Де використовують реактивний рух. Реферат Реактивний рух

Сьогодні реактивний рух у більшості людей насамперед, звичайно ж, асоціюється з новітніми науковими та технічними розробками. З підручників з фізики нам відомо, що під «реактивним» мають на увазі рух, який виникає в результаті відокремлення від предмета (тіла) будь-якої його частини. Людина хотіла піднятися в небо до зірок, прагнула літати, але здійснити свою мрію змогла тільки з появою реактивних літаків і ступінчастих космічних кораблів, здатних переміщатися на величезні відстані, розганяючись до надзвукових швидкостей завдяки встановленим на них сучасним реактивним двигунам. Конструктори та інженери розробляли можливість використання реактивного руху в двигунах. Фантасти теж не залишалися осторонь, пропонуючи найнеймовірніші ідеї та способи досягнення цієї мети. Дивно, але цей принцип руху широко поширений в живій природі. Достатньо озирнутися довкола, можна помітити мешканців морів та суші, серед яких є й рослини, в основі руху яких лежить реактивний принцип.

Історія

Ще в античні часи вчені з цікавістю вивчали та аналізували явища, пов'язані з реактивним рухом у природі. Одним із перших, хто теоретично обґрунтував та описав його суть, був Герон, механік і теоретик Стародавньої Греції, який винайшов перший паровий двигун, названий на честь нього. Китайці змогли знайти реактивний метод практичне застосування. Вони першими, взявши за основу спосіб пересування каракатиць та восьминогів, ще в XIII столітті винайшли ракети. Вони застосовувалися у феєрверках, справляючи велике враження, а також як сигнальні ракети, можливо, були і бойові ракети, які використовувалися як реактивна артилерія. Згодом ця технологія прийшла до Європи.

Першовідкривачем нового часу став М. Кібальчич, вигадавши схему прототипу літального апарату з реактивним двигуном. Він був видатним винахідником та переконаним революціонером, за що сидів у в'язниці. Саме в ув'язненні він увійшов в історію, створивши свій проект. Після його страти за активну революційну діяльність та виступи проти монархії, його винахід було забуто на архівних полицях. Через деякий час К. Ціолковський зміг удосконалити ідеї Кібальчича, доводячи можливість дослідити космічний простір за допомогою реактивного переміщення космічних кораблів.

Пізніше, під час Великої Великої Вітчизняної війни, з'явилися знамениті Катюші, системи польової реактивної артилерії. Так лагідним ім'ям народ неофіційно назвав потужні установки, які застосовували сили СРСР. Достовірно невідомо, у зв'язку з чим зброя отримала цю назву. Причиною цього стала чи популярність пісні Блантера, чи літера «К» на корпусі міномета. Згодом фронтовики стали давати прізвиська та іншій зброї, створивши таким чином нову традицію. Німці ж цю бойову ракетну установку називали «сталінським органом» за зовнішній вигляд, що нагадував музичний інструмент і пронизливий звук, який виходив від ракет, що стартували.

Рослинний світ

Представниками фауни також застосовуються закони реактивного руху. Більшість рослин, що володіють такими властивостями становлять однолітники і малолітники: колючеплодник, часник черешчаста, сердечник недоторка, пікульник двонадрізний, мерингія трижилкова.

Колючеплодник, інакше скажений огірок, відносять до сімейства гарбузових. Ця рослина досягає великих розмірів, має товстий корінь з шорстким стеблом і великим листям. Виростає біля Середньої Азії, Середземномор'я, на Кавказі, досить поширений Півдні Росії та України. Усередині плода в період дозрівання насіння перетворюється на слиз, який під дією температур починає бродити і виділяти газ. Ближче до дозрівання тиск усередині плода може досягти 8 атмосфер. Тоді при легкому дотику плід відривається від основи та насіння з рідиною зі швидкістю 10 м/с вилітають із плоду. Завдяки здатності стріляти на 12 м у довжину, рослину назвали «жіночий пістолет».

Сердечник недоторка - однорічний широко розповсюджений вигляд. Зустрічається, як правило, у тінистих лісах, по берегах уздовж річок. Потрапивши у північно-східну частину Північної Америки та до Південної Африки, благополучно прижився. Сердечник-недоторка розмножується насінням. Насіння у сердечника-недоторка дрібне, масою не більше 5 мг, яке відкидається на відстань у 90 см. Завдяки такому способу поширення насіння, рослина і отримала свою назву.

Тваринний світ

Реактивний рух – цікаві факти, що стосуються тваринного світу. У головоногих молюсків реактивне переміщення відбувається за допомогою води, що видихається через сифон, який звужується зазвичай до невеликого отвору для отримання максимальної швидкості видиху. Вода через зябра проходить до видиху, виконуючи подвійну мету дихання та переміщення. Морські зайці, інакше черевоногих молюсків, використовують аналогічні засоби руху, але без складного неврологічного апарату головоногих, вони переміщаються більш незграбно.

Деякі риби-лицарі також розвинули реактивне переміщення, пропускаючи воду через зябра, щоб доповнити плавниковий рух.

У личинок бабок реактивна сила досягається шляхом витіснення води зі спеціалізованої порожнини в організмі. Морські гребінці та кардиди, сифонофори, туніки (такі, як сальпи) та деякі медузи також використовують реактивну тягу.

Більшу частину часу морські гребінці спокійно лежать на дні, але у разі появи небезпеки швидко стуляють стулки своєї раковини, так вони виштовхують воду. Цей механізм поведінки також свідчить про використання принципу реактивного переміщення. Завдяки йому гребінці можуть спливати і переміщатися на велику відстань, застосовуючи техніку відкриття-закриття раковини.

Кальмар також застосовує цей метод, вбирає воду, а потім з величезною силою проштовхуючи через воронку рухається швидкістю не менше 70 км./год. Збираючи щупальці в один вузол, тіло кальмара утворює обтічну форму. Взявши за основу такий двигун кальмара, інженерами було сконструйовано водомет. Вода в ньому засмоктується в камеру, а потім викидається через сопло. Таким чином, судно прямує у зворотний бік від струменя, що викидається.

