Odrzutowy samochód

Żeby zatankować ten samochodzik wystarczy nadmuchać balonik. Teraz może mknąć niczym rakieta.


Kierunek ruchu samochodu jest przeciwny do kierunku uchodzącego powietrza z balonu. Samochód możemy uważać za rakietę, powietrze za fragment paliwa, które jest usuwane z pewną prędkością. Za każdym razem, gdy zostaje wyrzucona określona masa paliwa, rośnie prędkość rakiety.

Kiedy powietrza w balonie jest już mało, prędkość wylatującego powietrza jest coraz mniejsza i samochód zaczyna zwalniać na skutek sił tarcia, aż w końcu zatrzymuje się. Tak samo się zachowuje samochód, kiedy zabraknie mu paliwa.

Samochód odrzutowy wykorzystuje do ruchu III zasadę dynamiki Newtona - balonik wypycha powietrze a wypychane powietrze "odpycha" balonik, a co za tym idzie, cały samochód.


Samochód ilustruje też II zasadę dynamiki Newtona: zmiana pędu w czasie daje nam siłę napędową samochodziku. Na zmiany pędu nakładają się zmiany prędkości uchodzącego powietrza w stronę przeciwną do kierunku ruchu samochodu oraz zmiana masy pojazdu spowodowana ucieczką powietrza.

Zabawka ta jest także ilustracją zasady zachowania pędu. Gdy układ składa się z dwóch mas (masa samochodu - ms i masa powietrza uciekającego z balonu - mp) to ich sumaryczny pęd powinien być zachowany. Pęd wyrzucanego powietrza vpmp musi być równy co do wartości, ale przeciwnie skierowany w stosunku do pędu odjeżdżającego samochodu vsms:

ps = -pp.

W tym przypadku masę, jaką traci samochód w wyniku wypływu powietrza z balonu, można zaniedbać. Jednak w przypadku rakiety napędzanej płynnym paliwem, tracona masa całej rakiety w wyniku wyrzutu tego paliwa jest znaczna i trzeba ją uwzględnić w obliczeniach. Przykładowo, jeśli startująca rakieta o masie M = 15 ton zużywa paliwo w tempie Q = 150 kg/s, a prędkość wypływu spalin z jej dyszy wynosi v1= 3 km/s, to po upływie t=1 minuty wzniesie się ona na wysokość, która dana jest wzorem:

czyli w naszym przypadku na 64 km. Powyższy wzór wynika z rozwiązania równania różniczkowego, wynikającego z zasady zachowania pędu dla rakiety zmniejszającej swoją masę:

Ale to już trudniejsza historia...