Propulsion à réaction dans la nature brièvement. Propulsion à réaction dans la nature et la technologie. Propulsion à réaction en physique

Propulsion à réaction dans la nature et la technologie

RÉSUMÉ SUR LA PHYSIQUE

Le mouvement du jet est le mouvement qui se produit lorsqu'une partie de celui-ci se sépare du corps à une certaine vitesse.

La force réactive apparaît sans aucune interaction avec des corps extérieurs.

Application propulsion à réaction dans la nature

Beaucoup d'entre nous dans nos vies se sont rencontrés en nageant dans la mer avec des méduses. En tout cas, il y en a assez dans la mer Noire. Mais peu de gens pensaient que les méduses utilisaient également la propulsion à réaction pour se déplacer. De plus, c'est ainsi que se déplacent les larves de libellules et certains types de plancton marin. Et souvent, l'efficacité des invertébrés marins lors de l'utilisation de la propulsion à réaction est bien supérieure à celle des inventions techniques.

La propulsion par jet est utilisée par de nombreux mollusques - poulpes, calmars, seiches. Par exemple, un mollusque coquille Saint-Jacques avance grâce à la force de réaction d'un jet d'eau éjecté de la coquille lors d'une forte compression de ses valves.

Poulpe

Seiche

La seiche, comme la plupart des céphalopodes, se déplace dans l'eau de la manière suivante. Elle prend de l'eau dans la cavité branchiale à travers une fente latérale et un entonnoir spécial devant le corps, puis jette vigoureusement un jet d'eau à travers l'entonnoir. La seiche dirige le tube de l'entonnoir vers le côté ou vers l'arrière et, en extrayant rapidement l'eau, peut entrer différents côtés.

Salpa est un animal marin au corps transparent; lorsqu'il se déplace, il prend de l'eau par l'ouverture frontale et l'eau pénètre dans une large cavité à l'intérieur de laquelle les branchies sont étirées en diagonale. Dès que l'animal boit une grande gorgée d'eau, le trou se referme. Ensuite, les muscles longitudinaux et transversaux de la salpa se contractent, tout le corps se contracte et l'eau est expulsée par l'ouverture arrière. La réaction du jet sortant pousse la salpa vers l'avant.

Le moteur à réaction calmar est le plus intéressant. Le calmar est le plus grand habitant invertébré des profondeurs de l'océan. Les calmars ont atteint le plus haut niveau d'excellence en navigation à réaction. Ils ont même un corps avec ses formes extérieures qui copie une fusée (ou, mieux, une fusée copie un calmar, car il a une priorité indiscutable en la matière). Lorsqu'il se déplace lentement, le calmar utilise une grande nageoire en forme de losange, qui se plie périodiquement. Pour un lancer rapide, il utilise un moteur à réaction. Tissu musculaire - le manteau entoure le corps du mollusque de tous les côtés, le volume de sa cavité est presque la moitié du volume du corps du calmar. L'animal aspire de l'eau dans la cavité du manteau, puis éjecte brusquement un jet d'eau à travers une buse étroite et recule à grande vitesse. Dans ce cas, les dix tentacules du calmar sont rassemblées en un nœud au-dessus de la tête et acquièrent une forme profilée. La buse est équipée d'une valve spéciale et les muscles peuvent la faire tourner en changeant le sens du mouvement. Le moteur calmar est très économique, il est capable d'atteindre des vitesses allant jusqu'à 60 - 70 km/h. (Certains chercheurs pensent que même jusqu'à 150 km/h !) Ce n'est pas pour rien que le calmar est qualifié de « torpille vivante ». En pliant les tentacules pliées en faisceau vers la droite, la gauche, le haut ou le bas, le calmar tourne dans un sens ou dans l'autre. Comme un tel volant est très grand par rapport à l'animal lui-même, son léger mouvement suffit au calmar, même à pleine vitesse, pour esquiver facilement une collision avec un obstacle. Un virage serré du volant - et le nageur se précipite déjà dans verso. Maintenant, il a replié l'extrémité de l'entonnoir et glisse maintenant la tête la première. Il l'a cambré vers la droite - et la poussée du jet l'a projeté vers la gauche. Mais lorsque vous devez nager vite, l'entonnoir dépasse toujours entre les tentacules et le calmar se précipite avec sa queue en avant, comme le ferait un cancer - un coureur doté de l'agilité d'un cheval.