Якщо порівняти з кальмарами, найбільш ефективними двигунами користуються сальпи, витрачаючи значно менше енергії, ніж кальмари. Рухаючись сальпа, запускає воду в отвір спереду, а потім надходить у широку порожнину, де натягнуті зябра. Після ковтка отвір закривається, а за допомогою поздовжніх і поперечних м'язів, що скорочуються, які стискають тіло, відбувається викид води через отвір ззаду.

Найбільш незвичайним із усіх механізмів пересування може похвалитися звичайна кішка. Марсель Депре висловив припущення, що тіло здатне рухатися і змінювати своє становище навіть за допомогою одних лише внутрішніх сил (ні від чого не відштовхуючись і ні на що не спираючись), з чого можна було зробити висновок, що закони Ньютона можуть бути помилковими. Доказом його припущення могла бути кішка, яка зірвалася з висоти. Під час падіння вниз головою, вона все одно приземлиться на всі лапи, це вже стало своєрідною аксіомою. Детально сфотографувавши переміщення кішки, змогли по кадрах розглянути все, що вона проробляла в повітрі. Побачили її рух лапою, який викликав реакцію тулуба у відповідь, повертаючись в інший бік щодо руху лапки. Діючи за законами Ньютона, кішка успішно приземлилася.

У тварин усе відбувається лише на рівні інстинкту, людина своє чергу робить свідомо. Професійні плавці, стрибнувши з вишки, встигають тричі обернутися в повітрі, і зумівши зупинити обертання, випрямляються строго вертикально і пірнають у воду. Той самий принцип діє щодо повітряних циркових гімнастів.

Скільки б людина не намагалася перевершити природу, удосконалюючи створені нею винаходи, все одно ми поки що не досягли тієї технологічної досконалості, коли б літаки могли повторити дії бабки: зависати в повітрі, миттєво подаватись назад або рухатися убік. Причому це відбувається на великій швидкості. Можливо, пройде ще трохи часу та літаки, завдяки поправкам на особливості аеродинаміки та реактивні можливості бабок, зможуть здійснювати круті розвороти та стануть менш сприйнятливими до зовнішніх умов. Підглянувши у природи, людина ще багато може вдосконалити на благо технічного прогресу.

У багатьох людей саме поняття «реактивного руху» міцно асоціюється із сучасними досягненнями науки і техніки, особливо фізики, а в голові з'являються образи реактивних літаків або навіть космічних кораблів, що літають на надзвукових швидкостях за допомогою горезвісних реактивних двигунів. Насправді явище реактивного руху набагато давніше, ніж навіть сама людина, адже воно з'явилося задовго до нас, людей. Так, реактивний рух активно представлений у природі: медузи, каракатиці ось уже мільйони років плавають у морських безоднях за тим самим принципом, за яким сьогодні літають сучасні надзвукові реактивні літаки.

Історія реактивного руху

З давніх-давен різні вчені спостерігали явища реактивного руху в природі, так раніше всіх про нього писав давньогрецький математик і механік Герон, правда, далі теорії він так і не зайшов.

Якщо говорити про практичне застосування реактивного руху, то першими тут були винахідливі китайці. Приблизно в XIII столітті вони здогадалися запозичити принцип руху восьминогів і каракатиць при винаході перших ракет, які вони почали використовувати як для феєрверків, так і для бойових дій (як бойова і сигнальна зброя). Трохи згодом цей корисний винахід китайців перейняли араби, а від них уже й європейці.

Зрозуміло, перші умовно реактивні ракети мали порівняно примітивну конструкцію і протягом кількох століть вони практично не розвивалися, здавалося, що історія розвитку реактивного руху завмерла. Прорив у цій справі стався лише у ХІХ столітті.

Хто відкрив реактивний рух?

Мабуть, лаври першовідкривача реактивного руху в «новому часі» можна присудити Миколі Кібальчичу, не лише талановитому російському винахіднику, а й за сумісництвом революціонера-народовольця. Свій проект реактивного двигуна та літального апарату для людей він створив сидячи у царській в'язниці. Пізніше Кібальчич був страчений за свою революційну діяльність, а його проект так і залишився припадати пилом на полицях в архівах царської охранки.

Пізніше роботи Кібальчича у цьому напрямі були відкриті та доповнені працями ще одного талановитого вченого К. Е. Ціолковського. З 1903 по 1914 р. їм було опубліковано ряд робіт, в яких переконливо доводилася можливість використання реактивного руху при створенні космічних кораблів для дослідження космічного простору. Їм був сформований принцип використання багатоступінчастих ракет. І до цього дня багато ідей Ціолковського застосовуються в ракетобудуванні.

Приклади реактивного руху на природі

Напевно купаючись у морі, Ви бачили медуз, але навряд чи замислювалися, що пересуваються ці дивовижні (і до того ж повільні) істоти завдяки реактивному руху. А саме за допомогою скорочення свого прозорого бані вони видавлюють воду, яка служить свого роду «реактивним двигуном» медуз.

Схожий механізм руху має і каракатиця - через особливу воронку попереду тіла і через бічну щілину вона набирає воду в свою зяброву порожнину, а потім енергійно викидає її через лійку, спрямовану назад або в бік (залежно від напрямку руху потрібного каракатиці).

Але найцікавіший реактивний двигун, створений природою, є у кальмарів, яких цілком справедливо можна назвати «живими торпедами». Адже навіть тіло цих тварин за своєю формою нагадує ракету, хоча по правді все якраз із точністю навпаки – це ракета своєю конструкцією копіює тіло кальмара.

