela kretanja. Početci primjene znanstvene metode sežu u 17. stoljeće kada su živjeli, danas poznati znanstvenici, Galileo Galilei i Isaac Newton. Galileo je otkrio kako objekt u kretnji ne treba stalnu primjenu sile kako bi se nastavio kretati ako se kreće u prostoru bez trenja i otpora (prostor u vakuumu). Galileo je otkrio i princip inercije koji nalaže da sva tijela pružaju otpor promjenama u kretanju. Što je tijelo veće mase, to stvara više otpora. Isac Newton je proširio Galileova otkrića i stvorio je 3 osnovna zakona kretanja. Ti zakoni danas predstavljaju osnovu u raketnoj znanosti. 

1. Prvi Newtonov zakon: Objekti koji miruju ostaju u stanju mirovanja, a objekti koji se kreću nastavljaju se pravocrtno kretati osim ako na njih ne djeluje neuravnotežena sila.
2. Drugi Newtonov zakon: Sila = masa puta ubrzanje (ili f=ma).
3. Treći Newtonov zakon: Za svaku akciju postoji suprotna reakcija jednakog intenziteta.

Prvi Newtonov zakon nam govori kako je za raketu, koja miruje na lansirnoj rampi, potrebna neuravnotežena sila kako bi ju pokrenula. Sila koja je potrebna da pokrene raketu (silu proizvode motori rakete) mora biti veća od sile gravitacije koja drži raketu na mjestu. I sve dok ta proizvedena sila djeluje na raketu, ona će se nastaviti gibati prema gore. Ako motori prestanu proizvoditi silu, raketa će početi padati vučena gravitacijom planeta Zemlje. Jedan vrlo važan faktor u raketnoj znanosti je atmosferski otpor (ili još zvan trenje) koji se eliminira kada raketa dođe u svemir. Tako da će raketa koja leti brzinom od 11.186 km/s, ili 40 270 km/h, uspjeti napustiti Zemljino gravitacijsko polje bez da se bilo kakva druga sila primijeni. Raketa će usporavati, ali nikada do te razine da je gravitacija povuče prema dolje i da raketa počne padati.

Ako vas zanima više o prvom Newtonovom zakonu, svakako pogledajte članak Što je inercija i kako ju demonstrirati gdje istražujemo koncepte inercije u više detalja.

Sada trebamo preskočiti na treći Newtonov zakon kako bi bolje objasnili što se sljedeće zbiva. Na zakon akcije i reakcije. Kada govorimo o raketi, plinovi, dim i plamen koje proizvedu motori rakete predstavljaju akciju. Samo gibanje rakete prema gore predstavlja reakciju. Iako ti produkti izgaranja iz motora rakete ubrzavaju velikom brzinom, sama raketa ubrzava polako. Kako je to moguće ako znamo da akcija i reakcija moraju biti jednaki?

Razlog leži u tome što je masa produkta izgaranja (već spomenuti plinovi, plamen i dim) mnogo manja od mase rakete te iako je sila jednaka, efekt je različit. To objašnjava prvi Newtonov zakon koji kaže da je potrebna primjena sile da bi se gibanje tijela promijenilo. Što je masa tijela (ili objekta) veća, potrebna je veća sila da bi se to tijelo pokrenulo.

Postoji i formula za izračun drugog Newtonovog zakona: f (sila) = m (masa) x a (ubrzanje). Sila koja se proizvodi u motorima rakete je proporcionalna masi produkata izgaranja raketnog goriva puta ubrzanje raketnog goriva koje izgara. Važno je napomenuti da se zakon odnosi samo na čestice koje izgaraju  ili izlaze iz motora rakete, a ne na gorivo koje je pohranjeno za kasniju upotrebu.

Ukratko, raketna znanost kaže: Što više raketnog goriva (m) izbacite u isto vrijeme, i što je veće ubrzanje (a) tog raketnog goriva, pogonska snaga (f) će biti veća.

Iako je Newtonov zakon prvi korak u izgradnji i lansiranju rakete, postoji puno više faktora koji utječu na to hoće li naša raketa doseći svemir. Jedan od tih faktora je pritisak zraka. Pritisak zraka je važan faktor dok je raketa u Zemljinoj atmosferi. Pritisak koji se proizvodi izgaranjem raketnog goriva mora biti veći od vanjskog pritiska zraka. To znači da dio goriva odlazi samo na to da se stvori dovoljan pritisak koji će kompenzirati pritisak zraka u atmosferi. Kako se raketa penje sve višlje i višlje, pritisak zraka postaje manji te se pogonska snaga rakete povećava.