S'il n'est pas nécessaire de se dépêcher, les calmars et les seiches nagent en ondulant leurs nageoires - des vagues miniatures les traversent d'avant en arrière, et l'animal glisse gracieusement, se poussant parfois également avec un jet d'eau projeté sous le manteau. Ensuite, les chocs individuels que le mollusque reçoit au moment de l'éruption des jets d'eau sont clairement visibles. Certains céphalopodes peuvent atteindre des vitesses allant jusqu'à cinquante-cinq kilomètres par heure. Personne ne semble avoir fait de mesures directes, mais cela peut être jugé par la vitesse et la portée des calmars volants. Et il s'avère qu'il y a des talents chez les parents des pieuvres! Le meilleur pilote parmi les mollusques est le calmar stenoteuthis. Les marins anglais l'appellent - calmar volant ("calmar volant"). C'est un petit animal de la taille d'un hareng. Il poursuit le poisson avec une telle rapidité qu'il saute souvent hors de l'eau, se précipitant sur sa surface comme une flèche. Il recourt également à cette astuce pour sauver sa vie des prédateurs - thon et maquereau. Ayant développé une poussée de jet maximale dans l'eau, le calmar pilote décolle dans les airs et survole les vagues sur plus de cinquante mètres. L'apogée du vol d'une fusée vivante se situe si haut au-dessus de l'eau que des calmars volants tombent souvent sur les ponts des navires océaniques. Quatre ou cinq mètres n'est pas une hauteur record à laquelle les calmars montent dans le ciel. Parfois, ils volent encore plus haut.

Le chercheur anglais sur les coquillages, le Dr Rees, a décrit dans un article scientifique un calmar (seulement 16 centimètres de long) qui, après avoir parcouru une bonne distance dans les airs, est tombé sur le pont du yacht, qui s'élevait à près de sept mètres au-dessus de l'eau.

Il arrive que de nombreux calmars volants tombent sur le navire dans une cascade étincelante. L'ancien écrivain Trebius Niger a un jour raconté la triste histoire d'un navire qui aurait même coulé sous le poids de calmars volants tombés sur son pont. Les calmars peuvent décoller sans accélération.

Les pieuvres peuvent aussi voler. Le naturaliste français Jean Verany a vu une pieuvre ordinaire accélérer dans un aquarium et soudainement sauter hors de l'eau à reculons. Décrivant dans les airs un arc d'environ cinq mètres de long, il retomba dans l'aquarium. Gagnant de la vitesse pour le saut, la pieuvre s'est déplacée non seulement en raison de la poussée du jet, mais aussi en ramant avec des tentacules.
Les pieuvres baggy nagent, bien sûr, moins bien que les calmars, mais dans les moments critiques, elles peuvent montrer une classe record pour les meilleurs sprinteurs. Le personnel de l'aquarium de Californie a tenté de photographier une pieuvre attaquant un crabe. La pieuvre s'est précipitée sur les proies à une telle vitesse que sur le film, même lors de la prise de vue aux vitesses les plus élevées, il y avait toujours des lubrifiants. Ainsi, le lancer a duré des centièmes de seconde ! Habituellement, les pieuvres nagent relativement lentement. Joseph Signl, qui a étudié la migration des pieuvres, a calculé qu'une pieuvre d'un demi-mètre nage dans la mer à une vitesse moyenne d'environ quinze kilomètres par heure. Chaque jet d'eau projeté hors de l'entonnoir le pousse vers l'avant (ou plutôt vers l'arrière, car la pieuvre nage à reculons) de deux à deux mètres et demi.

