בניסוי הנוכחי נבנה דגם זעיר של מנוע רקטי תוך שימוש בגז ממצית כדלק. הניסוי מחייב השגחה של מבוגר!
ציוד
- כוס חד-פעמית מנייר
- נייר דבק רחב
- מצית גז ארוך צוואר
- מספריים קטנים או סכין יפנית
מהלך הניסוי
את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון הבא:
הערה: אסור בשום פנים לכוון את הכוס לעבר אנשים או בעלי חיים!
הסבר
אייזק ניוטון (1727-1643) היה מתמטיקאי ומדען שנחשב עד היום לגדול הפיסיקאים בכל הזמנים. בין תגליותיו הרבות ניסח המדען הנודע את הטענה הבאה, הידועה בשם "החוק השלישי של ניוטון":
"בטבע, לכל פעולה יש תמיד תגובה נגדית שווה לה בעוצמתה והפוכה בכיוונה". ניוטון התכוון בניסוח הזה לכוחות, אך בדרך אגב נוכל לספר לכם שבהמשך התגלה שהחוק של ניוטון כללי יותר ותקף גם בהקשרים אחרים בפיסיקה והרבה יותר רחבים מעבר לכוחות – אבל לא כאן המקום לפרט.
אפשר לחוש בקלות בחוק השלישי של ניוטון אם מניחים יד על הקיר ודוחפים אותו בכוח הולך וגובר. מיד נרגיש שככל שאנו דוחפים את הקיר יותר חזק כך גם אנחנו נדחפים חזק יותר לכיוון הנגדי, כלומר הקיר "דוחף" אותנו כאילו היה אדם שמפעיל עלינו כוח. למעשה, אם הרצפה חלקה מספיק, יכול מאוד להיות שנחליק אחורה כתוצאה מהדחיפה שדחפנו בעצמנו – לכיוון ההפוך מהקיר.
החוק השלישי של ניוטון הוא העיקרון שמאפשר לטילים ולמטוסי סלון לנוע – וכך גם למנוע הרקטי הקטן שבניסוי שלנו. אנו ממלאים את הכוס החד-פעמית בגז דליק שנקרא בוטאן, והוא מתערבב עם האוויר שנמצא בכוס. ברגע שאנו לוחצים על כפתור ההדלקה של המצית, הגז נדלק במהירות. מבחינה כימית נאמר שהוא מגיב עם גז החמצן שבאוויר ויוצר גז פחמן דו-חמצני ואדי מים, תוך פליטת אנרגיה רבה שמחממת את כל תוכן הכוס. הטמפרטורה של להבה של גז בוטאן יכולה להגיע עד מעל ל-1,900 מעלות צלזיוס.
כתוצאה מהטמפרטורה הגבוהה שנוצרת לרגע בכוס, הלחץ בתוכה גדל מאוד והגזים נפלטים בעוצמה דרך הפתח הצר שהשארנו. הגזים שנפלטים מכיוון אחד של הכוס מפעילים עליה כוח דחף זהה קדימה, וככה גורמים לה לזוז. ככל שיידחפו מהכוס יותר גזים ובכוח רב יותר כך היא תידחף יותר חזק קדימה, ולהיפך.
הנעה בשיטה הזאת יכולה להביא גופים למרחקים אדירים – מטוסי סילון נעים כך למרחקים של אלפי קילומטרים וטילים נעים במהירות אדירה בין יבשות ואפילו בין כוכבים – והכל בזכות העיקרון של החוק השלישי של ניוטון.
שימו לב שתהליך בעירה יעיל דורש תערובת המכילה גז דליק ביחד עם חמצן. אם תמלאו את הכוס ביותר מדי גז, הבוטאן ידחק את החמצן החוצה ולכן תהליך הבעירה יהיה אטי מדי (בהיעדר די חמצן) והכוס לא תעוף.
מעניין לציין
הכוח שמניע מכוניות נוצר על ידי מה שנקרא "מנוע בעירה פנימית" – מנוע שבו הכוח נוצר על ידי שריפה של תערובת דלק עם אוויר והבערתה על ידי הניצוץ החשמלי של מצתי הרכב. הלחצים שנוצרים בעת השריפה דוחפים בוכנות שמניעות את המנוע, ואיתו את והמכונית.
אנו ממליצים לכם לנסות ניסוי נוסף, שבו בונים מנוע המבוסס על החוק השלישי של ניוטון – מטוס סילון מבלון, וגם את הניסוי איך לנפח בלון בתוך בקבוק שבו מנפחים בלון בתוך בקבוק באמצעות שינויים בלחץ גז בעקבות שינויים בטמפרטורה.
