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科学 / 物理 / 14

气球火箭 实验室

松开吹鼓的气球,它为什么沿绳子飞出去?打得越鼓飞得越远,还是嘴越小飞得越远?

ENGINE / ROCKET-ENGINE-1F = ṁ·vₑ
吸管 · 气球 · 载荷沿绳冲刺0.49 m
ENGINE ROCKET-ENGINE-1 / F = ṁ·vₑ

探索路线

先猜一猜,再动手。

知道气球放气会朝反方向窜,火箭也是这么飞的。

01

默认 70% 充气、4 mm 嘴、10 g 载荷:只滑 0.49 m。

02

充气拉满、载荷清零:冲刺立刻上 8 m。

03

喷嘴 2 mm 与 8 mm 各跑一次,比较“细水长流”与“大力瞬爆”。

第一步 · 先猜一猜

全鼓、空载,喷嘴从 4 mm 加粗到 8 mm,滑行距离会?

选一个你现在的预测。

第二步 · 观察当前状态

当前读数

充气70%
喷嘴4.0 mm
载荷10 g
距离0.49 m
喷气时长3.45 s

发生了什么?

滑行 0.49 m、最高 0.62 m/s。推力按喷嘴面积增长,但空气是有限的——嘴越粗,冲刺越猛也越短。距离是“推力 × 时间”的乘积,两头都要顾。

记录观察

第三步 · 接受一个挑战

0 / 3
01走廊冠军

滑行 7 m 以上(Hallway champion)。

提示

充气 100%、载荷 0、喷嘴 ≥ 4 mm。

02重载趴窝

载荷压满,让距离跌破 1.5 m(Fizzle)。

提示

60 g 载荷:同样的推力推不动,距离归零。

03细嘴长跑

用 2 mm 细嘴也滑过 1.5 m。

提示

充气 100%、载荷 0:细嘴久喷,2.03 m。

安全与范围网页模拟。真实气球实验注意别对着人脸放气。

你看到的是

气球嘴喷出空气时,空气获得向后的动量,气球就收到大小相等、方向相反的推力(F = ṁ·vₑ)——和真火箭烧燃料完全同一件事,只是工质换成了空气。嘴越小,喷得越久、推得越温柔;嘴越大,推力猛但空气瞬间耗光。距离 = 推力×时间−摩擦,所以“中庸的嘴”常常飞得最远。加上载荷(质量↑)加速度立刻缩水。下次party上先想清楚再松手。

动手试试喷嘴 2 mm → 8 mm:先变远,再变短,找最优点。载荷加到 60 g,看冲刺变爬行。
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