Les roquettes illustrent la troisième loi du mouvement de Newton: « Pour chaque force d'action, il y aura toujours une force de réaction qui est égale en amplitude mais opposée en direction. La première fusée était peut-être un pigeon ramier à vapeur, inventé par Archytas de Tarente, au IVe siècle av. La vapeur a ensuite ouvert la voie aux tubes à poudre des Chinois, puis aux fusées à carburant liquide conçues par Konstanin Tsiolkovsky et mises en œuvre par Robert Goddard. Cet article décrit cinq façons de construire votre propre fusée, du plus simple au plus complexe; avec une section supplémentaire à la fin de l'article, qui explique certains des principes qui fonctionnent lors de la construction de fusées.
Étape
Méthode 1 sur 5: Fusée à ballon
Étape 1. Attachez une extrémité de la ficelle ou de la ligne de pêche au support
Vous pouvez utiliser le dossier d'une chaise ou une poignée de porte comme support.
Étape 2. Tracez la ligne à travers la paille
Le fil et la paille serviront de système de guidage pour contrôler la trajectoire du ballon-fusée.
Les modèles de fusée utilisent généralement des pailles de longueur similaire qui sont fixées au corps de la fusée. Ces pailles sont enfilées à travers des poteaux métalliques sur la rampe de lancement pour soutenir la fusée avant le lancement
Étape 3. Attachez l'autre extrémité à un autre support
Assurez-vous que le fil/la ficelle est bien serré avant de l'attacher.
Étape 4. Gonflez le ballon
Pincez l'extrémité du ballon pour empêcher l'air de s'échapper. Vous pouvez utiliser vos doigts, des trombones ou des épingles à linge.
Étape 5. Collez le ballon sur la paille avec du ruban adhésif
Étape 6. Retirez l'air du ballon
Votre fusée volera le long de la ligne, d'un bout à l'autre.
- Vous pouvez essayer de fabriquer des ballons fusées avec des ballons ronds au lieu de longs, ainsi que diverses pailles de différentes longueurs pour découvrir à quel point ces pailles sont efficaces pour guider la trajectoire de la fusée ballon. Vous pouvez également augmenter l'angle de vol de la fusée ballon pour voir comment cela affecte la portée de la fusée.
- Un outil connexe que vous pouvez également fabriquer est un bateau à réaction: coupez un carton de lait en deux. Faites un trou dans le fond et enfilez un ballon à travers le trou. Gonflez le ballon, puis placez le bateau dans une baignoire remplie d'un peu d'eau et soufflez l'air hors du ballon.
Méthode 2 sur 5: Fusée lancée par de la paille
Étape 1. Découpez un carré de papier
Cette pièce doit mesurer environ trois fois la largeur: la taille recommandée est de 11,43 cm x 3,81 cm.
Étape 2. Enroulez cette pièce étroitement autour d'un crayon ou d'un clou
Enroulez-le près des extrémités plutôt qu'au milieu. La partie coupée doit pendre au-dessus de la pointe du crayon ou de l'ongle.
Assurez-vous d'utiliser un crayon ou un clou légèrement plus épais que la paille, mais pas trop épais
Étape 3. Collez les bords coupés du papier pour éviter qu'ils ne se détachent
Utilisez du ruban adhésif sur toute la longueur, le long de la bande de papier.
Étape 4. Pliez les extrémités suspendues vers l'extérieur pour former une pointe ou un cône
Utilisez du ruban adhésif sur cette partie du cône pour maintenir la forme.
Étape 5. Sortez le crayon ou l'ongle
Étape 6. Vérifiez les fuites d'air
Soufflez doucement depuis la partie exposée de la fusée en papier. Écoutez le bruit de l'air s'échappant des côtés ou des extrémités du cône et sentez les coutures sur les côtés et les extrémités pour la circulation de l'air. Utilisez du ruban adhésif pour sceller les fuites et réessayez jusqu'à ce que vous ne puissiez plus détecter de fuites.
Étape 7. Ajoutez une nageoire caudale sur la partie exposée de la fusée en papier
Comme les fusées en papier sont étroites, vous pourrez peut-être attacher les ailerons que vous avez fabriqués séparément aux extrémités de la fusée. Ce sera plus facile à faire que de fabriquer trois ou quatre ailerons différents directement sur la partie exposée de la fusée.