Le mouvement des jets se retrouve également dans le monde végétal. Par exemple, les fruits mûrs du «concombre fou» au moindre contact rebondissent sur la tige, et un liquide collant avec des graines est éjecté avec force du trou formé. Le concombre lui-même vole dans la direction opposée jusqu'à 12 m.

Connaissant la loi de conservation de la quantité de mouvement, vous pouvez modifier votre propre vitesse de déplacement dans un espace ouvert. Si vous êtes dans un bateau et que vous avez de lourdes pierres, alors lancer des pierres dans une certaine direction vous déplacera dans la direction opposée. La même chose se produira dans l'espace extra-atmosphérique, mais les moteurs à réaction sont utilisés pour cela.

Tout le monde sait qu'un coup de feu s'accompagne d'un recul. Si le poids de la balle était égal au poids du pistolet, ils se sépareraient à la même vitesse. Le recul se produit parce que la masse de gaz rejetée crée une force réactive, grâce à laquelle le mouvement peut être assuré à la fois dans l'air et dans l'espace sans air. Et plus la masse et la vitesse des gaz sortants sont grandes, plus la force de recul ressentie par notre épaule est grande, plus la réaction du pistolet est forte, plus la force réactive est grande.

L'utilisation de la propulsion à réaction dans la technologie

Depuis des siècles, l'humanité rêve de vols spatiaux. Les auteurs de science-fiction ont proposé une variété de moyens pour atteindre cet objectif. Au 17ème siècle, une histoire est apparue par l'écrivain français Cyrano de Bergerac sur un vol vers la lune. Le héros de cette histoire est allé sur la lune dans un wagon en fer, sur lequel il a constamment jeté un aimant puissant. Attiré par lui, le chariot s'éleva de plus en plus haut au-dessus de la Terre jusqu'à ce qu'il atteigne la Lune. Et le baron Munchausen a dit qu'il était monté sur la lune sur la tige d'un haricot.

A la fin du premier millénaire de notre ère, la propulsion à réaction fut inventée en Chine, qui propulsait des fusées - des tubes de bambou remplis de poudre à canon, elles servaient aussi à des fins ludiques. L'un des premiers projets automobiles était également avec moteur d'avion et ce projet appartenait à Newton

L'auteur du premier projet mondial d'avion à réaction conçu pour le vol humain était le révolutionnaire russe N.I. Kibalchich. Il a été exécuté le 3 avril 1881 pour avoir participé à la tentative d'assassinat contre l'empereur Alexandre II. Il a développé son projet en prison après la condamnation à mort. Kibalchich a écrit : « En prison, quelques jours avant ma mort, j'écris ce projet. Je crois en la faisabilité de mon idée, et cette croyance me soutient dans ma terrible position... J'affronterai sereinement la mort, sachant que mon idée ne mourra pas avec moi.

L'idée d'utiliser des fusées pour les vols spatiaux a été proposée au début de notre siècle par le scientifique russe Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. En 1903, un article d'un professeur du gymnase de Kalouga K.E. Tsiolkovsky "Recherche des espaces mondiaux par des appareils à réaction". Ce travail contenait l'équation mathématique la plus importante pour l'astronautique, maintenant connue sous le nom de «formule de Tsiolkovsky», qui décrivait le mouvement d'un corps de masse variable. Par la suite, il a développé un schéma pour un moteur de fusée sur combustible liquide, a proposé une conception de fusée à plusieurs étages, a exprimé l'idée de la possibilité de créer des villes spatiales entières en orbite proche de la Terre. Il a montré que le seul appareil capable de vaincre la gravité est une fusée, c'est-à-dire un appareil avec un moteur à réaction utilisant du carburant et un comburant situé sur l'appareil lui-même.

Un moteur à réaction est un moteur qui convertit l'énergie chimique du carburant en énergie cinétique d'un jet de gaz, tandis que le moteur acquiert de la vitesse dans la direction opposée.

L'idée de K.E. Tsiolkovsky a été réalisée par des scientifiques soviétiques sous la direction de l'académicien Sergei Pavlovich Korolev. Le premier satellite terrestre artificiel de l'histoire a été lancé par une fusée en Union soviétique le 4 octobre 1957.

