Waarom moet je bij een waterraket, de raket vullen met 1/3 water?

Pomp de fles vol lucht. De lucht in de fles word samengedrukt. Maar omdat het water niet samendrukt, gaat de druk zo hoog worden dat de kurk uit de hals van de fles ploft en de fles omhoog duwt.

Een raketmotor (ook een echte !) maakt gebruik van het principe: actie = reactie.

Door aan de achterkant heel snel massa naar buiten te duwen ontstaat een reactiekracht in de tegenovergestelde richting die de raket naar voren/omhoog stuwt.

Water is lekker zwaar en is dus heel geschikt om 'naar achteren te gooien'. Maar water heeft een nadeel: je kunt het niet samen persen. En dat zou wel nodig zijn om energie in de fles op te slaan. Anders loopt dat water immers maar met een slakkengangetje naar buiten.

Gas, en daarmee lucht is heel goed samen te persen. Het is daarmee uitermate geschikt om die energie op te slaan.
Maar een raket op alleen lucht zal niet ver komen: lucht heeft immers weinig massa, dus de reactiekracht die de raket uiteindelijk voort moet stuwen is ook maar klein.

Maar door die 2 te combineren heb je én massa om naar buiten te stuwen én de benodigde veerkracht door het samenpersen van de lucht.

Vandaar dat je beide elementen in de raket moet combineren.
---
Wanneer het je om de verhouding gaat: hoe groter het aandeel lucht, hoe groter de hoeveelheid energie die je in de fles kan stoppen. Maar als je water voortijdig op is, dan heb je niets aan die extra energie.
Neem je teveel water, dan zit je met de situatie dat je extra water (=ballast) hebt meegenomen, maar dat er geen profijt van hebt.

De ideale verhouding blijkt zo rond de 1/3 lucht te liggen. Maar dat kan in omstandigheden (m.n. de vorm en grootte van de fles) iets afwijken.