これは，１９９１．３『理科教室』（新生出版）に発表した，最初の2段式水ロケットの論文です。

 

二段式ロケット−水ロケットその後−

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　飯田　洋治（名古屋市立富田高校）

 

　『いきいき物理わくわく実験』（新生出版）で紹介した水ロケットは，プラスチックボトルに水を1/3程入れ，あとは空気入れでどんどん空気を入れていくだけ，後は自然にゴム栓からロケットが飛び出すという，すこぶる簡単なものですが，これだけで十分見応えがある実験です。

　ただ残念なことに，いつ飛び出るかわからず，気がついたときにはもう飛び出していたと言うこともたびたび起こります。

　それにボトルの耐圧は相当強い（実際やってみたが9気圧でもボトルは破壊しなかった）のに，いくらゴム栓をきつく押し込んでも，4気圧程度でロケットは自然にゴム栓から離れてしまいました。これではそれほど大きな飛距離は望めません。

 

１．大型洗濯バサミで

 

そこで工夫したのが次のような方法です。＜図１＞のように口元にあるつばAと切り取ったつばBとを大型洗濯バサミではさんで，その間にあるゴム栓が抜けないようにしてやるのです。

　こうすれば，7気圧かけてもロケットが自然に飛び出すこともなく，発射するときには洗濯バサミをつまんでやるだけでよいわけです。「10,9,8,…,0」とみんなでカウントダウンしていくと，生徒の目は否応なく発車時刻に集中します。飛距離が大幅に伸びるだけでなく，雰囲気をいっそう盛り上げてくれます。

 

　

２．ワンタッチジョイントで

 

　ホームセンターへ行くと，水道の大口径蛇口とホースをワンタッチで脱着できる蛇口ニップル(オス)とコネクター(メス)が市販されています(800円程度)。オスの方を<図2>のようにボトルの口にしっかり取り付けて，メスを発射台に取り付けるのもいいでしょう。この場合，口径が小さくなるので少し加速度が小さくなって本物のロケットのような運動をしますが，大変指向性が悪くなります。ですから，翼（<図3>を参照）を必ずつける必要があります。

 

３．二段式水ロケット

 

　空中を飛んでいる最中に，自動的に二段目のロケットを切り離すことが出来たら，どんなに楽しく素晴らしいことだろう。この魅力にとりつかれてから，さまざまな試行錯誤を繰り返すこと数ヶ月，やっとたどりついたのが，次のような方法です。

　一つのヒントは一段目のボトルの内部の減圧を二段目の切り離しに使えないかということでした。つまり，圧力がかかると水道のホースが膨らんで二段目のボトルの口に栓をし，減圧するとホースが凹んで切り離しをはかるというアイディアです。

　　　　　2段式の全体　　　　　　　　１，２段切り離しのホース　　　　　１，２段を結合

　　作り方

　まず，ボトル�Tに空気を入れていくと，バルブPを通ってホースに空気が入り，さらにホースから，自転車のバルブQを通して，ボトル�Uにも空気が入っていきます。ボトル�Uの圧力はQのムシを通る分だけホース内の圧力より低くなり，ホースは膨らみます。つまりこの膨らみで二段ロケット�Uの口を封じるわけです。ボトル�Tは7気圧まで一杯空気を入れます。このとき二段ロケット�Uの内部の圧力は5気圧程度でしょう。

　さて，洗濯バサミを取り外すと，ボトル�Tは水を噴出して減圧していきます。それと共に，ホースも縮み，二段目のロケットの切り離しが終わるわけです。しかしこれだけでは，ボトル�Tの発射とほとんど同時に二段目のロケットが切り離されてしまいます。そこでバルブPの中に押しピンのプラスチックの玉(φ5mm)を入れてやります。すると，ホースから，ボトル�Tへ空気の戻りが遅くなり，ボトル�Tの減圧より少し遅れてホースの内部が減圧し，全体が10〜20mほど上がったところで，二段目の切り離しが起こるようになります。この玉を入れるのは，一段二段全体が一緒になってある程度上昇してから，わずかの時間差をおいて，二段目が切り離されるための決定的部分です。

　最近，林熙崇さんがこの部分を＜図４＞のような方法に改良しました。この方法の良さは，釣り用ムシゴムの位置を調整して，どのあたりで切り離しをはかるか，試行錯誤をしながらでも調整できる点でしょう。ただ残念なことは，薄手でかたいゴムが入手しにくい点です。自転車のムシは柔らかいため，すぐ抜けてしまいます。ムシゴムの替わりにテープレコーダーのシールド線のビニル被覆を使うのも一つの方法でしょう。

　バルブPの内部構造

(A）　飯田式　オートバイのバルブ　（B）　飯田式　自転車のバルブ　φ5mm球（押しピンのプラスチック球，スチル球はさびる。風呂栓についたチェーンはよし，穴はアロンアロハでふさぐ）。

(B) 林式　センター金具をナットCで固定せず，ナットC,Dを互い締めにしてセンター金具に遊びをつくる。

 

　洗濯バサミの一段式ロケットの場合，口径が大きいのでロケットに翼をつける必要はありません。しかし，二段式の場合は，どうしても翼をつけないと，真上に飛んでいきません。そこで，翼は牛乳パックや紅茶やジュースの1．5�gボトルを切って＜図３＞のように作り，一段目のボトルにはめ込んでビニルテープで貼り付ければ出来上がりです。

　注意する点として，普通のホースは20mmです。21mmのホースが入手出来ない場合は，ビニルテープを巻いて，針金bできつく締め付けてもいいでしょう。このとき，ボトル�Uの口元が針金より5mmほど深く食い込むようにセットして下さい。そうしないと空気を入れているうちに，ボトル�Uがせり上がっていって，二段目だけが飛び出すことになります。

 

 








　　　発射準備　　　　　　　　　発射　　　２段目切り離し直前（時計左）　　２段目ロケット