Реактивний рух історія відкриття. Доповідь: Реактивний рух у природі та техніці

Цю вертушку можна назвати першою у світі паровою реактивною турбіною.

Китайська ракета

Ще раніше, за багато років до Герона Олександрійського, у Китаї теж винайшли реактивний двигундещо іншого пристрою, званого нині феєрверковою ракетою. Феєрверкові ракети не слід змішувати з їхніми тезками - сигнальними ракетами, які застосовують в армії та флоті, а також пускають у дні всенародних свят під гуркіт артилерійського салюту. Сигнальні ракети - це кулі, спресовані з речовини, що горить кольоровим полум'ям. Ними вистрілюють із великокаліберних пістолетів - ракетниць.

Китайська ракетає картонною або металевою трубкою, закритою з одного кінця і наповненою пороховим складом. Коли цю суміш підпалюють, струмінь газів, вириваючись з великою швидкістю з відкритого кінця трубки, змушує ракету летіти у бік, протилежний напряму газового струменя. Злітати така ракета може без допомоги пістолета-ракетниці. Паличка, прив'язана до корпусу ракети, робить її політ більш стійким та прямолінійним.

Мешканці моря

У світі тварин:

Тут також трапляється реактивний рух. Каракатиці, восьминоги та деякі інші головоногі молюски не мають ні плавців, ні потужного хвоста, а плавають не гірше за інших. мешканців моря. Ці м'якотілі істоти в тілі мають досить місткий мішок або порожнину. У порожнину набирається вода, а потім тварина з великою силою виштовхує цю воду назовні. Реакція викинутої води змушує тварину плисти у бік, протилежний напряму струменя.

Падаюча кішка

Але найцікавіший спосіб руху продемонструвала звичайна кішка.

Років сто п'ятдесят тому відомий французький фізик Марсель Депрезаявив:

А чи знаєте, закони Ньютона не зовсім вірні. Тіло може рухатися за допомогою внутрішніх сил, ні на що не спираючись і від чого не відштовхуючись.

Де підтвердження, де приклади? – протестували слухачі.

Бажаєте доказів? Будьте ласкаві. Кішка, що ненароком зірвалася з даху, - ось доказ! Як би кішка не падала, хоч головою вниз, на землю вона обов'язково стане всіма чотирма лапками. Але ж падаюча кішка ні на що не спирається і ні від чого не відштовхується, а швидко і спритно перевертається. (Опір повітря можна знехтувати - воно надто мізерне.)

Справді, це знають усі: кішки, падаючи; примудряються завжди ставати на ноги.

Кішки це роблять інстинктивно, а людина може зробити те саме свідомо. Плавці, що стрибають з вежі у воду, вміють виконувати складну фігуру - потрійне сальто, тобто тричі перевернутися в повітрі, а потім раптом випростатися, зупинити обертання свого тіла і вже по прямій лінії пірнути у воду.

Такі ж рухи, - без взаємодії з будь-яким стороннім предметом, трапляється спостерігати у цирку під час виступу акробатів – повітряних гімнастів.

Падаючу кішку сфотографували кінознімальним апаратом і потім на екрані розглядали кадр за кадром, що робить кішка, коли летить у повітрі. Виявилося, що кішка швидко крутить лапкою. Обертання лапки викликає рух у відповідь- реакцію всього тулуба, і воно повертається в бік, протилежну руху лапки. Все відбувається у суворій відповідності до законів Ньютона, і саме завдяки їм кішка стає на ноги.

Те саме відбувається у всіх випадках, коли жива істота без жодної видимої причини змінює свій рух у повітрі.

Водометний катер

У винахідників з'явилася думка, а чому б не запозичити у каракатиць їх спосіб плавання. Вони вирішили побудувати самохідне судно з водно-реактивним двигуном. Ідея безумовно здійсненна. Щоправда, впевненості в успіху не було: винахідники сумнівалися, чи вийде такий водометний катеркраще звичайного гвинтового. Потрібно було зробити досвід.

