夏休みの工作はよく飛ぶペットボトルロケットを作りながらSDGsを学ぼう

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天気とアウトドア

SDGsの実践のために、リサイクルに関わるのはもちろん大切です。ペットボトルロケット競技の取り組みは、リサイクルをしながら「楽しむ」こともできます。
SDGsに「持続可能な開発目標」とあるように、環境問題への取り組みは持続が大切です。

なお、ペットボトルロケットの作成についてはこちらがおすすめです。↓

https://www.water.okayama.jp/material/files/group/3/kids-kousaku1.pdf

 

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夏休みはペットボトルロケットが面白い・原理を知ってよく飛ぶロケットを作ろう

夏休みの工作や自由研究などは決まりましたか?男の子や女の子、特に小学生やお父さんが間違いなくハマるペットボトルロケットの仕組みや歴史に競技会などを今回はテーマにしました。

 

ペットボトルロケットの仕組みと歴史

工作ではペットボトルロケットを作成し、自由研究ではSDGsを学んでいけば一つで二つのテーマをクリアしますね。

自由研究や工作がまだの方は是非試してみてください。

ではいきなり工作ではなくて仕組みを知って工作に入りましょう。

工作は岡山市水道局キッズコーナーの資料はこちらです↓↓

https://www.water.okayama.jp/material/files/group/3/kids-kousaku1.pdf

ではいきなり工作ではなくて仕組みを知って工作に入りましょう。
まずはペットボトルロケットの仕組みと歴史を知りながらイメージを沸かしてみましょう!

ペットボトルロケットとは?

ペットボトルロケット(英語:water rocket)は、市販のペットボトルに圧縮空気と水を入れ、圧力を開放することで飛行する模擬ロケットです。

模擬ロケットはモデルロケットとも呼ばれる、ロケットの形をした模型です。

モデルロケットの中には、火薬や固形燃料、本物のロケットを小型化したエンジンで飛行するもの
もあり、これらを打ち上げるためには日本モデルロケット協会の免許が必要です。

一方、ペットボトルロケットは後述させていただく安全性に注意をしていれば、誰でも打ち上げることができます。

ペットボトルロケット

上記イラストのように、うさちゃんが羽をつけたペットボトルロケットを作成しています。

ペットボトルロケットに水を入れて自転車の空気入れで空気を入れることで空気が圧縮され、栓が外れ水を吐き出しながらビューンと飛んで行きます。

コロナ禍前に「おやじの会主催」で小学校で大会をやったことがありますが水の入れ具合や羽の付け方などで距離が全く違います。飛んだ距離が80メートル超えた小学6年生の子が優勝でしたね。

夏休みの暑い中、水を使った競技は多少濡れても全然気になりません。親御さんの方も夢中になってしまします。

ペットボトルロケットは燃料が燃えるわけではないのに、ペットボトルロケットはなぜ遠くまで飛ぶのでしょうか?
実は空気と水だけでペットボトルロケットは飛ぶんですよ!

ペットボトルロケットの構造

ペットボトルロケットは飛んでゆく飛翔体と打ち上げ場所に残る発射装置に分けられます。

ペットボトルロケットの飛翔体は、燃料に当たる圧縮空気と水の入る「本体」。

飛行に関わるノーズコーン(ロケットトップ)や羽(尾翼)などの「ロケット先端部分と羽」。
推進力を生むために本体の圧力を調整する「耐圧弁(噴射口)」で構成されています。

発射装置は、耐圧弁を発射までの間閉じ、圧力をかけ続ける「発射口」とロケットを支える「発射
台」。
発射の際に発射口と耐圧弁を分離するリモコン。(リモコンと言っても空気を入れていけば圧で弁が外れます。)
ロケット本体の空気圧を高める空気入れで構成されています。

こんなイメージで自転車の空気入れに繋いで飛ばしていきます

ペットボトルロケットが打ち上がる仕組み

ペットボトルロケットに限らず、エネルギーで移動する物体を考える際には『二つの物体が互いに
力(作用)を及ぼす場合、両者は向きが反対で大きさが等しい』という「運動の第3法則(作用・反作用の法則)」を覚えておくと、とても勉強になります。

ペットボトルロケットでは、ペットボトル本体の中で「圧力をかけられた圧縮空気」が耐圧弁を通して「水を後ろへ押し出す」ことで前に進む推進力が得られます。

このとき、金属製で重さがあったり、立方体のように飛ぶための形をしていなければ、移動する
だけですが、飛行するためのロケット先端部分と羽によって遠くまで飛ぶことができます。