Još jedan važan faktor je masa. Masa rakete se smanjuje kako gorivo izgara te se ubrzanje rakete povećava.

I zadnji faktor koji ćemo spomenuti, a utječe na let rekete, je izbor raketnog goriva. Nisu sva goriva jednaka, i logično je za pomisliti kako je najbolje ono s najvećom pogonskom snagom. No u stvarnosti, situacija je malo kompliciranija jer svako raketno gorivo ima i neke mane. Na primjer, tekući hidrogen i tekući kisik proizvode najviše pogonske snage, ali ih je potrebno držati na jako niskim temperaturama. Uz to, masa im je jako mala, tako da su raketi potrebni jako veliki spremnici da spreme dovoljno goriva kako bi mogla napustiti Zemljinu atmosferu.

Da sažmemo, možemo reći da je poznavanje Newtonovih zakona dovoljno da se postane mlađi raketni znanstvenik. No potrebno je malo više znanja da bismo napravili svoju prvu uspješnu raketu. Ako vas zanima kako se raketa razvijala kroz povijest, Wikipedija ima detaljan opis razvoja rakete od antičkog doba pa sve do danas.

Kako funkcionira raketa od sode bikarbone i octa?

Kada pomiješamo sodu bikarbonu (NaHCO₃) i octenu kiselinu (HCH₃COO) koja se nalazi u octu, dolazi do razmjene atoma između ta dva kemijska sastava. Točnije, dolazi do razmjene protona koji su subatomske čestice koje čine atom.

Spajanjem sode bikarbone i octa, soda bikarbona uzima proton od octa i pretvara se u vodu i ugljični dioksid.

Ugljični dioksid sada velikom brzinom slobodno počinje ispunjavati prostor i ako je taj prostor mali, stvara se pritisak i dolazi do eksplozije.

U slučaju konstruiranja rakete, cilj nam je stvoriti dovoljan pritisak, ali ostaviti mogućnost oslobađanja tog pritiska na određenom mjestu i u pravo vrijeme, što će rezultirati opiranju gravitaciji, odnosno lansiranjem rakete.

Potrebni materijali za izradu rakete

• Prazna boca
• Soda bikarbona
• Ocat
• Pluteni čep
• Drveni Štapići ili olovke (3 komada)
• Selotejp
• Škare
• BONUS: Lijevak

Postupak izrade rakete od octa i sode bikarbone

Na početku članka se nalazi video s uputama o tome kako napraviti raketu kod kuće. Nastavite čitati ako više preferirate korak po korak tekstualne upute.

1. Pomoću drvenih štapića ili olovaka napravite tronožac od prazne plastične boce. Nožice napravite tako da prelaze ravninu čepa. Za to se možete poslužiti selotejpom koji omotate nekoliko puta oko boce i štapića da budu dobro pričvršćeni. Kada postavimo bocu na nožice, dno boce će gledati prema gore, a čep prema dolje.
2. Provjerite da li plutenim čepom možete dobro začepiti bocu. Ako slabo prianja, možete upotrijebiti izolir traku da podebljate čep ili nožem stanjite ako je čep prevelik.
3. Ukrasite bocu, ovaj… raketu po želji i spremni ste za lansiranje!
4. Mislim da nije potrebno reći da je za lansiranje rakete preporuka otići van 🙂 
5. Ulijte octa (otprilike 1 do 2 dl.)
6. Pomoću lijevka usipajte sodu bikarbonu (otprilike 1 do 2 žlice). Začepite bocu i postavite na nožice.
   1. Ako se pritisak prebrzo stvara, možete sodu bikarbonu zamotati u komadić papira, ubaciti u bocu, začepiti i malo protresti kako biste pokrenuli reakciju.
7. 3, 2, 1, polijetanje!

Što ćete naučiti i koje vještine ćete razvijati

• Inženjerske vještine pri izradi rakete
• Znanja iz aerodinamike
• Razvijanje fine motorike
• Učenje o kemijskim reakcijama
• Newtonove zakone kretanja
• Učenje kako je znanost zabavna!

Ako vam se svidjela ova aktivnost i zanima vas još načina kako napraviti raketu, svakako pogledajte članak Kako napraviti raketu od šibica. A ako vas zanima što još možete napraviti s octom i sodom bikarbonom, pogledajte Kako napraviti vulkan kod kuće.

Pribilježite se na Newsletter

Pogledajte ostale aktivnosti iz kategorija…