Вибрали старий буксирний пароплав, відлагодили його корпус, зняли гребні гвинти, а в машинному відділенні поставили насос-водомет. Цей насос хитав забортну воду і через трубу виштовхував її за корму сильним струменем. Пароплав плив, але рухався він все ж таки повільніше гвинтового пароплава. І це пояснюється просто: звичайний гребний гвинт обертається за кормою нічим не стиснутий, навколо нього тільки вода; воду у водометном насосі рухав майже такий самий гвинт, але обертався він не на воді, а тісній трубі. Виникало тертя водяного струменя об стінки. Тертя послаблювало натиск струменя. Пароплав з водометним рушієм плив повільніше за гвинтове і палива витрачав більше.

Однак від будівництва таких пароплавів не відмовилися: вони знайшли важливі переваги. Судно, з гребним гвинтом, повинне сидіти у воді глибоко, інакше гвинт буде без толку пінити воду або крутитися в повітрі. Тому гвинтові пароплави бояться мілин і перекатів, вони не можуть плавати по мілководді. А водометні пароплави можна будувати дрібносидячими та плоскодонними: їм глибина не потрібна – де пройде човен, там пройде і водометний пароплав.

Перші водометні катери в Радянському Союзі збудовані 1953 року на Красноярській суднобудівній верфі. Вони призначені для малих річок, де звичайні пароплави не можуть плавати.

Особливо старанно інженери, винахідники та вчені зайнялися дослідженням реактивного руху з появою вогнепальної зброї. Перші рушниці – всілякі пістолі, мушкети та самопали – при кожному пострілі сильно вдаряли людину в плече. Після кількох десятків пострілів плече починало так боліти, що солдат уже не міг цілитися. Перші гармати - пищали, єдинороги, кулеврини і бомбарди - при пострілі відстрибували назад, так що, траплялося, калічили гармат-артилеристів, якщо вони не встигали ухилитися і відскочити вбік.

Віддача зброї заважала влучній стрільбі, бо гармата здригалася раніше, ніж ядро ​​чи граната вилітали зі стовбура. Це збивало наведення. Стрілянина виходила неприцільною.

Інженери-артилеристи розпочали боротьбу з віддачею понад чотириста п'ятдесят років тому. Спочатку лафет забезпечили сошником, який врізався в землю і служив міцним упором для гармати. Тоді думали, що якщо добре підперти гармату ззаду, так щоб їй не було куди відкочуватися, то віддача зникне. Але то була помилка. Не було прийнято до уваги закону збереження кількості руху. Гармати ламали всі підпірки, а лафети так розхитувалися, що зброя ставала непридатною для бойової роботи. Тоді винахідники зрозуміли, що закони руху, як і будь-які закони природи, не можна переробити по-своєму, їх можна лише перехитрити за допомогою науки - механіки.

Біля лафета вони залишили порівняно невеликий сошник для упору, а стовбур гармати поклали на санки так, щоб відкочувався тільки один стовбур, а не всі знаряддя цілком. Стовбур з'єднали з поршнем компресора, який ходить у своєму циліндрі так само, як поршень парової машини. Але в циліндрі парової машини - пара, а в гарматному компресорі - олія та пружина (або стиснене повітря).

Коли ствол гармати відкочується назад, поршень стискає пружину. Олія в цей час крізь дрібні отвори в поршні продавлюється по інший бік поршня. Виникає сильне тертя, яке частково поглинає рух стовбура, що відкочується, робить його більш повільним і плавним. Потім стисла пружина розправляється і повертає поршень, а разом із ним і ствол зброї на колишнє місце. Масло натискає на клапан, відкриває його і вільно перетікає знову під поршень. Під час побіжного вогню ствол зброї майже безперервно рухається вперед і назад.

У гарматному компресорі віддача поглинається тертям.

Дульне гальмо

Коли потужність і далекобійність гармат зросла, компресора виявилося замало, щоб знешкодити віддачу. На допомогу йому було винайдено дульне гальмо.

Дульне гальмо - це лише коротка сталева труба, укріплена на зрізі стовбура і служить як би його продовженням. Діаметр її більший за діаметр каналу стовбура, і тому вона анітрохи не заважає снаряду вилітати з дула. У стінках трубки по колу прорізано кілька довгастих отворів.