Le principe de la propulsion à réaction est largement utilisation pratique dans l'aviation et l'astronautique. Dans l'espace extra-atmosphérique, il n'y a pas de milieu avec lequel le corps pourrait interagir et ainsi changer la direction et le module de sa vitesse, donc seuls les moteurs à réaction peuvent être utilisés pour les vols spatiaux. avions, c'est-à-dire des fusées.

Dispositif de fusée

Le mouvement des fusées est basé sur la loi de conservation de la quantité de mouvement. Si à un moment donné un corps est lancé de la fusée, il acquerra le même élan, mais dirigé dans la direction opposée

Dans toute fusée, quelle que soit sa conception, il y a toujours une coque et du carburant avec un oxydant. L'obus de la fusée comprend une charge utile (dans ce cas, il s'agit vaisseau spatial), compartiment instrumentation et moteur (chambre de combustion, pompes, etc.).

La masse principale de la fusée est du carburant avec un comburant (le comburant est nécessaire pour maintenir la combustion du carburant, car il n'y a pas d'oxygène dans l'espace).

Le carburant et le comburant sont pompés dans la chambre de combustion. Le combustible, lorsqu'il est brûlé, se transforme en un gaz à haute température et haute pression. En raison de la grande différence de pression dans la chambre de combustion et dans l'espace, les gaz de la chambre de combustion se précipitent dans un jet puissant à travers une cloche de forme spéciale, appelée buse. Le but de la buse est d'augmenter la vitesse du jet.

Avant le lancement d'une fusée, son élan est nul. En raison de l'interaction du gaz dans la chambre de combustion et de toutes les autres parties de la fusée, le gaz s'échappant par la tuyère reçoit une certaine impulsion. Alors la fusée est un système fermé, et son élan total doit être égal à zéro après le lancement. Par conséquent, l'enveloppe de la fusée, quelle qu'elle soit, reçoit une impulsion égale en valeur absolue à l'impulsion du gaz, mais de sens opposé.

La partie la plus massive de la fusée, conçue pour lancer et accélérer toute la fusée, s'appelle le premier étage. Lorsque le premier étage massif d'une fusée à plusieurs étages épuise toutes les réserves de carburant lors de l'accélération, il se sépare. Une accélération supplémentaire est poursuivie par la deuxième étape, moins massive, et à la vitesse précédemment atteinte à l'aide de la première étape, elle ajoute un peu plus de vitesse, puis se sépare. Le troisième étage continue d'augmenter sa vitesse jusqu'à la valeur requise et met la charge utile en orbite.

La première personne à avoir volé dans l'espace était un citoyen Union soviétique Youri Alexeïevitch Gagarine. 12 avril 1961 Il a fait le tour du globe sur le vaisseau satellite Vostok

Les fusées soviétiques ont été les premières à atteindre la Lune, ont encerclé la Lune et photographié sa face invisible depuis la Terre, ont été les premières à atteindre la planète Vénus et ont livré des instruments scientifiques à sa surface. En 1986, deux engins spatiaux soviétiques "Vega-1" et "Vega-2" ont étudié de près la comète de Halley, s'approchant du Soleil une fois tous les 76 ans.

Au mieux, nécessite une correction ... "R. Feynman Même un bref examen de l'histoire du développement de la technologie montre le fait frappant d'un développement semblable à une avalanche science moderne et la technologie à travers l'histoire de toute l'humanité. Si la transition de l'homme des outils de pierre au métal a pris environ 2 millions d'années ; amélioration de la roue d'une roue en bois massif à une roue à moyeu, ...

Qui se perd dans la nuit des temps, était, est et sera toujours au centre de la science et de la culture domestiques : et sera toujours ouvert dans le mouvement culturel et scientifique au monde entier." * "Moscou dans l'histoire de la science et de la technologie" - c'est le nom projet de recherche(Chef S.S. Ilizarov), réalisé par l'Institut d'histoire des sciences naturelles et de la technologie. S.I. Vavilov de l'Académie russe des sciences avec le soutien de...

