【超簡単】3日で作れるペットボトルロケット作り方！夏休みの自由研究にもってこい！

せっかくの夏休み、子どもと一緒に何かをしたいと考えていませんか？

子どもに自由研究を通して、工作の楽しさや、探求することの楽しさを学んでほしいと思いませんか？

とはいえ、なかなか大掛かりな工作をするのも大変ですよね。

夏といえば、水！

ロマンといえば、空！

ペットボトルロケットは、子どもと一緒に楽しめて、かつ本格的に飛距離を出すための奥深い要素が無限に存在する、自由研究にはうってつけの材料なんです。

はじめに

ペットボトルロケットは、以下の点において優れていて、親子で簡単に楽しめる教材だと思います。

私は、工業系の出なので、比較的工作は好きな方ではありますが、作ろうっと思いたってから材料あつめて3日もあれば作ることができるかと思います。

この記事ではペットボトルロケットを作るための、材料集めから設計のポイント、実際の制作の流れ、研究とするための課題について解説しています。

この記事を読めば、ペットボトルロケットの制作を通じて、お子さんとコミュニケーションを深めることができます。

普段みせないパパさんの力量を見せたり、探求することで、いろんな考え方があることを、お子さんと共有していく、有意義な時間を得ることができます。

ペットボトルロケットは、
親子で簡単に制作をすることができ、改良や試行錯誤を行うことで、より遠くに飛ばすことができます。

その過程で、親子のコミュニケーションも自然に生まれ、より充実した夏休みをすごくことができるようになること、間違いなしです。

工作に自信がない方は、完全なキットもありますし、発射台は不要とするなど適宜省略することもできます。当サイトでの制作過程の中でも紹介しますので、どうかお付き合いいただけると幸いです。

ペットボトルロケットの原理

ペットボトルロケットの原理は単純です。

ペットボトルに溜めた圧縮空気が飛び出すエネルギーを使って、空気と水を勢いよく噴射することで推進力を得て飛ぶことができるロケットです。

ペットボトルロケットが楽しめる方

・空にロマンを感じる方

・工作が好きな方

・子どもと一緒に何かをしたい方

ですが、工作が苦手な方でも、これをキッカケに工作を楽しんでいく事ができるんじゃないかと思います！

どうしても工作を極力避けたい方は、キットもありますのでこちらを活用して、実験に力を入れるのも良いんじゃないかと思います！

概略

ペットボトルロケットの全体像の解説

ペットボトルロケットをA～Eのブロックに分けて解説します。

材料や、製作方法もこのブロック単位で説明していきますので、ここでは大まかに構造を把握してもらえると良いかと思います。

A: ヘッドパーツ

ペットボトルロケットの先端部です。

図ではペットボトルを加工して作成していますが、牛乳パックで作ったりする方法もあります。

また、キットを購入するとウレタン製のパーツがついていたりします。

空気抵抗を減らしたい場合は、牛乳パックで鋭くとんがった形状のものを作成するのが良いかと思います。

また、ヘッドパーツ内には、新聞紙などを詰めてやや重くしておきます。

全体の重量バランスが重要で、後方のほうが重たい状態になりますと、飛行が不安定になります。

B: タンク

ペットボトルロケットのエネルギーを蓄える重要な部分です。

圧力がかかる為、この部分は炭酸飲料のペットボトルを利用してください。

形状も極力くびれなどがない寸胴ボディのペットボトルが優れています。

ここについては特に加工もしないです。

キャップは発射機構の作成に使うので捨てないでください。

C: スカート

ロケット後方に羽根を装着する部分になります。

ヘッドパーツと大きさを調整すれば、AとCを一本のペットボトルから取ることもできます。

タンクに直接羽根を付けても良いのですが、この形式にするには以下のメリットがあります。

D: 発射機構

ペットボトルロケットで一番重要になるパーツです。

空気を入れるときは密閉され、発射するときには簡単に開放できる仕組みが必要で、ホースのジョイント系パーツを加工して作成します。

しっかりと接着し乾燥することが大切なので、製作工程では最初に作成します。

E: 発射台

Dの発射機構だけでも、ペットボトルロケットを発射するための仕組みはできているので、工作が苦手な方やちゃっちゃと飛ばしたい方は、用意しなくてもOKです。

発射台を用意するメリットとしては、以下の点があります。

本ブログでは私が作ったものを紹介(別記事)しますが、キットも発射台がついているものは高いし、シンデレラフィットする材料を探すのも面倒で、3Dプリンターを利用してパーツを作り、2×4材と組み合わせて作成しました。