Порохові гази, що вилітають із стовбура зброї слідом за снарядом, відразу ж розходяться в сторони, і частина їх потрапляє в отвори дульного гальма. Ці гази з великою силою ударяються об стінки отворів, відштовхуються від них і вилітають назовні, але вже не вперед, а трохи навскіс і назад. При цьому вони тиснуть на стінки вперед і штовхають їх, а разом із ними і весь ствол зброї. Вони допомагають лафетній пружині тому, що прагнуть викликати відкат стовбура вперед. А коли вони були в стовбурі, вони штовхали зброю назад. Дульне гальмо значно зменшує і послаблює віддачу.

Інші винахідники пішли іншим шляхом. Замість того, щоб боротися з реактивним рухом стволаі намагатися його погасити, вони вирішили застосувати відкат зброї з користю справи. Ці винахідники створили багато зразків автоматичної зброї: гвинтівок, пістолетів, кулеметів та гармат, у яких віддача служить для того, щоб викидати використану гільзу та перезаряджати зброю.

Реактивна артилерія

Можна зовсім не боротися з віддачею, а використовувати її: адже дія та реакція (віддача) рівносильні, рівноправні, рівновеликі, так нехай же реактивна дія порохових газівзамість того, щоб відштовхувати назад стовбур зброї, посилає снаряд вперед в ціль. Так було створено реактивна артилерія. У ній струмінь газів б'є не вперед, а назад, створюючи в снаряді реакцію, спрямовану вперед.

Для реактивної зброївиявляється непотрібним дорогий і важкий ствол. Для спрямування польоту снаряда чудово служить більш дешева, проста залізна труба. Можна обійтися зовсім без труби, а змусити снаряд ковзати двома металевими рейками.

За своїм пристроєм реактивний снаряд подібний до феєрверкової ракети, він тільки розмірами побільше. У його головній частині замість складу для кольорового бенгальського вогню міститься розривний заряд великої руйнівної сили. Середина снаряда наповнюється порохом, який при горінні створює потужний струмінь гарячих газів, що штовхають снаряд уперед. При цьому згоряння пороху може тривати значну частину часу польоту, а не тільки короткий проміжок часу, поки звичайний снаряд просувається в стовбурі звичайної гармати. Постріл не супроводжується таким гучним звуком.

Реактивна артилерія не молодша за звичайну артилерію, а може, навіть старша за неї: про бойове застосування ракет повідомляють старовинні китайські та арабські книги, написані понад тисячу років тому.

В описах битв пізніших часів ні, та й промайне згадка про бойові ракети. Коли англійські війська підкорювали Індію, індійські воїни-ракетники своїми вогнехвостими стрілами наводили жах на загарбників-англійців, які поневолювали їхню батьківщину. Для англійців на той час реактивна зброя була на диво.

Ракетними гранатами, винайденими генералом К. І. Костянтиновим, мужні захисники Севастополя у 1854-1855 роках відбивали атаки англо-французьких військ.

Ракета

Величезна перевага перед звичайною артилерією - відпадала необхідність возити у себе важкі гармати - привернула до реактивної артилерії увагу воєначальників. Але така велика вада заважала її вдосконаленню.

Справа в тому, що метальний, або, як раніше казали, форсовий, заряд вміли робити лише з чорного пороху. А чорний порох небезпечний у користуванні. Траплялося, що при виготовленні ракетметальний заряд вибухав, і гинули робітники. Іноді ракета вибухала під час запуску, і гинули артилеристи. Виготовляти та вживати таку зброю було небезпечно. Тому воно і не набуло широкого поширення.

Започатковані успішно роботи, однак, не призвели до будівництва міжпланетного корабля. Німецькі фашисти підготували та розв'язали кровопролитну світову війну.

Реактивний снаряд

Недолік при виготовленні ракет усунули радянські конструктори та винахідники. У роки Великої Вітчизняної війни вони дали нашій армії чудову реактивну зброю. Були збудовані гвардійські міномети - «катюші» і винайдені РС («ерес») - реактивні снаряди.