Les fruits de leurs nombreuses années de travail dans divers domaines optique physique. Il a jeté les bases d'une nouvelle direction en optique, que le scientifique a appelée microoptique. Vavilov a donné grande attention questions de philosophie des sciences naturelles et d'histoire des sciences. On lui attribue le développement, la publication et la promotion du patrimoine scientifique de M. V. Lomonosov, V. V. Petrov et L. Euler. Le scientifique a dirigé la Commission sur l'histoire de...

L'utilisation de la propulsion à réaction dans la nature Beaucoup d'entre nous dans nos vies se sont rencontrés en nageant dans la mer avec des méduses. Mais peu de gens pensaient que les méduses utilisaient également la propulsion à réaction pour se déplacer. Et souvent, l'efficacité des invertébrés marins lors de l'utilisation de la propulsion à réaction est bien supérieure à celle des inventions technologiques.

La seiche La seiche, comme la plupart des céphalopodes, se déplace dans l'eau de la manière suivante. Elle prend de l'eau dans la cavité branchiale à travers une fente latérale et un entonnoir spécial devant le corps, puis jette vigoureusement un jet d'eau à travers l'entonnoir. La seiche dirige le tube de l'entonnoir vers le côté ou vers l'arrière et, en extrayant rapidement l'eau, peut se déplacer dans différentes directions.

Calmar Le calmar est le plus grand habitant invertébré des profondeurs océaniques. Il se déplace selon le principe de la propulsion à réaction, absorbant l'eau en lui-même, puis la poussant avec une grande force à travers un trou spécial - un "entonnoir", et à grande vitesse (environ 70 km / h) recule par à-coups. Dans ce cas, les dix tentacules du calmar sont rassemblées en un nœud au-dessus de la tête et acquièrent une forme profilée.

Calmar volant C'est un petit animal de la taille d'un hareng. Il poursuit le poisson avec une telle rapidité qu'il saute souvent hors de l'eau, se précipitant sur sa surface comme une flèche. Ayant développé une poussée de jet maximale dans l'eau, le calmar pilote décolle dans les airs et survole les vagues sur plus de cinquante mètres. L'apogée du vol d'une fusée vivante se situe si haut au-dessus de l'eau que des calmars volants tombent souvent sur les ponts des navires océaniques. Quatre ou cinq mètres n'est pas une hauteur record à laquelle les calmars montent dans le ciel. Parfois, ils volent encore plus haut.

Les pieuvres peuvent aussi voler. Le naturaliste français Jean Verany a vu une pieuvre ordinaire accélérer dans un aquarium et soudainement sauter hors de l'eau à reculons. Décrivant dans les airs un arc d'environ cinq mètres de long, il retomba dans l'aquarium. Gagnant de la vitesse pour le saut, la pieuvre s'est déplacée non seulement en raison de la poussée du jet, mais aussi en ramant avec des tentacules.

Concombre fou Dans les pays du sud (et ici aussi sur la côte de la mer Noire) pousse une plante appelée "concombre fou". Il suffit de toucher légèrement le fruit mûr, semblable à un concombre, car il rebondit sur la tige, et le liquide contenant des graines s'envole du fruit à une vitesse pouvant atteindre 10 m / s à travers le trou formé. Tire un concombre fou (sinon on l'appelle "pistolet de dame") à plus de 12 m.

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Application de la propulsion à réaction dans la nature

Beaucoup d'entre nous dans nos vies se sont rencontrés en nageant dans la mer avec des méduses. Mais peu de gens pensaient que les méduses utilisaient également la propulsion à réaction pour se déplacer. Et souvent, l'efficacité des invertébrés marins lors de l'utilisation de la propulsion à réaction est bien supérieure à celle des inventions techniques.

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La propulsion par jet est utilisée par de nombreux mollusques - poulpes, calmars, seiches.