Étape 8. Insérez la paille dans la partie ouverte de la fusée
Assurez-vous que la paille est étirée suffisamment longtemps hors de la fusée pour que vous puissiez la saisir avec vos doigts.
Étape 9. Expirez fort à travers une paille
La fusée s'envolera dans les airs sous l'impulsion de la force de votre souffle.
- Pointez toujours la paille et la fusée vers le haut, pas vers quelqu'un lorsque vous la lancez.
- Variez la façon dont vous construisez la fusée pour voir comment les modifications affectent son vol. De plus, variez la force avec laquelle vous respirez à travers la paille pour voir comment cela affecte la distance que votre fusée peut parcourir.
- Ce jouet semblable à une fusée en papier se compose d'un bâton avec un cône en plastique attaché à une extrémité et d'un parachute en plastique attaché à l'autre. Le parachute est replié sur un bâton, qui est ensuite inséré dans un tube de soufflage en carton. Lorsqu'il est soufflé, le cône en plastique va capter l'air et lancer la baguette. Lorsqu'il atteint la hauteur maximale, le bâton tombe et active le parachute.
Méthode 3 sur 5: Rouleau de film de fusée
Étape 1. Décidez de la longueur/de la hauteur de la fusée que vous souhaitez construire
Une bonne longueur/hauteur de la fusée est de 15 cm, mais vous pouvez l'allonger ou la raccourcir si vous le souhaitez.
Un bon diamètre est de 3,75 cm, mais le diamètre réel sera déterminé par le diamètre de la chambre de combustion de la fusée
Étape 2. Préparez le rouleau/rouleau de film
Ce rouleau sera la chambre de combustion de votre fusée. Vous pouvez vous procurer des rouleaux de film dans les studios photo qui utilisent encore du film.
- Recherchez un rouleau de film avec un couvercle qui ressemble à un bouchon qui va dans la bouche du rouleau, plutôt que d'être collé à l'extérieur.
- Si vous ne trouvez pas de rouleau de film, vous pouvez utiliser un flacon de médicaments sur ordonnance vide, avec un couvercle à clipser. Si vous ne le trouvez pas, vous pouvez utiliser un bouchon en liège qui s'adaptera parfaitement au goulot de la bouteille.
Étape 3. Assemblez la fusée
La façon la plus simple de fabriquer un corps de fusée est d'enrouler une bande de papier autour d'un rouleau de film, de la même manière que vous envelopperiez un crayon ou un clou lors de la fabrication d'une fusée lancée par une paille. Étant donné que les rouleaux lanceront les fusées, vous voudrez peut-être attacher le papier aux rouleaux à l'aide de ruban adhésif ou de colle - avant de les enrouler autour du conteneur.
- Assurez-vous que l'embouchure du rouleau ou du flacon de pilules est tournée vers l'extérieur lorsque vous fixez le boîtier de la fusée. La bouche servira de tuyère de fusée.
- Au lieu de plier les extrémités du corps de fusée loin des rouleaux dans les cônes, vous pouvez créer des cônes séparés en coupant un cercle de papier, du bord au centre, et en pliant le papier en un cône. Vous pouvez attacher les cônes avec du ruban adhésif ou de la colle.
- Ajouter des nageoires. Comme le diamètre de cette fusée est plus épais que la fusée en papier que vous lancez avec une paille, coupez chaque aileron une à la fois pour les attacher. Assurez-vous également d'utiliser trois ailerons au lieu de quatre.
Étape 4. Déterminez l'emplacement de lancement de la fusée
L'emplacement ouvert et extérieur est celui que nous recommandons, car la fusée peut atteindre une assez bonne hauteur lorsqu'elle est lancée à cet endroit.
Étape 5. Remplissez le rouleau d'eau jusqu'au 1/3
Si la source d'eau n'est pas près de votre rampe de lancement, vous devrez peut-être transporter la fusée à l'envers ou transporter l'eau séparément et remplir les rouleaux sur la rampe de lancement.