Якщо кальмару необхідно зробити швидкий кидок, він використовує природний реактивний двигун. Тіло його оточене мантією, особливою м'язовою тканиною і половина об'єму всього кальмара посідає мантійну порожнину, в яку той всмоктує воду. Потім він різко викидає набраний струмінь води через вузьке сопло, при цьому складаючи всі свої щупалець над головою таким чином, щоб придбати обтічну форму. Завдяки такій досконалій реактивній навігації кальмари можуть досягати вражаючої швидкості – 60-70 км на годину.

Серед власників реактивного двигуна в природі є і рослини, а саме так званий «шалений огірок». Коли його плоди дозрівають, у відповідь на найлегший дотик він вистрілює клейковиною з насінням

Закон реактивного руху

Кальмари, «шалені огірки», медузи та інші каракатиці з давніх-давен користуються реактивним рухом, не замислюючись про його фізичну сутність, ми ж спробуємо розібрати, в чому суть реактивного руху, який рух називають реактивним, дати йому визначення.

Для початку можна вдатися до простого досвіду - якщо звичайну повітряну кульку надуть повітрям і, не зав'язуючи відпустити в політ, він буде стрімко летіти, поки у нього не витрачено запас повітря. Таке явище пояснює третій закон Ньютона, який говорить, що два тіла взаємодіють із силами рівними за величиною та протилежними у напрямку.

Тобто сила впливу кульки на потоки повітря, що вириваються з неї, дорівнює силі, якою повітря відштовхує від себе кульку. За схожим з кулькою принципом працює і ракета, яка на великій швидкості викидає частину своєї маси, при цьому отримуючи сильне прискорення у протилежному напрямку.

Закон збереження імпульсу та реактивний рух

Фізика пояснює процес реактивного руху. Імпульс - це добуток маси тіла на його швидкість (mv). Коли ракета перебуває у стані спокою її імпульс і швидкість дорівнюють нулю. Коли ж з неї починає викидатися реактивний струмінь, то решта згідно із законом збереження імпульсу, повинна придбати таку швидкість, при якій сумарний імпульс буде рівним нулю.

Формула реактивного руху

Загалом реактивний рух можна описати такою формулою:
m s v s +m р v р =0
m s v s = -m р v р

де m s v s імпульс створюваним струменем газів, m р v р імпульс, отриманий ракетою.

Знак мінус показує, що напрямок руху ракети та сила реактивного руху струменя протилежні.

Реактивний рух у техніці – принцип роботи реактивного двигуна

У сучасній техніці реактивний рух грає дуже важливу роль, тому реактивні двигуни приводять у рух літаки, космічні кораблі. Сам пристрій реактивного двигуна може відрізнятися залежно від його розміру та призначення. Але так чи інакше у кожному з них є

запас палива,
камера, для згоряння палива,
сопло, завдання якого прискорювати реактивний струмінь.

Такий вигляд має реактивний двигун.

Реактивний рух, відео

І на завершення цікаве відео про фізичні експерименти з реактивним рухом.

Серед великих технічних та наукових здобутків XX століття одне з перших місць, безперечно, належить ракетам та теорії реактивного руху. Роки Другої світової війни (1941-1945) призвели до надзвичайно швидкого вдосконалення конструкцій реактивних апаратів. На полях битв знову з'явилися порохові ракети, але вже на більш калорійному бездимному тротилпіроксіліновому пороху (катюші). Були створені літаки з повітряно-реактивними двигунами, безпілотні літаки з пульсуючими повітряно-реактивними двигунами (ФАУ-1) і балістичні ракети з дальністю польоту до 300 км (ФАУ-2).

Ракетна-техніка стає зараз дуже важливою галуззю промисловості, що швидко зростає. Розвиток теорії польоту реактивних апаратів – одна з нагальних проблем сучасного науково-технічного розвитку.

Ціолковський багато зробив для пізнання К. Е. основ теорії руху ракет. Він був першим в історії науки, хто формулював та досліджував проблему вивчення прямолінійних рухів ракет, виходячи із законів теоретичної механіки. Як ми вказували, принцип повідомлення руху, за допомогою сил реакції частинок, що відкидаються, був усвідомлений Ціолковським ще в 1883 році, проте створення ним математично суворої теорії реактивного руху відноситься до кінця XIX століття.

В одній із своїх робіт Ціолковський писав: «Довго на ракету я дивився, як і всі: з погляду розваг та маленьких застосувань. Не пам'ятаю добре, як мені спало на думку зробити обчислення, що стосуються ракети. Мені здається, перше насіння думки було заронено відомим фантазером Жюлем Верном; він розбудив роботу мого мозку у певному напрямку. З'явилися бажання, за бажаннями виникла діяльність розуму. ...Старий листок із остаточними формулами, що належать до реактивного приладу, позначений датою 25 серпня 1898 року».

«...Ніколи я не претендував на повне вирішення питання. Спершу неминуче йдуть: думка, фантазія, казка. За ними йде науковий розрахунок. І вже зрештою виконання вінчає думку. Мої роботи про космічні подорожі належать до середньої фази творчості. Більше, ніж будь-хто, я розумію прірву, що розділяє ідею від її здійснення, оскільки протягом мого життя я не тільки мислив і обчислював, а й виконував, працюючи також руками. Однак не можна не бути ідеї: виконання передує думка, точного розрахунку – фантазія».

У 1903 році в журналі "Науковий огляд" з'явилася перша стаття Костянтина Едуардовича з ракетної техніки, яка називалася "Дослідження світових просторів реактивними приладами". У цій праці на підставі найпростіших законів теоретичної механіки (закону збереження кількості руху та закону незалежної дії сил) було надано теорію польоту ракети та обґрунтовано можливість застосування реактивних апаратів для міжпланетних повідомлень (Створення загальної теорії руху тіл, маса яких змінюється у процесі руху, належить професорові І. В. Мещерського (1859-1935)).

Ідея застосування ракети для вирішення наукових проблем, використання реактивних двигунів для створення руху грандіозних міжпланетних кораблів цілком належить Ціолковському. Він родоначальник сучасних рідинних ракет дальньої дії, один із творців нового розділу теоретичної механіки.