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Seiche

La seiche, comme la plupart des céphalopodes, se déplace dans l'eau de la manière suivante. Elle prend de l'eau dans la cavité branchiale à travers une fente latérale et un entonnoir spécial devant le corps, puis jette vigoureusement un jet d'eau à travers l'entonnoir. La seiche dirige le tube de l'entonnoir vers le côté ou vers l'arrière et, en extrayant rapidement l'eau, peut se déplacer dans différentes directions.

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Calamar

Les calmars ont atteint le plus haut niveau d'excellence en navigation à réaction. Ils ont même un corps qui copie une fusée avec ses formes extérieures (ou mieux, une fusée copie un calmar, puisqu'elle a une priorité indiscutable en la matière)

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Le calmar est le plus grand habitant invertébré des profondeurs de l'océan. Il se déplace selon le principe de la propulsion à réaction, absorbant l'eau en lui-même, puis la poussant avec une grande force à travers un trou spécial - un "entonnoir", et à grande vitesse (environ 70 km / h) recule par à-coups. Dans ce cas, les dix tentacules du calmar sont rassemblées en un nœud au-dessus de la tête et acquièrent une forme profilée.

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calmar volant

C'est un petit animal de la taille d'un hareng. Il poursuit le poisson avec une telle rapidité qu'il saute souvent hors de l'eau, se précipitant sur sa surface comme une flèche. Ayant développé une poussée de jet maximale dans l'eau, le calmar pilote décolle dans les airs et survole les vagues sur plus de cinquante mètres. L'apogée du vol d'une fusée vivante se situe si haut au-dessus de l'eau que des calmars volants tombent souvent sur les ponts des navires océaniques. Quatre ou cinq mètres n'est pas une hauteur record à laquelle les calmars montent dans le ciel. Parfois, ils volent encore plus haut.

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Poulpe

Les pieuvres peuvent aussi voler. Le naturaliste français Jean Verany a vu une pieuvre ordinaire accélérer dans un aquarium et soudainement sauter hors de l'eau à reculons. Décrivant dans les airs un arc d'environ cinq mètres de long, il retomba dans l'aquarium. Gagnant de la vitesse pour le saut, la pieuvre s'est déplacée non seulement en raison de la poussée du jet, mais aussi en ramant avec des tentacules.

Des vaisseaux spatiaux de plusieurs tonnes s'élancent dans le ciel, et des méduses, des seiches et des poulpes transparents et gélatineux manœuvrent habilement dans les eaux marines - qu'ont-ils en commun ? Il s'avère que dans les deux cas, le principe de la propulsion à réaction est utilisé pour se déplacer. C'est à ce sujet que notre article d'aujourd'hui est consacré.

Regardons dans l'histoire

Plus Les premières informations fiables sur les fusées remontent au XIIIe siècle. Ils ont été utilisés par les Indiens, les Chinois, les Arabes et les Européens dans des opérations de combat comme armes militaires et de signalisation. Puis ont suivi des siècles d'oubli presque total de ces appareils.

En Russie, l'idée d'utiliser un moteur à réaction a été relancée grâce au travail du révolutionnaire Narodnaya Volya Nikolai Kibalchich. Assis dans les cachots royaux, il développa Projet russe moteur à réaction et avion pour les personnes. Kibalchich a été exécuté et pendant de nombreuses années, son projet a pris la poussière dans les archives de la police secrète tsariste.

Les principales idées, dessins et calculs de cette personne talentueuse et courageuse ont été développés dans les travaux de K. E. Tsiolkovsky, qui a proposé de les utiliser pour les communications interplanétaires. De 1903 à 1914, il publie un certain nombre d'ouvrages, où il prouve de manière convaincante la possibilité d'utiliser la propulsion à réaction pour explorer l'espace extra-atmosphérique et justifie la faisabilité de l'utilisation de fusées à plusieurs étages.

De nombreux développements scientifiques de Tsiolkovsky sont encore utilisés dans la science des fusées.

missiles biologiques

Comment est-ce arrivé l'idée de déménager en poussant son propre jet stream ? Peut-être, en observant de près la vie marine, les habitants des zones côtières ont-ils remarqué comment cela se passe dans le monde animal.

