« 折り紙飛行機大会で悩む | トップページ | レッツノートと再会して悩む »

2018年4月 1日 (日)

クエン酸ロケットで悩む

クエン酸健康法なんてのをちょっとやってみていたんですが、
・クエン酸溶液はとても酸っぱい。
・酸っぱいのは歯に悪いかもしれない。
・重曹をぶち込むとシュワ―っとして炭酸みたいになる。
・しかしおいしくない(クエン酸ナトリウムの味)。
・しかもナトリウムの取り過ぎは血圧が高くなるという(そう言えば塩分控えろと言われている)。
・クエン酸をやめてみると、便秘がよくなったような気がする。

というわけで、やめて様子を見ている。

しかし、食卓に置いてあるクエン酸を見ていて何かこれで遊べないかと思った。

クエン酸と重曹を混ぜて水を注ぐと炭酸が発生する。これでPETボトルロケットを作れないだろうか。

結論を急ぐと、1.5リットルのPETボトルでロケットを作ることができた。

Pet_roket_cap 突然ですが、これがクエン酸PETボトルロケットの核心的部品で、6号ゴム栓に竹箸を突きとおしたものに接着剤で封印して空気漏れが無いようにし、箸の先に針金を巻き付けたものだ。

竹箸をゴム栓に力ずくで突き通しても通るわけがなくて、3mmのドリルで道穴をあけている。

このゴム栓をPETボトルにねじ込むだけではもちろんダメで、PETボトルにはまずクエン酸と水をぶち込んで水溶液にしておき、「糸付き茶葉パック」に重曹を入れてその糸をゴム栓の針金に引っ掛けておく。

ちなみにクエン酸は15g、重曹も目分量で同じくらいだが、重曹は粒度が細かいのでついつい多めになってしまう。まぁその辺はアバウトでいいのだ。

順序がどうも逆っていうか、最初にPETボトルロケットの全容を見せてから細部に話を進めていけばいいものを突然にゴム栓から始めちゃったからなぁ。

順序がめちゃくちゃついでに、ロケットに羽を付けるところを説明しよう。

羽はクリアケースを切って透明テープで貼り付けた。まぁこんなのはどうにでもなる。

で、このロケットは公園で飛ばすつもりなので、万一人に当たったりしたときに怪我でもさせたら大変だ。なので、先端にはスポンジのクッションを付ける。これは100均で買ってきたスポンジを二つに切って貼り合わせてブロックにし、カッターで形を整えて作る。そのままでは空気抵抗が大きそうな気がするので、透明テープでなんとなくスポンジ全体をくるむ。

Pet_roket これがロケットの全容(下向き)。これを投稿の最初に持ってくる勇気が私にはなかった。

箸に何やら怪しいものが絡んでいるが、これはイチゴパックのケースで噴き出す水が飛び散らないようにという配慮からつけている。

羽の様子が何ともわかりにくいが、これは色彩的な考慮を怠ったためのデザイン上の不備で、実はそんな事全然気にしていない。

で、よく見るとPETボトルの中に茶葉パックがぶら下がっているのが見えるのではないだろうか。見えるはずだよ、入れてるんだから。見えにくいのはまことに申し訳ないが。

重曹15gというと、これはNaHCO3なので分子量84だから0.178モルで、クエン酸で分解されると0.178モルのCO2が発生する。

0.178モルの気体はおよそ4リットルになるから、重曹が全部分解されるとPETボトルの中の圧力は約3気圧くらいになる。これは自転車のタイヤとしても多いくらいの圧力だ。

その圧力にゴム栓のねじ込みのきつさが耐えられなくなった時にロケットは発射される。これがなかなか予見できない。

Pet_co2
これまたわかりにくい写真なのだが、これは発射に備えてロケットを上向きにしたいる状態で、下の方の液体では炭酸が出て泡がたくさん出ている。

で、上の方には重曹を入れた「茶葉パック」(糸でゴム栓とつながっているのだが、糸が長くて浮き上がってしまっている)が見える。

「茶葉パック」は発生した炭酸ガスで膨らんでしまっている。

下の方には噴出水除けのイチゴパックが見える。全部透明プラスチックだから、わかりにくいよね。

で、この状態で2~3分すると「ポンッ!」とか言って飛び出すわけだが、その時までボトルを振ったりして主にゴム栓のあたりばっかり見ているので、4回飛ばしたロケットの飛んでいく雄姿をついに見ることができなかった。

公園では近くにベンチで老夫婦がPETボトルのお茶を飲みながら花見をしていたのだが、「よく飛びましたねぇ。見えなくなっちゃった。」とか言っているんだけれども、どれくらい上がったんだかさっぱりわからない。

他にも散歩中のおじさんが興味深そうに見ていたが特に話しかけてくることもなく、子供連れのお母さんも「ああいう人と話をしてはいけません。」とでも言ってるんだろうか、まったく絡んでくることはなかった。

でもまたやるもんね。

4月3日追記:

圧力ゲージを付けてみた。

Pressuregage とは言っても、ビニルチューブの片方を接着剤で閉じただけのものだ。

ロケットを立てた状態ではチューブの上の方が閉じている形になる。ボトルの中の圧力が高くなると、チューブの中の空気柱が短くなってその圧力を推測できるようになる。

ただ、ちょっとチューブが細すぎたかな?とも思う。大気圧中でチューブの中に水が入るとちょっとめんどくさいことになるので、もう少し太いチューブも用意している。








Spoon25 4月8日追記:

クエン酸と重曹を入れるのにはこういうスプーンを使っている。100均で買った計量スプーンなのだが、小さなネオジム磁石を貼り付けてあるので、この態勢から裏返して磁石でフタに吸着させている。

容量を計算してみると、このフライパンの直径が22mm、深さが5mmで約1.9mlになる。このスプーンに擦り切り一杯のクエン酸をいれて測ると4g、重曹を入れると5gになる。

両者の重量比は3:4なので、4:5になるのは残念なのだが、まぁだいたいすうーんで同量と思っていればそんなに間違いでもない。

で、今日も公園で圧力ゲージの調子を見てみようとロケット持参で行ってみたのだが、なんだかゴム栓の詰め方がきつすぎたようで、スプーン5杯のクエン酸と重曹を入れて10分経っても飛んでくれない。

これは重曹を茶葉パックに入れるときにティッシュで包んでいたので(茶葉パックは目が粗いので重曹が机の上にこぼれる)、1発目は諦めて手でゴム栓を抜いた。

で2発目としてやはりスプーン5杯を入れて待つのだがやはり10分経っても飛ばない。ギャラリーがいたりして仕方がないので、手で持ってゆすっていると何とか飛んでくれたのだが、噴出中和クエン酸溶液で水浸しになってしまった。しかも、竹箸が折れてしまったし。

Presgage さて圧力ゲージだが、現場では炭酸の泡がいっぱいで全然見えなかった。噴出する水の勢いでゲージが吐き出されるのではないかと思ったが、それは大丈夫だった。でも見えないとしようがないね。


ペットボトルロケットのことを調べてみると、「内圧は5気圧まで」なんて書いてあるページを見つけた。今のところ3気圧程度でやっているのだが、次回はもっと気圧を高くしてやろう。6杯いれてやろうかな。



4月15日追記:

フタの詰め込み具合も いい感じにできるようになってきて、水の量も1/4弱くらいがいいのかな、という感じをつかんできた。

で、やっと動画を撮れたので公開。セットして10秒ほどで発射できている。 

4月17日追記:

ゴム栓を引き抜くのにどれくらいの力が必要なのか調べてみた。ゴム栓をきつく締めて引き抜くのに要する力を測定する。ちょうどいいものがあった。ギタースタンドだ。

Measuretorelance体重計の上に乗せたギタースタンドのギターのネックを支える部分にPETボトルを逆さにセットし、下向きの力でゴム栓を抜くときにかかる力を測定する。

何度も測定した結果、ゴム栓が乾いているときには4.0kg~4.6kgの力をかければゴム栓が抜けることが分かった。

ゴム栓を濡らすと摩擦が減って、より小さな力で抜けることになる。測定すると2.0kgくらいだった。

PETボトルの噴出孔の内径は21mmだ。断面積として約3.5平方cm。ゴム栓を抜くのに4.6kgの力が必要だとすると、それに必要な圧力は1.3気圧だ。なんだそんなにちょっとなのか?

ゴム栓が濡れている時には2kgでいいので、それに必要な圧力は0.57気圧だ。

案外に低い圧力でなんだかがっかりだが、またなにか手を考えよう。

ちなみに、PETボトルがどこまでの圧力に耐えられるのア、ということを試験した記録を見つけた。それによると(500mlボトルだが)、20気圧前後まで耐えることができるらしい。

|

« 折り紙飛行機大会で悩む | トップページ | レッツノートと再会して悩む »

モノ作り」カテゴリの記事

コメント

クエン酸ロケットのアイデア、面白い、真似をさせて貰います。

実は、アルコールを熱して気化させ火をつけその燃焼ガスで飛ばすロケットってのを作ったのですが、アルコールの急激な燃焼はとても危なく炎が回りに飛び散ったりするので、子供向け理科実験では使えず、お蔵入りになってたんです。クエン酸ロケットならそんな危険はないし、化学式の勉強になるし丁度良いですね

投稿: ををつか | 2018年4月 2日 (月) 08時52分

アルコールは怖いですね。炎が無色ですもんね。

クエン酸ロケットを子供たちと学習するなら、是非ともリトマス試験紙で反応後のクエン酸ナトリウム溶液のphを測っていただきたい。さらに、小さな風船をボトルの中に入れておくと、圧力が上がるにしたがって小さくしぼむのが観察できるはず。

投稿: PicksClicks | 2018年4月 3日 (火) 00時11分

コメントを書く



(ウェブ上には掲載しません)




« 折り紙飛行機大会で悩む | トップページ | レッツノートと再会して悩む »