正直、Dの発射機構の部分を固定できればなんでも良いので、角度調整の幅や、トリガーを設けるかどうかなど、予算や製作時間に合わせて発射台のレベルを決定し、作成してもらえると良いかと思います。

制作の順番

制作には、接着・乾燥が必要な部分があるので、そちらから行うのがオススメです。

本ブログでは以下の順序で解説していきます。

1. D: 発射機構
2. C: スカート
3. A: ヘッドパーツ
4. B: タンク
5. E: 発射台 (オプション)

材料集め

必要な材料をまとめておきます。

見ての通り、廃材と100均のみで解決してしまいます。

ブロック	材料	個数	費用	調達先	メモ
ABC	ペットボトル	3	0円	どこでも	廃材ということで0円としてます。 500mlか、1500mlあたりで揃えてください。
A	牛乳パック	1	0円	どこでも	※オプション 廃材ということで0円としてます。 ヘッドパーツ先端をとがらしたい場合に使用します。
C	PPシート	1	110円	ダイソー	羽根の材料 厚さ0.75mmで400×570mm
D1	蛇口につける 蛇口ニップルII [1型]	1	110円	ダイソー	似たようなものがたくさんあります 何を買ってもなんとかなると思います
D2	蛇口ニップル・散水ノズルに取付 蛇口＆散水ノズルコネクター [2型]	1	110円	ダイソー	似たようなものがたくさんあります 何を買ってもなんとかなると思いますが、細いホース用は×です
D2	バルブ	1	－	どこかで	自転車の廃チューブから取りはずします。 自転車屋さんでもらった人もいるとか。
ABC	ビニールテープ	1	110円	ダイソー	合体させる部分に使います。 多めに用意しておきたい。
CD	接着剤(エポキシ二種混合タイプ)	1	110円	ダイソー	基本的には全てこれでいけます
CD	瞬間接着剤(ゼリー系)	1	110円	ダイソー	※オプション エポキシで隙間が空いてしまった場合の補強用 羽根とめもこちらでもOK

発射台については、別記事としますので、そちらを参照してもらいたいですが、主要部分を3Dプリンターで作っている為、あまり参考にならないんじゃないかと思います。むしろ3Dプリンターに興味があったら見てもらえると嬉しいです。

制作方法

こちらでは制作方法をまとめた形で記載しています。

実際に私が作成した際の写真ベースで解説したものを別記事としますので、もっと詳しく見たいかたはこちらを参照してください。作成時のちょっとしたコツや、羽根の図面データなどもこちらに掲載します。

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D: 発射機構

発射機構は、
・ロケット本体側にとりつける「噴出口」
・空気入れバルブと接続する「ジョイント部」
と別れます。

噴出口

1. ペットボトルキャップに直径9mmの穴をあける
2. 蛇口ニップルII [1型]の蛇口接合部をはずす(不要)
3. 1と2を接着する

ジョイント部

1. タイヤチューブからバルブ部分のみ切り離す
2. 蛇口＆散水ノズルコネクター [2型]の穴に1を差し込み接着する

C: スカート

1. ペットボトルを切り出す。(極力きれいな円形の部分を使う)
2. PPシートから羽根を切り出す。
3. 1に2を接着する。
4. 接着箇所をビニールテープで補強する。

B: タンク

特に加工はないです。

ペットボトルのキャップをはずしてください。

A: ヘッドパーツ

ペットボトルをそのまま利用するパターンと、牛乳パックで鋭角なパーツを用意するパターン、両者を組み合わせるパターンとあります。

長さが変わることで重量バランスが変わってきます。また鋭角にすることで空気抵抗を減らす効果もあります。

ペットボトル活用

1. ペットボトル後方を切断する。

鋭角なヘッド

1. 牛乳パックを洗って展開する。
2. 円錐となるようコンパスで円弧を描き切り出す。
3. 円弧を円錐状に丸める。
4. ビニールテープで補強する。

E: 発射台

発射台については、別記事としますので、そちらを参照してもらいたいですが、主要部分を3Dプリンターで作っている為、あまり参考にならないんじゃないかと思います。むしろ3Dプリンターに興味があったら見てもらえると嬉しいです。