Класична механіка, що вивчає закони руху та рівноваги матеріальних тіл, базується на трьох законах руху, Виразно і строго сформульованих англійським ученим ще 1687 року. Ці закони застосовувалися багатьма дослідниками вивчення руху тіл, маса яких змінювалася під час руху. Були розглянуті дуже важливі випадки руху та створилася велика наука – механіка тіл постійної маси. Аксіоми механіки тіл постійної маси, чи закони руху Ньютона, з'явилися узагальненням попереднього розвитку механіки. Нині основні закони механічного руху викладаються переважають у всіх підручниках фізики для середньої школи. Ми дамо тут короткий виклад законів руху Ньютона, оскільки наступний крок у науці, який дозволив вивчати рух ракет, був подальшим розвитком методів класичної механіки.

Реактивний рух у природі та техніці

РЕФЕРАТ З ФІЗИКИ

Реактивний рух- рух, що виникає при відділенні від тіла з деякою швидкістю будь-якої його частини.

Реактивна сила виникає без будь-якої взаємодії із зовнішніми тілами.

Застосування реактивного руху на природі

Багато хто з нас у своєму житті зустрічався під час купання в морі з медузами. Принаймні у Чорному морі їх цілком вистачає. Але мало хто думав, що й медузи для пересування користуються реактивним рухом. Крім того, саме так пересуваються і личинки бабок, і деякі види морського планктону. І найчастіше ККД морських безхребетних тварин при використанні реактивного руху набагато вище, ніж у техновинаходів.

Реактивний рух використовується багатьма молюсками – восьминогами, кальмарами, каракатицями. Наприклад, морський молюск-гребінець рухається вперед за рахунок реактивної сили струменя води, викинутої з раковини при різкому стисканні її стулок.

Восьминіг

Каракатиця

Каракатиця, як і більшість головоногих молюсків, рухається у воді в такий спосіб. Вона забирає воду в зяброву порожнину через бічну щілину і особливу вирву попереду тіла, а потім енергійно викидає струмінь води через вирву. Каракатиця направляє трубку вирви в бік або назад і стрімко видавлюючи з неї воду, може рухатися в різні боки.

Сальпа - морська тварина з прозорим тілом, під час руху приймає воду через передній отвір, причому вода потрапляє в широку порожнину, всередині якої по діагоналі натягнуті зябра. Як тільки тварина зробить великий ковток води, отвір закривається. Тоді поздовжні та поперечні м'язи сальпи скорочуються, все тіло стискається, і вода через задній отвір виштовхується назовні. Реакція струменя, що витікає, штовхає сальпу вперед.

Найбільший інтерес має реактивний двигун кальмара. Кальмар є найбільшим безхребетним мешканцем океанських глибин. Кальмари досягли найвищої досконалості у реактивній навігації. Вони навіть тіло своїми зовнішніми формами копіює ракету (чи краще сказати – ракета копіює кальмара, оскільки йому належить у цій справі безперечний пріоритет). При повільному переміщенні кальмар користується великим ромбоподібним плавцем, який періодично згинається. Для швидкого кидка він використовує реактивний двигун. М'язова тканина – мантія оточує тіло молюска з усіх боків, об'єм її порожнини становить майже половину об'єму тіла кальмару. Тварина засмоктує воду всередину мантійної порожнини, а потім різко викидає струмінь води через вузьке сопло і з швидкістю рухається поштовхами назад. При цьому всі десять щупалець кальмара збираються у вузол над головою, і він набуває обтічної форми. Сопло забезпечене спеціальним клапаном, і м'язи можуть його повертати, змінюючи напрямок руху. Двигун кальмара дуже економічний, він здатний розвивати швидкість до 60 – 70 км/год. (Деякі дослідники вважають, що навіть до 150 км/год!) Недарма кальмара називають "живою торпедою". Вигинаючи складені пучком щупальця вправо, вліво, вгору чи вниз, кальмар повертає у той чи інший бік. Оскільки таке кермо в порівнянні з самою твариною має дуже великі розміри, то достатньо його незначного руху, щоб кальмар, навіть на повному ходу, легко міг ухилитися від зіткнення з перешкодою. Різкий поворот керма – і плавець мчить вже у зворотний бік. Ось зігнув він кінець вирви назад і ковзає тепер головою вперед. Вигнув її праворуч - і реактивний поштовх відкинув його вліво. Але коли треба плисти швидко, лійка завжди стирчить прямо між щупальцями, і кальмар мчить хвостом уперед, як біг би рак – скорохід, наділений жвавістю скакуна.

Якщо поспішати не потрібно, кальмари і каракатиці плавають, ундулюючи плавцями, - мініатюрні хвилі пробігають по них спереду назад, і тварина граційно ковзає, зрідка підштовхуючи себе також і струменем води, викинутої з-під мантії. Тоді добре помітні окремі поштовхи, які отримує молюсок у момент виверження водяних струменів. Деякі головоногі можуть розвивати швидкість до п'ятдесяти п'яти кілометрів на годину. Прямих вимірів, здається, ніхто не робив, але про це можна судити за швидкістю і дальністю польоту кальмарів, що літають. І такі, виявляється, є таланти у рідні у спрутів! Найкращий пілот серед молюсків – кальмар стенотевтіс. Англійські моряки називають його – флайінг-сквід («літаючий кальмар»). Це невелика тварина розміром із оселедець. Він переслідує риб з такою стрімкістю, що нерідко вискакує з води, стрілою пролітаючи над її поверхнею. До цього прийому він вдається і рятуючи своє життя від хижаків – тунців та макрелів. Розвинувши у воді максимальну реактивну тягу, кальмар-пілот стартує у повітря та пролітає над хвилями понад п'ятдесят метрів. Апогей польоту живої ракети лежить так високо над водою, що кальмари, що літають, нерідко потрапляють на палуби океанських суден. Чотири-п'ять метрів – не рекордна висота, на яку здіймаються в небо кальмари. Іноді вони злітають ще вищими.