За своєю якістю радянська реактивна артилерія перевершила всі іноземні зразки і завдавала ворогам величезної шкоди.

Захищаючи Батьківщину, радянський народ змушений був поставити всі досягнення ракетної техніки на службу оборони.

У фашистських державах багато вчених та інженерів ще до війни посилено розробляли проекти нелюдських знарядь руйнування та масових вбивств. Це вони вважали за мету науки.

Самокеровані літаки

Під час війни гітлерівські інженери побудували кілька сотень самоврядних літаків: снарядів «ФАУ-1» та реактивних снарядів «ФАУ-2». То були сигароподібні снаряди, що мали завдовжки 14 метрів і діаметром 165 сантиметрів. Важила смертоносна сигара 12 тонн; з них 9 тонн – паливо, 2 тонни – корпус та 1 тонна – вибухова речовина. "ФАУ-2" летіли зі швидкістю до 5500 кілометрів на годину і могли підніматися у висоту на 170-180 кілометрів.

Точністю влучення ці засоби руйнування не відрізнялися і були придатні лише для обстрілу таких великих мішеней, як великі та густонаселені міста. Німецькі фашисти випускали «ФАУ-2» за 200-300 кілометрів від Лондона з розрахунку, що місто велике, - кудись потрапить!

Навряд чи Ньютон міг припускати, що його дотепний досвід та відкриті ним закони руху ляжуть в основу зброї, створеної звіриною злістю до людей, і цілі квартали Лондона звернуться до руїн і стануть могилами людей, захоплених нальотом сліпих «ФАУ».

Космічний корабель

Вже багато століть люди плекали мрію про польоти у міжпланетному просторі, про відвідини Місяця, загадкового Марса та хмарної Венери. На цю тему було написано безліч науково-фантастичних романів, повістей та оповідань. Письменники відправляли своїх героїв у надхмарні дали на дресованих лебедях, на повітряних кулях, у гарматних снарядах або ще якимось неймовірним чином. Проте ці способи польоту грунтувалися на вигадках, які мали опори науці. Люди тільки вірили, що вони колись зуміють покинути нашу планету, але не знали, як це їм вдасться здійснити.

Чудовий вчений Костянтин Едуардович Ціолковський 1903 року вперше дав наукову основу ідеї космічних подорожей. Він довів, що люди можуть залишити земну кулю і транспортним засобом для цього послужить ракета, тому що ракета - єдиний двигун, який не потребує свого руху будь-якої зовнішньої опори. Тому ракетаздатна літати у безповітряному просторі.

За своїм пристроєм космічний корабель повинен бути подібний до реактивного снаряда, тільки в його головній частині поміститься кабіна для пасажирів і приладів, а решта простору буде зайнято запасом горючої суміші і двигуном.

Щоб надати кораблю потрібну швидкість, потрібно потрібне паливо. Порох та інші вибухові речовини в жодному разі не придатні: вони й небезпечні та надто швидко згоряють, не забезпечуючи тривалого руху. Ціолковський рекомендував застосовувати рідке паливо: спирт, бензин або зріджений водень, що горять у струмені чистого кисню або будь-якого іншого окислювача. Правильність цієї ради визнали всі, бо найкращого палива тоді не знали.

Перша ракета з рідким пальним, що важила шістнадцять кілограмів, була випробувана в Німеччині 10 квітня 1929 року. Досвідчена ракета злетіла в повітря і зникла з виду раніше, ніж винахідник і всі присутні зуміли простежити, куди вона полетіла. Знайти ракету після досвіду не вдалось. Наступного разу винахідник вирішив «перехитрити» ракету і прив'язав до неї мотузку завдовжки чотири кілометри. Ракета злетіла, тягнучи за собою мотузковий хвіст. Вона витягла два кілометри мотузки, обірвала її і пішла за своєю попередницею у невідомому напрямку. І цю втік також не вдалося знайти.

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.

