Waterraketten worden aangedreven door het principe van actie en reactie, de derde wet van Newton. Deze zegt dat de acties van twee objecten op elkaar gelijk zijn en tegengesteld. De verandering in momentum van de uitlaatstoffen moet gebalanceerd worden door de verandering in momentum van de raket, zodat water dat uitgestoten wordt in de ene richting gebalanceerd moet worden door de versnellende raket in de andere richting. Leer aan de hand van dit artikel alles over de theorie achter een waterraket.
Voortstuwing
De voortstuwing van de raket is afhankelijk van de grootte van de uitlaat en de druk in de raket. Terwijl het water verdreven wordt uit de fles, is de voortstuwing ongeveer gelijk aan tweemaal het product van de druk en de oppervlakte van de uitlaat. Terwijl op de lanceerbuis zelf de voortstuwing slechts de helft is (het water dat aan beide zijden van de buis en fleshals lekt is verwaarloosbaar)
Voorbeeld bij de fase met wateruitstoot:
- Voortstuwing = 2 . druk . oppuitlaat
- = 2 . druk . pi . r2
- = 2 . druk . pi . (0,5 . Duitlaat )2
- = 2 . druk . pi . 0,25 . (D)2
- = pi/2 . druk . D2
- = 1,57 . druk . D2
Eenheden: druk in Pa (pascal), diameter in meter en Newton voor de voortstuwing.
Voorbeeld bij een open mond raket, druk opgevoerd tot 500kPa:
- Voortstuwing = 1,57 . druk . D2
- Voortstuwing = 1,57 . 500.000 . 0,022m2
- Voortstuwing = 380N
Merk op dat de bovenstaande formule enkel de voortstuwing berekend vanaf een bepaalde moment voor een gegeven druk. Wanneer het water uitgestoten wordt zal de gecompresseerde druk in de fles uitzetten, resulterende in een lagere druk. Het snel terugschroeven van de luchtdruk in raketten zorgt voor een temperatuurdaling. Raketten vertonen aan het einde van hun voortstuwingsfase een koude nevel van koude lucht (best te zien bij trage raketten met versmalde uitlaat). Na de landing wordt deze mist ook waargenomen in de fles.
Wanneer water uitgestoten wordt, verlaagt de voortstuwing door de luchtdruk die daalt. Deze terugval in voortstuwing kan gecompenseerd worden door een reductie in massa door de raket minder water te doen dragen, zodat de versnelling groter kan zijn met minder voortstuwing aangezien de voortstuwing werkt op een lagere massa.
Duur van de voortstuwing
De duur hangt voornamelijk af van de grote van de uitlaat, watervolume, luchtdruk en luchtvolume. Langere voortstuwingen worden meestal bereikt door een smallere uitlaat, meer water en/of lagere druk.
Een laatste duwtje
Nadat het water allemaal uit de fles is geperst, zal het resterende gecompreseerde lucht een korte maar noemenswaardige voortstuwing meegeven aan de raket. Dit gebeurt meestal meteen nadat het water uit de raket is geperst.