Англійський дослідник молюсків доктор Рис описав у науковій статті кальмара (довжиною всього 16 сантиметрів), який, пролетівши повітрям неабияку відстань, впав на місток яхти, що височіло над водою майже сім метрів.

Трапляється, що на корабель блискучим каскадом обрушується безліч кальмарів, що літають. Античний письменник Требіус Нігер розповів одного разу сумну історію про корабель, який нібито навіть затонув під вагою кальмарів, що літали, що впали на його палубу. Кальмари можуть злітати без розгону.

Восьминоги теж вміють літати. Французький натураліст Жан Верані бачив, як звичайний восьминіг розігнався в акваріумі і раптом задом наперед несподівано вискочив із води. Описавши в повітрі дугу завдовжки метрів за п'ять, він плюхнувся назад в акваріум. Набираючи швидкість для стрибка, восьминіг рухався не лише за рахунок реактивної тяги, а й гріб щупальцями.
Мішковаті восьминоги плавають, звичайно, гірше за кальмари, але в критичні хвилини і вони можуть показати рекордний для кращих спринтерів клас. Співробітники Каліфорнійського акваріума намагалися сфотографувати восьминога, який атакує краба. Спрут кидався на видобуток з такою швидкістю, що на плівці, навіть при зйомці на найбільших швидкостях, завжди виявлялися мастила. Значить, кидок тривав соті частки секунди! Зазвичай восьминоги плавають порівняно повільно. Джозеф Сайнл, який вивчав міграції спрутів, підрахував: восьминіг розміром півметра пливе морем із середньою швидкістю близько п'ятнадцяти кілометрів на годину. Кожен струмінь води, викинутий з лійки, штовхає його вперед (вірніше, назад, бо восьминіг пливе задом наперед) на два – два з половиною метри.

Реактивний рух можна зустріти у світі рослин. Наприклад, дозрілі плоди "шаленого огірка" при найлегшому дотику відскакують від плодоніжки, а з отвору, що утворився, з силою викидається клейка рідина з насінням. Сам огірок при цьому відлітає у протилежному напрямку до 12 м-коду.

Знаючи закон збереження імпульсу, можна змінювати власну швидкість переміщення у відкритому просторі. Якщо ви знаходитесь в човні і у вас є кілька важких каменів, то кидаючи каміння у певний бік ви рухатиметеся в протилежному напрямку. Те саме буде і в космічному просторі, але там для цього використовують реактивні двигуни.

Кожен знає, що постріл із рушниці супроводжується віддачею. Якби вага кулі дорівнювала б вазі рушниці, вони б розлетілися з однаковою швидкістю. Віддача відбувається тому, що маса газів, що відкидається, створює реактивну силу, завдяки якій може бути забезпечено рух як у повітрі, так і в безповітряному просторі. І чим більша маса і швидкість газів, що витікають, тим більшу силу віддачі відчуває наше плече, чим сильніша реакція рушниці, тим більша реактивна сила.

Застосування реактивного руху на техніці

Протягом багатьох століть людство мріяло про космічні польоти. Письменники-фантасти пропонували різні засоби для досягнення цієї мети. У XVII столітті з'явилася розповідь французького письменника Сірано де Бержерака про політ на Місяць. Герой цієї розповіді дістався Місяця в залізному візку, над яким він увесь час підкидав сильний магніт. Притягаючись до нього, віз підвищувався вище Землею, поки не досяг Місяця. А барон Мюнхгаузен розповідав, що забрався на Місяць стеблом боба.

Наприкінці першого тисячоліття нашої ери в Китаї винайшли реактивний рух, який наводив на дію ракети - бамбукові трубки, начинені порохом, вони також використовувалися як забава. Один із перших проектів автомобілів був також із реактивним двигуном і належав цей проект Ньютону

Автором першого світі проекту реактивного літального апарату, призначеного для польоту людини, був російський революціонер – народовець Н.І. Кібальчич. Його стратили 3 квітня 1881 р. за участь у замаху на імператора Олександра ІІ. Свій проект він розробив у в'язниці після смертного вироку. Кібальчич писав: “Я перебуваючи в ув'язненні, за кілька днів до своєї смерті я пишу цей проект. Я вірю в здійсненність моєї ідеї, і ця віра підтримує мене у моєму жахливому становищі…Я спокійно зустріну смерть, знаючи, що моя ідея не загине разом зі мною”.

Ідея використання ракет для космічних польотів була запропонована ще на початку нашого століття російським вченим Костянтином Едуардовичем Ціолковським. У 1903 року з'явилася друком стаття викладача калузької гімназії К.Э. Ціолковського "Дослідження світових просторів реактивними приладами". У цій роботі було найважливіше для космонавтики математичне рівняння, тепер відоме як “формула Ціолковського”, яке описувало рух тіла змінної маси. Надалі він розробив схему ракетного двигуна на рідкому паливі, запропонував багатоступінчасту конструкцію ракети, висловив ідею можливості створення цілих космічних міст на навколоземної орбіті. Він показав, що єдиний апарат, здатний подолати тяжкість - це ракета, тобто. апарат з реактивним двигуном, що використовує пальне та окислювач, що знаходяться на самому апараті.

Реактивний двигун– це двигун, що перетворює хімічну енергію палива на кінетичну енергію газового струменя, при цьому двигун набуває швидкості у зворотному напрямку.

Ідея К.Е.Ціолковського була здійснена радянськими вченими під керівництвом академіка Сергія Павловича Корольова. Перший в історії штучний супутник Землі за допомогою ракети було запущено в Радянському Союзі 4 жовтня 1957 року.

Принцип реактивного руху знаходить широке практичне застосування в авіації та космонавтиці. У космічному просторі немає середовища, з яким тіло могло б взаємодіяти і тим самим змінювати напрямок і модуль своєї швидкості, тому для космічних польотів можуть бути використані лише реактивні літальні апарати, тобто ракети.