Але жоден учений, жоден письменник-фантаст за багато століть не зміг назвати єдиного засобу, що знаходиться в розпорядженні людини, за допомогою якого можна подолати силу земного тяжіння і полетіти в космос. Це зміг здійснити російський учений Костянтин Едуардович Ціолковський (1857–1935). 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 в кінетичну енергію газового струменя, при цьому двигун набуває швидкості у зворотному напрямку. На яких же принципах та фізичних законах ґрунтується його дія?

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. Це легко пояснити із закону збереження імпульсу, який свідчить, що геометрична (тобто векторна) сума імпульсів тіл, що становлять замкнуту систему, залишається постійною за будь-яких рухів і взаємодій тіл системи.

Ціолковський вивів формулу, що дозволяє розрахувати максимальну швидкість, яку може розвинути ракета.

Максимально досяжна швидкість залежить в першу чергу від швидкості закінчення газів із сопла, яка в свою чергу залежить насамперед від виду палива та температури газового струменя. Чим вища температура, тим більша швидкість. Значить, для ракети потрібно підбирати саме калорійне паливо, що дає найбільшу кількість теплоти. Відношення маси палива до маси ракети в кінці роботи двигуна (тобто по суті до ваги порожньої ракети) називається числом Ціолковського.

Основний висновок у тому, що у безповітряному просторі ракета розвине тим більшу швидкість, що більше швидкість закінчення газів і що більше число Ціолковського.

Руху тіл змінної маси.
Знання закону збереження імпульсу у часто дає можливість знайти результат взаємодії тіл, коли значення діючих сил невідомі.

Розглянемо як приклад дію реактивного двигуна. При згорянні палива камери згоряння ракети утворюються гази, нагріті до високої температури. При дії двигуна протягом короткого інтервалу часу t із сопла ракети викидаються зі швидкістю u щодо ракети гарячі гази масою m. Ракета і гази, що викидаються її двигуном, взаємодіють між собою. На підставі закону збереження імпульсу за відсутності зовнішніх сил сума векторів імпульсів тіл, що взаємодіють, залишається постійною.

До початку роботи двигунів імпульс ракети та пального дорівнював нулю, отже, і після включення сума змін векторів імпульсу ракети та імпульсу витікаючих газів дорівнює нулю:

де m – маса ракети, V – зміна швидкості ракети, m – маса викинутих газів, u – швидкість закінчення газів.

Звідси для векторів імпульсу отримуємо:

Розділимо обидві частини рівності на інтервал часу t протягом якого працювали двигуни ракети:

або

Добуток маси ракети m на прискорення її руху a за визначенням дорівнює силі, що викликає це прискорення:

Таким чином, ми показали, що реактивна сила тяги Fp дорівнює добутку швидкості u руху газів, що викидаються відносно ракети на секундну витрату палива m/t .

Реактивна сила тяги Fp діє з боку газів на ракету і спрямована у бік, протилежний спливу газів.

Вираз

є рівняння динаміки тіла змінної маси для випадку, коли зовнішні сили дорівнюють нулю. Якщо ж на ракету, крім реактивної сили Fp, діє зовнішня сила F, то рівняння динаміки руху набуде вигляду:

Це рівняння отримано професором Петербурзького університету
І. В. Мещерського і носить його ім'я.

Формула Мещерського є узагальнення другого закону Ньютона для руху тіл змінної маси. Прискорення тіла змінної маси визначається не тільки зовнішніми силами F, що діють на тіло, але і реактивною силою Fp, обумовленої зміною маси тіла, що рухається:

ракета. Система двох тел. Корпус палива.
Корпус – труба з одним відкритим кінцем для виходу відпрацьованих газів. На хвості ставлять сопла (трубки) для спрямованого викиду газів із великою швидкістю.
Паливо - складне пальне, яке при спалюванні перетворюється на газ великої температури та великого руху.

V ракети залежить від m палива та самої ракети, а також від V викидів газів.

У цій формулі не враховується опір повітря і F пр до Землі.

Насправді, викид газів відбувається не миттєво, а поступово. Якщо врахувати всі умови, то палива треба брати набагато більше.