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ロケットの組立て

ブロックごとの工作が完了したら、組立てて行きます。

噴出口の取付け

タンクに噴出口を取り付けます。

もともとついていたペットボトルキャップを回して絞めこんでください。

ここで接着部分が絞めこむ力で外れてしまうようでは空気圧にも耐えられないので、再度しっかり噴出口を作り直してください。

ヘッドパーツの取付け

ヘッドパーツを取り付けます。

ヘッドパーツ内には、新聞紙を丸めて入れておきます。

接合部はビニールテープを巻いて固定してください。

固定の際は、タンク部分と一直線になるように気を付けて位置決めを行ってください。

スカートの取付け

スカートを取り付けます。

接合部はビニールテープを巻いて固定してください。

固定の際は、タンク部分と一直線になるように気を付けて位置決めを行ってください。

完成

完成するとこのような状態となります。

発射台はなくても、ジョイント部と接続し、空気を入れることで既に発射可能な状態となります。

噴出口の接着が十分圧力に耐えられるレベルになっているか、試験飛行をしてください。

またひもをつけてぐるぐるまわしてみることで、重量バランスがとれているか確認することもできます。

夏休みの自由研究ネタ

ペットボトルロケットの中で研究課題となるものをピックアップしました。

「やってみなくちゃわからない」精神で、意外な組み合わせが見つかるととても面白い研究になるかと思います。

飛距離を追究する

ペットボトルの大きさ

500ml、1500mlあたりがオーソドックスですが、現在さまざまな大きさ、形状のペットボトルが売られていると思います。

本記事で紹介したものは、本当にオーソドックスで無難な選択だと思いますが、実はこっちのほうが・・・っというものが見つかるかもしれません。

大人よりも、子どもの方が面白い発想がでてくるかもしれないので、とにかくやってみなくちゃわからない！

羽根のデザイン

羽根の形状も、本ブログでは見た目重視で、これぞロケット！っといわんばかりの設計になっています。

ペットボトルロケットって、最高速度50～70km/hほど出ているようで、羽根がおよぼす空力性能はとても顕著に表れるものです。

羽根の長さ、高さ、形状(三角形、四角形、独自のカーブを持たせる)、枚数など、いろいろ試行錯誤の価値があります。

また、羽根を取り付ける角度をあえてつけてみると、ロケットが弾丸のように回転して飛ぶようにすることもできます。

これってすごい飛びそうですよね？

でもネットで飛距離の記録をみていると回転させない方が飛んでたりするので不思議です。

不思議だと思ったら、、、そう、やってみないとね！

重量バランス

ロケット先頭に装填するおもりの量を変えてみます。

ロケット全体の重さが変わることはもちろん、重量バランスも変わってきます。

ペットボトルロケットは、飛び出す際には水が入っていますが、ある程度飛んだところで水が尽きます。

そのタイミングでロケットが水平もしくはやや上向きでいられるような重量バランスがとれると、飛距離がでるのでは？と私は仮説をたてています。

水の量、空気圧の量

ペットボトルロケットは、圧縮空気だけではなく、水を同時に噴射することで、バツグンの推力を得ています。

ただし、水を入れすぎると、唯一のエネルギーである圧縮空気の量が減ってしまいます。

さらにロケットが重くなってしまうこともマイナス要素です。

じゃあ、水と空気、どんなバランスが最適なのでしょうか？

これは機体を変更することなく実験できるので、お手軽な研究課題ですよね。

発射角度

ただしく実験するには、角度を変えられる発射台を作成する必要があります。

私の私見としては、45度で発射するのが一番遠くまで飛びそうに考えていたのですが、ネットで見ていると55～60度ぐらいが良い結果が出てそうです。

まさに、やってみなくちゃわからない。大〇学実験でwww

気象条件

気温や湿度によって飛び方にどう影響がでるのか？

ロケットのほうは変更しなくて良いものの、条件が自然相手となるので1年越しで研究する事になってしまうかも？！

なので、探してもこの部分のデータって見つからないような？

もし精密な記録と考察ができれば、一気にペットボトルロケット博士の座につくこともできるかも？！

かわりダネ

飛距離ではなく、ちょっとかわったペットボトルロケットをテーマにしてみるのも面白いと思います。

私は、飛距離命で作ったことがないので、簡単に紹介しておきます。

パラシュート

ペットボトルロケットが落下軌道の際に、パラシュートを展開して落下する機構を取り入れたものになります。

二段ロケット

本物のロケットのようり空中で分離し二回目の発射を行います。

まったくどういう仕組みでできているのか私にはわかりません！

とにかくかっこいいです！

水、空気の素材

発射媒体をあれこれ変えてみる方向で、炭酸水に始まり、入浴剤を入れたり、ヘリウムガスを入れたり、様々です。

ただ、発射するものが自然物から外れて行ってしまう場合、飛ばす場所の選択や、後始末の事も考慮しなければならないので、なかなか手を出すのは難しい研究になるかと思います。

まとめ

いろいろ書いたのですが、「とりあえず作ってみよう」でやれちゃうところがペットボトルロケットのいいところ。

夏休みも残り2週間！

自由研究まだーってお子さんのパパさん！

ペットボトルロケット飛ばしてみませんか？！