Влаштування ракети

В основі руху ракети лежить закон збереження імпульсу. Якщо в певний момент часу від ракети буде відкинуто якесь тіло, то вона набуде такого ж імпульсу, але спрямованого в протилежний бік.

У будь-якій ракеті, незалежно від її конструкції, завжди є оболонка та паливо з окислювачем. Оболонка ракети включає корисний вантаж (в даному випадку це космічний корабель), приладовий відсік і двигун (камера згоряння, насоси тощо).

Основну масу ракети становить паливо з окислювачем (окислювач необхідний підтримки горіння палива, оскільки у космосі немає кисню).

Паливо та окислювач за допомогою насосів подаються до камери згоряння. Паливо, згоряючи, перетворюється на газ високої температури та високого тиску. Завдяки великій різниці тисків в камері згоряння і в космічному просторі, гази з камери згоряння потужним струменем спрямовуються назовні через розтруб спеціальної форми, званий соплом. Призначення сопла полягає в тому, щоб підвищити швидкість струменя.

Перед стартом ракети її імпульс дорівнює нулю. В результаті взаємодії газу в камері згоряння та решти всіх частин ракети вириваються через сопло газ отримує деякий імпульс. Тоді ракета є замкнуту систему, і її загальний імпульс повинен і після запуску дорівнює нулю. Тому і оболонка ракети зовсім, що в ній знаходиться, отримує імпульс, що дорівнює модулю імпульсу газу, але протилежний у напрямку.

Найбільш масивну частину ракети, призначену для старту та розгону всієї ракети, називають першим ступенем. Коли перший масивний ступінь багатоступінчастої ракети вичерпає при розгоні всі запаси палива, вона відокремлюється. Подальший розгін продовжує другий, менш масивний ступінь, і до раніше досягнутого за допомогою першого ступеня швидкості вона додає ще деяку швидкість, а потім відокремлюється. Третій ступінь продовжує нарощування швидкості до необхідного значення та доставляє корисний вантаж на орбіту.

Першою людиною, яка здійснила політ у космічному просторі, був громадянин Радянського Союзу Юрій Олексійович Гагарін. 12 квітня 1961 р. Він облетів земну кулю на кораблі-супутнику «Схід»

Радянські ракети першими досягли Місяця, облетіли Місяць і сфотографували його невидиму із Землі бік, першими досягли планету Венера і доставили її поверхню наукові прилади. У 1986 р. два радянські космічні кораблі «Вега-1» і «Вега-2» з близької відстані досліджували комету Галлея, що наближається до Сонця один раз на 76 років.

Для більшості людей термін «реактивний рух» представляється у вигляді сучасного прогресу в науці та техніці, особливо в галузі фізики. Реактивний рух у техніці асоціюється у багатьох із космічними кораблями, супутниками та реактивною авіатехнікою. Виявляється, явище реактивного руху існувало набагато раніше, ніж сама людина, та незалежно від нього. Люди лише зуміли зрозуміти, скористатися та розвинути те, що підпорядковане законам природи та світобудови.

Що таке реактивний рух?

Англійською мовою слово «реактивний» звучить як «jet». Під ним мається на увазі рух тіла, що утворюється в процесі відокремлення від нього частини з певною швидкістю. Виявляється сила, яка рухає тіло у зворотний бік від напрямку руху, відокремлюючи від нього частину. Щоразу, коли матерія виривається з предмета, а предмет у своїй рухається у напрямі, спостерігається реактивний рух. Щоб піднімати предмети у повітря, інженери повинні спроектувати потужну реактивну установку. Випускаючи струмені полум'я, двигуни ракети піднімають її на орбіту Землі. Іноді ракети запускають супутники та космічні зонди.

Що стосується авіалайнерів і військових літаків, то принцип їх роботи чимось нагадує зліт ракети: фізичне тіло реагує на потужний струмінь газу, що викидається, в результаті чого воно рухається в протилежний бік. Це і є основним принципом роботи реактивних літаків.

Закони Ньютона у реактивному русі

Інженери засновують свої розробки на принципах устрою світобудови, які вперше докладно описані в роботах видатного британського вченого Ісаака Ньютона, який жив наприкінці 17 століття. Закони Ньютона описують механізми гравітації та розповідають нам про те, що відбувається, коли предмети рухаються. Вони особливо чітко пояснюють рух тіл у просторі.

Другий закон Ньютона визначає, що сила предмета, що рухається, залежить від того, скільки матерії він вміщує, іншими словами, його маси і зміни швидкості руху (прискорення). Отже, щоб створити потужну ракету, необхідно, щоб вона постійно випускала велику кількість високошвидкісної енергії. Третій закон Ньютона говорить про те, що на кожну дію буде рівна за силою, але протилежна реакція – протидія. Реактивні двигуни в природі та техніці підпорядковуються цим законам. У випадку ракети сила дії - матерія, яка вилітає з вихлопної труби. Протидія є поштовх ракети вперед. Саме сила викидів із неї штовхає ракету. У космосі, де ракета практично немає ваги, навіть незначний поштовх від ракетних двигунів здатний змусити великий корабель швидко летіти вперед.

Техніка, що використовує реактивний рух

Фізика реактивного руху полягає в тому, що прискорення або гальмування тіла відбувається без впливу оточуючих тіл. Процес відбувається внаслідок відділення частини системи.

Приклади реактивного руху на техніці - це:

явище віддачі від пострілу;
вибухи;
удари під час аварій;
віддача при використанні потужного брандспойту;
катер із водометним двигуном;
реактивний літак та ракета.

Тіла створюють закриту систему, якщо вони взаємодіють лише одне з одним. Така взаємодія може призвести до зміни механічного стану тіл, що утворюють систему.

У чому дія закону збереження імпульсу?