Щоб повідомити корабль першу космічну швидкість, то

Закони Ньютона дозволяють пояснити дуже важливе механічне явище. реактивний рух. Так називають рух тіла, що виникає при відокремленні від нього з якоюсь швидкістю деякої його частини.

Візьмемо, наприклад, дитячу гумову кульку, надуємо її і відпустимо. Ми побачимо, що коли повітря почне виходити з нього в один бік, сама кулька полетить в інший. Це і є реактивний рух.

За принципом реактивного руху пересуваються деякі представники тваринного світу, наприклад кальмари та восьминоги. Періодично викидаючи воду, що вбирається в себе, вони здатні розвивати швидкість до 60-70 км/год. Аналогічним чином переміщаються медузи, каракатиці та деякі інші тварини.

Приклади реактивного руху можна знайти й у світі рослин. Наприклад, дозрілі плоди «шаленого» огірка при найлегшому дотику відскакують від плодоніжки і з отвору, що утворився на місці ніжки, що звільнилася, з силою викидається гірка рідина з насінням; самі огірки при цьому відлітають у протилежному напрямку.

Реактивний рух, що виникає під час викиду води, можна спостерігати на наступному досвіді. Наллємо воду у скляну лійку, з'єднану з гумовою трубкою, що має Г-подібний наконечник (рис. 20). Ми побачимо, що коли вода почне виливатися з трубки, сама трубка почне рухатися і відхилиться у бік, протилежний напряму витікання води.

На принципі реактивного руху засновані польоти ракет. Сучасна космічна ракета є дуже складним літальним апаратом, що складається з сотень тисяч і мільйонів деталей. Маса ракети величезна. Вона складається з маси робочого тіла (тобто розпечених газів, що утворюються в результаті згоряння палива і викидаються у вигляді реактивного струменя) і кінцевої або, як кажуть, «сухої» маси ракети, що залишається після викиду з ракети робочого тіла.

«Суха» маса ракети, у свою чергу, складається з маси конструкції (тобто оболонки ракети, її двигунів та системи керування) та маси корисного навантаження (тобто наукової апаратури, корпусу, що виводиться на орбіту космічного апарату, екіпажу та системи життєзабезпечення корабля).

У міру закінчення робочого тіла звільнені баки, зайві частини оболонки і т. д. починають обтяжувати ракету непотрібним вантажем, ускладнюючи її розгін. Тому для досягнення космічних швидкостей застосовують складові (або багатоступінчасті) ракети (рис. 21). Спочатку в таких ракетах працюють лише блоки першого ступеня 1. Коли запаси палива в них закінчуються, вони відокремлюються і включається другий ступінь 2; після вичерпання в ній палива вона також відокремлюється і включається третій ступінь 3. Супутник або який-небудь інший космічний апарат, що знаходиться в головній частині ракети, прихований головним обтічником 4, обтічна форма якого сприяє зменшенню опору повітря при польоті ракети в атмосфері Землі.

Коли реактивний газовий струмінь з великою швидкістю викидається з ракети, сама ракета прямує у протилежний бік. Чому це відбувається?

Відповідно до третього закону Ньютона, сила F, з якою ракета діє робоче тіло, дорівнює за величиною і протилежна за напрямом силі F", з якою робоче тіло діє на корпус ракети:

Сила F" (яку називають реактивною силою) і розганяє ракету.

З рівності (10.1) випливає, що імпульс, що повідомляється тілу, дорівнює добутку сили на час її дії. Тому однакові сили, що діють протягом того самого часу, повідомляють тілам рівні імпульси. В даному випадку імпульс m р v р, що купується ракетою, повинен пульсу m газ v газ викинутих газів:

m р v р = m газ v газ

Звідси випливає, що швидкість ракети

Проаналізуємо отриманий вираз. Ми бачимо, що швидкість ракети тим більша, чим більша швидкість газів, що викидаються і чим більше відношення маси робочого тіла (тобто маси палива) до кінцевої («сухої») маси ракети.