ペットボトルロケットの歴史

ペットボトルロケットの歴史は、宇宙産業の本場アメリカでは1970年代までさかのぼります。
50年前なんですね。

日本国内でペットボトルロケットが知られるようになったのは、1990年代のことです。
そういえば飲み物も瓶から缶に変わりその後ペットボトルが普及してきたんですね。

まず、アメリカではモデルロケットを趣味にする人もいて、火薬や固形燃料を使ったモデルロケッ
トが高校や大学の授業で打ち上げられるなどロケットは身近な存在でした。

同じ頃の日本でも、火薬や固形燃料を使ったモデルロケットは雑誌や専門書で紹介されます。
ですが、火薬の取り扱いに免許が必要な日本では、専門家の間で普及するのみで、一般の人が
ロケットを打ち上げる敷居はとても高いものでした。

1990年代になると、炭酸飲料の空きペットボトルを利用したキットが販売されるようになり、主に
小学生の科学の授業で活用されるようになりました。

本格的なペットボトルロケット

ペットボトルロケットは、打ち上げの様子を見て楽しむレジャー用のものから、本格的な競技用ま
で多くのキットが販売されています。

[商品価格に関しましては、リンクが作成された時点と現時点で情報が変更されている場合がございます。]

タカギ ペットボトル ロケット 製作キット2 A400
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ペットボトルロケットの性能や世界記録は?

ペットボトルロケットの飛距離は、圧縮空気の圧力で決まります。
専門的な研究では、ケープタウン大学が発表した830mという世界記録があります。
もちろん、「普通のペットボトルロケット」とは大きく異なり、カーボンファイバーで作られた特殊なペットボトルを使用しています。

 

本格的なペットボトルロケット競技の日本記録は?

日本国内でも、ペットボトルロケットの研究は行われており、競技として発射大会が開催されてい
ます。

最新の記録では、2021年10月に青森県発明協会が行った大会で110m93cmの飛距離が発表
されています。

国内の競技用のペットボトルロケットは、大会規定で市販のペットボトルを利用するとあります。

市販されているキットでは、『タカギ ペットボトル ロケット 製作キット2 A400』では150mの距離のある場所での発射を推奨しています。

『【科学工作】力学 超飛距離ペットボトルロケットキット』は、飛距離60m以上と表記しており、どちらも100m前後の飛行性能を見込んで販売しています。

安全にペットボトルロケットを打ち上げるには?

ペットボトルロケットを遠くまで飛ばすには、とにかく圧縮空気を送り込めば良いわけではありま
せん。

○ペットボトルロケットの性能アップによる危険

ペットボトルロケットの材料はペットボトルです。
普段の利用でペットボトルが破裂することはありませんが、圧力を限りなく加えると変形し破裂す
る可能性があります。

○ペットボトルロケットの安全性

市販のキットや大会規定、科学教室の見解ではペットボトルロケットの安全性に2つの大切なポ
イントがあると発表されています。

1つは、炭酸飲料のペットボトルを利用することです。
ペットボトルには、飲料水向けと炭酸飲料向けの2種類があり、炭酸飲料向けのペットボトルの方
が圧力に強いとされています。
市販のキットにも炭酸飲料向けのペットボトル使用すると説明書きがあるため、用意する必要が
あります。

もう1つは、圧力計の使用です。
自転車やボールに空気を入れる手動の空気入れでは、人力で破裂するほどの圧縮空気を入れ
ることは難しく危険はほとんどないとされています。

一方で、電動モータ式エアポンプを使い圧縮空気を入れる場合は破裂の危険があるため圧力計
が必須とされています。

ペットボトルロケットのまとめ

ペットボトルロケットは、圧縮空気で水を噴射することで、数10〜100メートル前後飛行するモデ
ルロケットの1つです。
市販されているキットの説明書を守っている限り、安全に打ち上げることができます。
夏のレジャーに親子で科学に触れるのもいいかもしれませんよ。

SDGsと結びつけた理由は、SDGsに「持続可能な開発目標」とあるように、環境問題への取り組みは持続が大切です。
SDGsの実践のために、リサイクルに関わる大切さとペットボトルロケット競技の取り組みは、リサイクルをしながら「楽しむ」こともできる理由からです。
次回に続きます。

 

 

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