Вперше цей закон було оголошено французьким філософом та фізиком Р. Декартом. При взаємодії двох чи більше тіл утворюється з-поміж них замкнута система. Будь-яке тіло при русі має свій імпульс. Це маса тіла, помножена з його швидкість. Загальний імпульс системи дорівнює векторній сумі імпульсів тіл, що у ній. Імпульс будь-якого з тіл усередині системи змінюється внаслідок їхнього взаємного впливу. Загальний імпульс тіл, що у замкнутої системі, залишається незмінним при різних переміщеннях і взаємодіях тіл. У цьому полягає закон збереження імпульсу.

Прикладами дії цього закону можуть бути будь-які зіткнення тіл (більярдних куль, автомобілів, елементарних частинок), а також розриви тіл та стрілянина. При пострілі зі зброї відбувається віддача: снаряд мчить уперед, а сама зброя відштовхується назад. Чому це відбувається? Куля та зброя формують між собою замкнуту систему, де працює закон збереження імпульсу. При стрільбі імпульси самої зброї та кулі змінюються. Але сумарний імпульс зброї і кулі, що знаходиться в ньому, перед пострілом дорівнюватиме сумарному імпульсу зброї, що відкочується, і випущеної кулі після стрілянини. Якби куля і рушниця мали однакову масу, вони розлетілися б у протилежні сторони з однаковою швидкістю.

Закон збереження імпульсу має широке практичне застосування. Він дозволяє пояснити реактивний рух, завдяки якому досягаються найвищі швидкості.

Реактивний рух у фізиці

Найяскравішим взірцем закону збереження імпульсу служить реактивний рух, здійснюване ракетою. Найважливішою частиною двигуна є камера згоряння. В одній із її стінок знаходиться реактивне сопло, пристосоване для випуску газу, що виникає при спалюванні палива. Під дією високої температури та тиску газ на величезній швидкості виходить із сопла двигуна. Перед стартом ракети її імпульс щодо Землі дорівнює нулю. У момент запуску ракета також отримує імпульс, який дорівнює імпульсу газу, але протилежний у напрямку.

Приклад фізики реактивного руху можна побачити скрізь. Під час святкування дня народження повітряна кулька цілком може стати ракетою. Яким чином? Надуйте повітряну кулю, затискаючи відкритий отвір, щоб повітря не виходило з нього. Тепер відпустіть його. Повітряна куля з величезною швидкістю ганятиме по кімнаті, що підганяється повітрям, що вилітає з неї.

Історія реактивного руху

Історія реактивних двигунів розпочалася ще за 120 років до н.е., коли Герон Олександрійський сконструював перший реактивний двигун – еоліпіл. У металеву кулю наливають воду, що нагрівається вогнем. Пара, що виривається з цієї кулі, обертає її. Цей пристрій показує реактивний рух. Двигун Герона жерці успішно застосовували для відкриття та закривання дверей храму. Модифікація еоліпіла – Сегнерове колесо, яке ефективно використовується в наш час для поливу сільськогосподарських угідь. У 16 столітті Джованні Бранка представив світові першу парову турбіну, яка працювала на принципі реактивного руху. Ісаак Ньютон запропонував один із перших проектів парового автомобіля.

Перші спроби використання реактивного руху на техніці для переміщення землею відносять до 15-17 століть. Ще 1000 років тому китайці мали ракети, які використовували як військову зброю. Наприклад, у 1232 році, згідно з хронікою, у війні з монголами вони використовували стріли, обладнані ракетами.

Перші спроби побудови реактивного літака розпочалися ще 1910 року. За основу було взято ракетні дослідження минулих століть, де докладно розповідалося про використання порохових прискорювачів, здатних суттєво скоротити довжину форсажу та розбігу. Головним конструктором став румунський інженер Анрі Коанда, який збудував літальний апарат, що працює на основі поршневого двигуна. Першовідкривачем реактивного руху в техніці можна назвати інженера з Англії - Френка Уітла, який запропонував перші ідеї щодо створення реактивного двигуна і отримав на них свій патент наприкінці XIX століття.

Перші реактивні двигуни

Вперше розробкою реактивного двигуна у Росії зайнялися на початку 20 століття. Теорію руху реактивних апаратів та ракетної техніки, здатних розвинути надзвукову швидкість, висунув відомий російський учений К. Е. Ціолковський. Втілити цей задум у життя вдалося талановитому конструктору А. М. Люльке. Саме він створив проект першого в СРСР реактивного літака, який працює за допомогою реактивної турбіни. Перші реактивні літаки було створено німецькими інженерами. Створення проектів та виробництво проводилися таємно на замаскованих заводах. Гітлер зі своєю ідеєю стати світовим правителем, підключав найкращих конструкторів Німеччини для виробництва наймогутнішої зброї, у тому числі високошвидкісних літаків. Найбільш успішним із них став перший німецький реактивний літак «Мессершмітт-262». Цей літальний апарат став першим у світі, який успішно виніс усі випробування, вільно піднявся у повітря та почав після цього випускатися серійно.

Літак мав такі особливості:

Апарат мав два турбореактивні двигуни.
У носовій частині розташовувався радіолокатор.
Максимальна швидкість літака сягала 900 км/год.

Завдяки всім цим показникам та конструктивним особливостям перший реактивний літальний апарат «Мессершміт-262» був грізним засобом боротьби проти інших літаків.

Прототипи сучасних авіалайнерів

У післявоєнний час російськими конструкторами було створено реактивні літаки, які надалі стали прототипами сучасних авіалайнерів.

І-250, більш відомий як легендарний МіГ-13, - винищувач, над яким працював А. І. Мікоян. Перший політ був зроблений навесні 1945 року, на той час реактивний винищувач показав рекордну швидкість, що досягла 820 км/год. Запущено у виробництво реактивні літаки МіГ-9 і Як-15 .

У квітні 1945 року вперше в небо піднявся реактивний літак П. О. Сухого - Су-5, що піднімається і літає за рахунок повітряно-реактивного мотокомпресорного та поршневого двигуна, розташованого у хвостовій частині конструкції.