Формула (12.2) є наближеною. У ній не враховується, що в міру згоряння палива маса ракети, що летить, стає все менше і менше. Точна формула для швидкості ракети вперше була отримана в 1897 р. К. Е. Ціолковським і тому носить його ім'я.

Формула Ціолковського дозволяє розрахувати запаси палива, необхідні повідомлення ракеті заданої швидкості. У таблиці 3 наведено відношення початкової маси ракети m0 до її кінцевої маси m, що відповідають різним швидкостям ракети при швидкості газового струменя (щодо ракети) v = 4 км/с.

Наприклад, для повідомлення ракеті швидкості, що перевищує швидкість закінчення газів у 4 рази (v р =16 км/с), необхідно, щоб початкова маса ракети (разом з паливом) перевершувала кінцеву («суху») масу ракети в 55 разів (m 0 /m = 55). Це означає, що левову частку від усієї маси ракети на старті має становити саме маса палива. Корисне навантаження в порівнянні з нею повинна мати дуже малу масу.

Важливий внесок у розвиток теорії реактивного руху зробив сучасник К. Е. Ціолковського російський учений І. В. Мещерський (1859-1935). Його ім'ям названо рівняння руху тіла із змінною масою.

1. Що таке реактивний рух? Наведіть приклади. 2. У досвіді, зображеному на малюнку 22, при витіканні води через вигнуті трубки цебра обертається у напрямку, вказаному стрілкою. Поясніть явище. 3. Від чого залежить швидкість, яку купує ракета після згоряння палива?

Реферат

Фізика

На тему:

«Реактивний рух»

Виконала учениця МОУ ЗОШ №5

Г.Лобня, 10 "В" класу,

Степаненко Інна Юріївна

Реактивний рух.

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.

Але жоден учений, жоден письменник-фантаст за багато століть не зміг назвати єдиного засобу, що знаходиться в розпорядженні людини, за допомогою якого можна подолати силу земного тяжіння і полетіти в космос. Це зміг здійснити російський вчений Костянтин Едуардович Ціолковський (1857-1935). 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 в кінетичну енергію газового струменя, при цьому двигун набуває швидкості у зворотному напрямку. На яких же принципах та фізичних законах ґрунтується його дія?

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. Це легко пояснити із закону збереження імпульсу, який свідчить, що геометрична (тобто векторна) сума імпульсів тіл, що становлять замкнуту систему, залишається постійною за будь-яких рухів і взаємодій тіл системи, тобто.

Ціолковський вивів формулу, що дозволяє розрахувати максимальну швидкість, яку може розвинути ракета. Ось ця формула:

Тут v max – максимальна швидкість ракети, v 0 – початкова швидкість, v r – швидкість витікання газів із сопла, m – початкова маса палива, а M – маса порожньої ракети. Як видно з формули, ця максимально досяжна швидкість залежить в першу чергу від швидкості закінчення газів із сопла, яка в свою чергу залежить насамперед від виду палива та температури газового струменя. Чим вища температура, тим більша швидкість. Значить, для ракети потрібно підбирати саме калорійне паливо, що дає найбільшу кількість теплоти. З формули випливає також, що ця швидкість залежить від початкової і кінцевої масою ракети, тобто. від того, яка частина її ваги припадає на пальне, і яка - на марні (з погляду швидкості польоту) конструкції: корпус, механізми, і т.д.

Ця формула Ціолковського є фундаментом, на якому ґрунтується весь розрахунок сучасних ракет. Відношення маси палива до маси ракети наприкінці роботи двигуна (тобто по суті до ваги порожньої ракети) називається числом Ціолковського.

Основний висновок з цієї формули полягає в тому, що в безповітряному просторі ракета розвине тим більшу швидкість, чим більша швидкість закінчення газів і чим більша кількість Ціолковського.

Висновок.

Від себе додам, що цей мною опис роботи міжконтинентальної балістичної ракети застарів і відповідає рівню розвитку науки і техніки 60-х років, але, зважаючи на обмеженість доступу до сучасних наукових матеріалів, я не маю можливості дати точний опис роботи сучасної міжконтинентальної балістичної ракети наддальнього радіусу. . Однак мною були висвітлені загальні властивості, властиві всім ракетам, тому я вважаю своє завдання виконаним.