Étape 6. Coupez le comprimé effervescent en deux et mettez l'autre moitié dans l'eau
Étape 7. Fermez les rouleaux et tournez la fusée de manière à ce qu'elle soit perpendiculaire à la rampe de lancement
Étape 8. Éloignez-vous à une distance sécuritaire
Lorsque le comprimé commence à se dissoudre, il libère du dioxyde de carbone. La pression s'accumulera jusqu'à ce qu'elle se brise et libère le couvercle du rouleau permettant à la fusée de se lancer.
En plus de l'eau, vous pouvez remplir le rouleau de vinaigre à mi-hauteur. Au lieu de comprimés effervescents, vous pouvez utiliser 1 cuillère à café (5 g) de bicarbonate de soude. Le vinaigre, qui est un acide (acide acétique), réagira avec le bicarbonate de soude (qui est l'ingrédient de base), pour produire de l'eau et du dioxyde de carbone. Cependant, le vinaigre et le bicarbonate de soude sont plus volatils que l'eau et les comprimés effervescents, vous devrez donc sortir de la fusée beaucoup plus rapidement – et une utilisation excessive des deux produits chimiques peut détruire les rouleaux
Méthode 4 sur 5: Matchs de fusée
Étape 1. Découpez de petits triangles dans du papier d'aluminium
Ce triangle doit être isocèle, avec une longueur d'environ 2,5 cm à la base et 5 cm du centre de la base au sommet du triangle.
Étape 2. Prenez les allumettes du groupe
Étape 3. Alignez les allumettes avec les broches droites
Placez l'allumette et l'épingle de manière à ce que la pointe de la tête de l'épingle touche la tête de l'allumette, à une position ne dépassant pas la partie la plus épaisse de la tête.
Étape 4. Enroulez le triangle en aluminium, en commençant par le point le plus haut, autour de la tête de l'allumette
Enveloppez-le aussi étroitement que possible sans perturber la position de la broche. Une fois terminé, l'enveloppe doit s'étendre à environ 6,25 mm sous la tête d'allumette.
Étape 5. Pliez le papier d'aluminium autour de la tête de l'épingle avec les ongles de votre pouce
Cela poussera l'emballage plus près de la tête d'allumette et créera un meilleur canal de broche sous l'emballage.
Étape 6. Retirez délicatement la broche de son emballage
Veillez à ne pas déchirer le papier d'aluminium pendant que vous faites cela.
Étape 7. Pliez le trombone dans une rampe de lancement
- Pliez l'extérieur à un angle de 60 degrés. Cela formera la base de la rampe de lancement.
- Pliez la rainure intérieure vers le haut, puis tournez-la pour qu'elle forme un triangle ouvert. Ce sera l'endroit où vous placerez vos allumettes emballées dans du papier d'aluminium.
Étape 8. Placez votre rampe de lancement sur l'emplacement de lancement
Encore une fois, un emplacement extérieur ouvert est fortement recommandé, car les fusées de match peuvent parcourir des distances considérables. Évitez les endroits très secs, car les allumettes peuvent provoquer des incendies.
Assurez-vous que la zone autour de vous est sûre avant de lancer la fusée
Étape 9. Placez la fusée d'allumettes sur la rampe de lancement, la tête vers le haut
La fusée doit être positionnée au moins à un angle de 60 degrés. S'il est plus bas, vous devrez peut-être plier le trombone jusqu'à ce qu'il atteigne cette position.
Étape 10. Lancez la fusée
Allumez une allumette juste en dessous de sa tête enveloppée. Lorsque le phosphore dans la tête d'allumette enveloppée s'enflamme, la fusée d'allumette volera.
- Préparez un seau d'eau qui est utile pour faire tremper les allumettes usagées, pour vous assurer que ces allumettes sont complètement éteintes.
- Si la fusée à allumettes atterrit sur vous, arrêtez de bouger, laissez-vous tomber au sol et roulez jusqu'à ce que toutes les flammes soient éteintes.
Méthode 5 sur 5: Fusée à eau
Étape 1. Préparez une bouteille de soda vide de 2 litres
Cette bouteille servira de chambre de pression sur la fusée. Parce que des bouteilles sont utilisées pour fabriquer ces fusées, elles sont parfois appelées fusées à bouteilles. Ne le confondez pas avec des feux d'artifice, également appelés fusées-bouteilles, qui sont ainsi nommés parce qu'ils sont souvent tirés depuis l'intérieur d'une bouteille. Les fusées-bouteilles comme celle-ci sont illégales à lancer dans de nombreuses régions; tandis que les fusées à eau sont légales dans la plupart des régions.