Після закінчення війни та капітуляції фашистської Німеччини Радянському Союзу як трофеї дісталися німецькі літаки з реактивними двигунами JUMO-004 та BMW-003.

Перші світові прототипи

Розробкою, тестуванням нових авіалайнерів та їх виробництвом займалися не лише німецькі та радянські конструктори. Інженерами США, Італії, Японії, Великобританії також було створено чимало успішних проектів, які застосовують реактивний рух у техніці. До перших розробок з різними типами двигунів можна віднести:

Не-178 - німецький літак із турбореактивною силовою установкою, що піднявся у повітря у серпні 1939 року.
GlosterE. 28/39 - літальний апарат родом із Великобританії, з мотором турбореактивного типу, вперше піднявся в небо 1941 року.
Не-176 – винищувач, створений у Німеччині із застосуванням ракетного двигуна, здійснив свій перший політ у липні 1939 року.
БІ-2 - перший радянський літальний апарат, який рухався за допомогою ракетної силової установки.
CampiniN.1 – реактивний літак, створений в Італії, який став першою спробою італійських конструкторів відійти від поршневого аналога.
Yokosuka MXY7 Ohka ("Ока") з мотором Tsu-11 - японський винищувач-бомбардувальник, так званий одноразовий літальний апарат з пілотом-камікадзе на борту.

Використання реактивного руху в техніці послужило різким поштовхом для швидкого створення наступних реактивних літальних апаратів та подальшого розвитку військового та цивільного літакобудування.

GlosterMeteor - повітряно-реактивний винищувач, виготовлений у Великій Британії в 1943 році, зіграв істотну роль у Другій Світовій війні, а після її завершення виконував завдання перехоплювача німецьких ракет «Фау-1».
LockheedF-80 - реактивний літальний апарат, вироблений США із застосуванням мотора типу AllisonJ. Ці літаки неодноразово брали участь у японсько-корейській війні.
B-45 Tornado – прототип сучасних американських бомбардувальників B-52, створений у 1947 році.
МіГ-15 - послідовник визнаного реактивного винищувача МіГ-9, який брав активну участь у військовому конфлікті в Кореї, був проведений у грудні 1947 р.
Ту-144 – перший радянський надзвуковий повітряно-реактивний пасажирський літак.

Сучасні реактивні апарати

З кожним роком авіалайнери вдосконалюються, адже конструктори з усього світу працюють над тим, щоб створювати апарати нового покоління, здатні літати зі швидкістю звуку та надзвукових швидкостей. Зараз існують лайнери, здатні вміщувати велику кількість пасажирів і вантажів, що мають величезні розміри і неймовірну швидкість понад 3000 км/год, військова авіатехніка, обладнана сучасним бойовим екіпіруванням.

Але серед цього різноманіття є кілька конструкцій реактивних літаків-рекордсменів:

Airbus A380 - найбільш місткий апарат, здатний прийняти на своєму борту 853 пасажири, що забезпечено двопалубною конструкцією. Він же за сумісництвом один із розкішних і дорогих авіалайнерів сучасності. Найбільший пасажирський лайнер у повітрі.
Boeing 747 - понад 35 років вважався найбільш містким двоповерховим лайнером і міг перевозити 524 пасажири.
АН-225 «Мрія» - вантажний літальний апарат, який може похвалитися вантажопідйомністю 250 тонн.
LockheedSR-71 – реактивний літак, що досягає під час польоту швидкості 3529 км/год.

Авіаційні дослідження не стоять на місці, тому що реактивні літаки - це основа сучасної авіації, що стрімко розвивається. Наразі проектується кілька західних та російських пілотованих, пасажирських, безпілотних авіалайнерів із реактивними двигунами, випуск яких запланований на найближчі кілька років.

До російських інноваційних розробок майбутнього можна віднести винищувач 5-го покоління ПАК ФА - Т-50, перші екземпляри якого надійдуть у війська приблизно наприкінці 2017 або на початку 2018 року після випробування нового реактивного двигуна.

Природа – приклад реактивного руху

Реактивний принцип руху спочатку був підказаний самою природою. Його дією користуються личинки деяких видів бабок, медузи, багато молюсків - морські гребінці, каракатиці, восьминоги, кальмари. Вони використовують своєрідний «принцип відштовхування». Каракатиці втягують воду і викидають її так швидко, що самі при цьому роблять ривок вперед. Кальмари, використовуючи цей спосіб, можуть досягати швидкості до 70 кілометрів на годину. Саме тому такий спосіб пересування дозволив назвати кальмарів "біологічними ракетами". Інженери вже винайшли двигун, який працює за принципом рухів кальмару. Одним із прикладів застосування реактивного руху в природі та техніці є водомет.

Цей пристрій забезпечує рух за допомогою сили води, що викидається під сильним натиском. У пристрій вода закачується в камеру, а потім випускається з неї через сопло, а судно рухається у зворотному викиді струменя напрямку. Вода затягується за допомогою двигуна, що працює на дизелі чи бензині.

Приклад реактивного руху пропонує нам і світ рослин. Серед них трапляються види, які використовують такий рух для поширення насіння, наприклад, скажений огірок. Тільки зовні ця рослина подібна до звичних для нас огірків. А характеристику «шалений» воно отримало через дивний спосіб розмноження. Дозріваючи, плоди відскакують від плодоніжок. У результаті відкривається отвір, через який огірок стріляє речовиною, що містить придатні для проростання насіння, застосовуючи реактивність. А сам огірок при цьому відскакує до дванадцяти метрів убік, зворотний постріл.

Прояв у природі та техніці реактивного руху підвладний одним і тим же законам світобудови. Людство дедалі більше використовує ці закони задля досягнення своїх цілей у атмосфері Землі, а й у просторах космосу, і реактивний рух є цьому яскравим прикладом.