Список використаної литературы:

Дерябін В. М. Закони збереження у фізиці. - М.: Просвітництво, 1982.

Гельфер Я. М. Закони збереження. - М.: Наука, 1967.

Кузов До. Світ без форм. - М.: Світ, 1976.

Дитяча енциклопедія - М.: Видавництво АН СРСР, 1959.

>>Фізика: Реактивний рух

Закони Ньютона дозволяють пояснити дуже важливе механічне явище. реактивний рух.Так називають рух тіла, що виникає при відокремленні від нього з якоюсь швидкістю деякої його частини.

Візьмемо, наприклад, дитячу гумову кульку, надуємо її і відпустимо. Ми побачимо, що коли повітря почне виходити з нього в один бік, сама кулька полетить в інший. Це і є реактивний рух.

За принципом реактивного руху пересуваються деякі представники тваринного світу, наприклад кальмари та восьминоги. Періодично викидаючи воду, що вбирається в себе, вони здатні розвивати швидкість до 60-70 км/год. Аналогічним чином переміщаються медузи, каракатиці та деякі інші тварини.

Приклади реактивного руху можна знайти й у світі рослин. Наприклад, дозрілі плоди "шаленого" огірка при найлегшому дотику відскакують від плодоніжки і з отвору, що утворився на місці ніжки, що звільнилася, з силою викидається гірка рідина з насінням, самі огірки при цьому відлітають у протилежному напрямку.

Реактивний рух, що виникає під час викиду води, можна спостерігати на наступному досвіді. Наллємо воду у скляну лійку, з'єднану з гумовою трубкою, що має Г-подібний наконечник (рис. 20). Ми побачимо, що коли вода почне виливатися з трубки, сама трубка почне рухатися і відхилиться у бік, протилежний напряму витікання води.

На принципі реактивного руху засновані польоти ракет. Сучасна космічна ракета є дуже складним літальним апаратом, що складається з сотень тисяч і мільйонів деталей. Маса ракети величезна Вона складається з маси робочого тіла (тобто розпечених газів, що утворюються в результаті згоряння палива і викидаються у вигляді реактивного струменя) і кінцевої або, як кажуть, "сухої" маси ракети, що залишається після викиду з ракети робочого тіла.

"Суха" маса ракети, у свою чергу, складається з маси конструкції (тобто оболонки ракети, її двигунів і системи управління) і маси корисного навантаження (тобто наукової апаратури, корпусу космічного апарату, що виводиться на орбіту, екіпажу і системи життєзабезпечення корабля).

У міру закінчення робочого тіла звільнені баки, зайві частини оболонки і т. д. починають обтяжувати ракету непотрібним вантажем, ускладнюючи її розгін. Тому для досягнення космічних швидкостей застосовують складові (або багатоступінчасті) ракети (рис. 21). Спочатку в таких ракетах працюють лише блоки першого ступеня 1. Коли запаси палива в них закінчуються, вони відокремлюються і включається другий ступінь 2; після вичерпання в ній палива вона також відокремлюється і включається третій ступінь 3. Супутник або який-небудь інший космічний апарат, що знаходиться в головній частині ракети, прихований головним обтічником 4, обтічна форма якого сприяє зменшенню опору повітря при польоті ракети в атмосфері Землі.

Коли реактивний газовий струмінь з великою швидкістю викидається з ракети, сама ракета прямує у протилежний бік. Чому це відбувається?

Відповідно до третього закону Ньютона, сила F, з якою ракета діє робоче тіло, дорівнює за величиною і протилежна за напрямом силі F", з якою робоче тіло діє на корпус ракети:
F" = F (12.1)
Сила F" (яку називають реактивною силою) і розганяє ракету.

Надіслано читачами з інтернет-сайтів

Онлайн бібліотека з підручниками та книгами, плани-конспекти уроків з фізики 8 класу, скачати тести фізика, книги та підручники згідно каленадарного планування фізики 8 класу