- Retirez l'étiquette de la bouteille en la coupant là où elle n'est pas collée à la bouteille. Veillez à ne pas couper ou percer la surface de la bouteille en faisant cela, car les égratignures ou les coupures fragiliseront la bouteille.
- Renforcez la bouteille en l'enveloppant d'un ruban adhésif. Les nouvelles bouteilles peuvent supporter des pressions allant jusqu'à 100 livres par pouce carré (689,48 kilopascals), mais des lancements répétés réduiront la tolérance de pression que les bouteilles peuvent supporter sans se fissurer. Vous pouvez enrouler plusieurs couches de ruban adhésif autour du centre de la bouteille, ou envelopper le centre et continuer à mi-chemin de la bouteille vers chaque extrémité. Chaque paquet doit faire deux fois le tour de la bouteille.
- Marquez les endroits où vous attacherez les ailerons au corps de la fusée, avec un marqueur. Si vous prévoyez d'utiliser quatre nageoires, tracez les lignes à des angles de 90 degrés l'une de l'autre. Si vous prévoyez de faire trois nageoires, écartez les rayures à 120 degrés. Vous voudrez peut-être entourer un morceau de papier autour de la bouteille et la marquer d'abord avant de transférer ces marques sur la bouteille.
Étape 2. Faites les ailerons
Étant donné que le corps de fusée en plastique est assez solide, même si vous devez le renforcer à nouveau, vos ailerons doivent également être durables. Vous pouvez utiliser du carton dur, mais un meilleur matériau est le plastique utilisé dans une pochette ou un classeur à trois anneaux.
- Vous devez d'abord concevoir vos ailerons et faire un échantillon de papier comme guide de coupe. Quelle que soit la manière dont vous concevez vos palmes, vous devez les fabriquer de manière à ce que les vraies palmes soient à nouveau pliées (doublées) pour obtenir une résistance supplémentaire et atteindre le point de constriction de la bouteille.
- Coupez l'échantillon et utilisez-le comme guide pour couper le matériau de l'ailette.
- Pliez les ailettes en forme et attachez-les au corps de la fusée avec du ruban adhésif.
- Selon la conception de votre lanceur, vous n'aurez peut-être pas à construire une ailette qui traverse la tuyère de la fusée.
Étape 3. Créez le cône de nez et la partie cargo
Vous aurez besoin d'une deuxième bouteille de 2 litres pour cela.
- Coupez le fond de la bouteille.
- Placez la charge sur le dessus de la bouteille coupée. Cette pièce peut être en pâte à modeler ou un tas d'élastiques. Placez le fond coupé de la bouteille à l'intérieur du haut, avec le bas pointant vers le haut de la bouteille. Collez-le avec du ruban adhésif, puis fixez la bouteille modifiée au fond de la bouteille qui agit comme une chambre de pression.
- Votre cône de nez peut être composé de n'importe quoi, d'un bouchon de bouteille de 2 litres à un tuyau en PVC de n'importe quelle longueur, en passant par un véritable cône en plastique. Une fois que vous l'avez défini et créé, ce cône doit être fixé en permanence sur le dessus de la bouteille coupée.
Étape 4. Testez l'équilibre de votre fusée maison
Équilibrez la fusée sur l'index. La fusée doit être équilibrée à un point au-dessus de la chambre de pression (en bas de la première bouteille). Sinon, retirez la partie de charge et ajustez le poids.
Une fois que vous avez trouvé son centre de masse, pesez la fusée. Le poids doit être compris entre 200 et 240 grammes
Étape 5. Créez le lanceur/bouchon
Il existe plusieurs pièces d'équipement que vous pouvez utiliser pour lancer votre fusée à eau. Le plus simple est une valve et une butée qui peuvent être insérées dans l'embouchure de la bouteille qui fonctionne comme une chambre de pression.
- Recherchez un bouchon qui s'insère directement dans le goulot de la bouteille. Vous devrez peut-être gratter un peu les bords.
- Procurez-vous un système de valve couramment utilisé dans les pneus d'automobile ou les chambres à air de vélo. Mesurez le diamètre.
- Percez un trou au centre de la valve, du même diamètre que la valve.
- Nettoyez la tige de soupape et appliquez du ruban adhésif sur la partie filetée et l'ouverture.
- Insérez la valve dans le trou du bouchon, puis maintenez-la en place avec un joint en silicone ou en uréthane. Laissez cette substance sécher complètement avant de retirer le ruban.
- Testez la valve pour vous assurer que l'air peut la traverser librement.
- Testez la butée en plaçant une petite quantité d'eau dans la chambre de pression de la fusée, puis en plaçant la butée en position et en érigeant la fusée verticalement. S'il y a une fuite, refermez la vanne et testez à nouveau. Une fois qu'il n'y a plus de fuite, testez à nouveau pour trouver la pression forçant l'air à expulser le bouchon de la bouteille.
- Pour obtenir des instructions sur la création d'un système de lancement plus avancé, consultez
Étape 6. Sélectionnez votre site de lancement de fusée
Comme pour les fusées et les briquets en rouleau de film, un emplacement extérieur ouvert est fortement recommandé. Étant donné que les fusées à eau sont plus grandes que les autres fusées, vous aurez besoin d'un espace ouvert plus grand et plus plat que les autres fusées.
Les surfaces surélevées, telles que les tables de pique-nique, sont une bonne idée lorsque de jeunes enfants sont présents
Étape 7. Lancez votre fusée
- Remplissez la chambre de pression au 1/3-1/2 avec de l'eau (vous pourrez peut-être ajouter du colorant alimentaire à l'eau pour lui donner un "carburant" plus coloré lors du lancement de la fusée). Vous pouvez également lancer une fusée sans utiliser d'eau dans la chambre de pression, bien que la pression cible puisse être différente de celle lorsque la chambre contenait de l'eau.
- Insérez le lanceur/arrêt dans l'embouchure de la chambre de pression.
- Connectez le tuyau de la pompe à vélo à la soupape de décharge.
- Tenez la fusée debout.
- Pompez de l'air jusqu'à ce que vous atteigniez une pression qui forcera la valve à sortir. Il peut y avoir un peu de temps d'attente avant que cela ne se produise et que la fusée soit lancée.
Pièces de fusée et comment elles fonctionnent
1. Utiliser du carburant pour soulever la fusée et la faire voler dans les airs. Les fusées volent en dirigeant la vapeur de carburant vers le bas à travers un ou plusieurs échappements qui la pousseront vers le haut (la soulèveront) et la feront avancer (à travers) l'air. Les moteurs de fusée fonctionnent en mélangeant du carburant réel avec une source d'oxygène (oxydant), ce qui permet à la fusée de fonctionner dans l'espace extra-atmosphérique autre que l'atmosphère terrestre.
- Les premières fusées étaient des fusées à combustible solide. Ces fusées comprennent des feux d'artifice, des fusées de guerre chinoises et les deux propulseurs minces utilisés par les engins spatiaux. La plupart des fusées comme celle-ci ont un trou au milieu, qui sert d'endroit où le carburant et l'oxydant se rencontrent et brûlent. Les moteurs de fusée utilisés dans les fusées miniatures utilisent du carburant solide, ainsi qu'un groupe de courants pour lancer le parachute de la fusée lorsque le carburant s'épuise.
- Les fusées à carburant liquide comprennent des réservoirs sous pression séparés contenant un carburant liquide tel que de l'essence ou de l'hydrazine et de l'oxygène liquide. Ces fluides sont pompés dans la chambre de combustion au fond de la fusée; Les gaz d'échappement sont expulsés par un museau conique. Les principaux propulseurs de l'engin spatial sont des fusées à carburant liquide soutenues par des réservoirs de carburant externes, qui sont transportés sous l'engin lors du lancement. Les fusées Saturn V des missions Apollo sont également des fusées à combustible liquide.
- De nombreux avions propulsés par fusée utilisent également de petites fusées sur les côtés pour aider à diriger l'avion lorsqu'il est dans le ciel. Ces fusées sont appelées propulseurs de manœuvre. Le module de service du module de commande Apollo possède ces propulseurs, les sacs à dos de l'unité de manœuvre habitée utilisés par les astronautes des engins spatiaux utilisent également ces propulseurs.
2. Coupez le rejet d'air avec son nez conique. L'air a une masse, et plus il est dense (surtout plus il est proche de la surface de la Terre), plus il luttera contre les objets qui tentent de le traverser. Les fusées doivent être conçues pour être profilées (avec de longues formes elliptiques) afin de minimiser l'impact lorsqu'elles traversent l'air, et, pour cette raison, les fusées ont une pointe de nez conique.
- Les fusées qui transportent des charges utiles (astronautes, satellites ou explosifs nucléaires) transportent généralement ces charges utiles dans ou près du nez de la fusée. Le module de commande Apollo, par exemple, est de forme conique.
- Ce nez conique porte également tous les systèmes de contrôle de la fusée pour l'aider à se diriger vers sa destination sans entrave. Les systèmes de contrôle peuvent inclure des ordinateurs de cabine, des capteurs, des radars et des radios pour fournir des informations et contrôler la trajectoire de vol de la fusée (les fusées Goddard utilisent un système de contrôle de gyroscope).
3. Équilibrer le cercle autour de son centre de masse. Le poids total de la fusée doit être équilibré autour d'un certain point sur la fusée, pour garantir que la fusée puisse voler sans entrave. Ce point peut être appelé point d'équilibre, centre de masse ou centre de gravité.
- Le centre de masse de chaque fusée varie. En général, le point d'équilibre sera au-dessus de la chambre de carburant ou de pression.
- Alors que la charge utile aide à élever le centre de masse de la fusée au-delà de la chambre de pression, une charge utile excessive rendra la fusée lourde sur le dessus, ce qui la rendra difficile à tenir pendant le lancement et le contrôle pendant le vol. Pour cette raison, les circuits intégrés ont été combinés avec des ordinateurs spatiaux pour réduire le poids (cela a conduit à l'utilisation de circuits intégrés similaires, ou puces, dans les calculatrices, les horloges numériques, les ordinateurs personnels et, plus récemment, les tablettes et les smartphones).
4. Équilibrer le vol de la fusée avec ses ailerons de queue. Ces ailerons aident à assurer que le vol de la fusée est droit, en offrant une résistance à l'air aux changements de direction. Certaines des ailettes sont conçues pour traverser le fond de la tuyère de la fusée, ainsi que pour maintenir la fusée droite avant le lancement.
Au 19ème siècle, l'Anglais William Hale a découvert une autre façon d'utiliser les ailerons de fusée pour stabiliser le vol des fusées. Il a fait un drain juste à côté des ailettes qui ressemblaient à une hélice. Cela amène les gaz gaspillés à comprimer les ailettes et à faire pivoter la fusée pour la maintenir hors de l'alignement. Ce processus est appelé stabilisation rotative
Des astuces
- Si vous aimez fabriquer les fusées ci-dessus mais que vous souhaitez relever un défi plus difficile, vous pouvez travailler sur un modèle de passe-temps de fusée. Les modèles réduits de fusées sont en vente dans le commerce depuis la fin des années 1950, sous la forme d'équipements à enclenchement pouvant être lancés avec des moteurs à poudre noire, à des hauteurs de 100 à 500 m.
- S'il est trop difficile de lancer la fusée verticalement, vous pouvez en faire glisser une partie horizontalement (en fait, les fusées en ballon sont une forme de ce plané horizontal). Vous pouvez attacher une fusée en rouleau de film à une petite voiture ou une fusée à eau à une planche à roulettes. Vous devriez toujours trouver une zone ouverte avec un espace de lancement suffisamment grand.
Avertissement
- La surveillance parentale est fortement conseillée lorsque vous travaillez avec une fusée lancée en utilisant quelque chose de plus fort que le souffle de la personne qui la lance.
- Portez toujours des lunettes de protection lorsque vous lancez l'un des trois types de fusées volantes (fusées autres que les ballons). Pour les plus grosses fusées volantes, comme les fusées à eau, un casque de protection est également recommandé pour protéger la tête si la fusée la frappe.
- Ne tirez pas de roquettes en vol libre de quelque type que ce soit sur qui que ce soit.