Par exemple, coquille se déplace sous l'effet de la force de réaction du jet d'eau éjecté de la coque lors de la compression rapide de ses valves. Mais il ne suivra jamais les nageurs les plus rapides - les calmars.

Leurs corps en forme de fusée se précipitent vers l'avant, rejetant l'eau stockée d'un entonnoir spécial. se déplacent selon le même principe, expulsant l'eau en contractant leur dôme transparent.

La nature a doté un "moteur à réaction" et une plante appelée "concombre qui éjacule". Lorsque ses fruits sont bien mûrs, au moindre contact, il projette du gluten avec des graines. Le fœtus lui-même est projeté dans la direction opposée à une distance pouvant atteindre 12 m !

Ni La vie marine, ni les plantes ne connaissent les lois physiques qui sous-tendent ce mode de locomotion. Nous allons essayer de comprendre cela.

Fondements physiques du principe de la propulsion à réaction

Commençons par une expérience simple. Gonfler une balle en caoutchouc et, sans lier, on se lâchera en vol libre. Le mouvement rapide de la balle se poursuivra tant que le courant d'air qui en découle sera suffisamment fort.

Pour expliquer les résultats de cette expérience, nous devrions nous tourner vers la troisième loi, qui stipule que deux corps interagissent avec des forces égales en grandeur et opposées en direction. Par conséquent, la force avec laquelle la balle agit sur les jets d'air qui s'en échappent est égale à la force avec laquelle l'air repousse la balle d'elle-même.

Transférons ce raisonnement à la fusée. Ces appareils rejettent à grande vitesse une partie de leur masse, à la suite de quoi ils reçoivent eux-mêmes une accélération dans la direction opposée.

D'un point de vue physique, ce le processus est clairement expliqué par la loi de conservation de la quantité de mouvement. La quantité de mouvement est le produit de la masse du corps et de sa vitesse (mv) Lorsque la fusée est au repos, sa vitesse et sa quantité de mouvement sont nulles. Si un courant-jet en est éjecté, la partie restante, selon la loi de conservation de la quantité de mouvement, doit acquérir une vitesse telle que la quantité de mouvement totale soit toujours égale à zéro.

Regardons les formules :

m g v g + m p v p = 0 ;

m g v g \u003d - m p v p,

où m g v g la quantité de mouvement créée par le jet de gaz, m p v p la quantité de mouvement reçue par la fusée.

Le signe moins indique que les sens de déplacement de la fusée et du jet stream sont opposés.

Le dispositif et le principe de fonctionnement d'un moteur à réaction

En technologie, les moteurs à réaction propulsent des avions, des fusées, mettent en orbite vaisseau spatial. Selon le but, ils ont un appareil différent. Mais chacun d'eux dispose d'une alimentation en carburant, d'une chambre pour sa combustion et d'une tuyère qui accélère le jet stream.

Les stations automatiques interplanétaires sont également équipées d'un compartiment à instruments et de cabines avec un système de survie pour les astronautes.

Les fusées spatiales modernes sont des avions complexes à plusieurs étages qui utilisent les dernières avancées en matière d'ingénierie. Après le lancement, le carburant de l'étage inférieur brûle en premier, après quoi il se sépare de la fusée, la réduisant masse totale et augmentation de la vitesse.

Puis le carburant est consommé dans la deuxième étape, et ainsi de suite... Enfin, l'avion est amené sur une trajectoire donnée et entame son vol autonome.

Rêvons un peu

Le grand rêveur et scientifique K. E. Tsiolkovsky a donné aux générations futures la confiance que les moteurs à réaction permettront à l'humanité de sortir de l'atmosphère terrestre et de se précipiter dans l'espace. Sa prédiction s'est réalisée. La lune, et même les comètes lointaines, sont explorées avec succès par des engins spatiaux.

En astronautique, des moteurs à propergol liquide sont utilisés. Utilisation de produits pétroliers comme carburant, mais les vitesses pouvant être obtenues avec leur aide sont insuffisantes pour les très longs vols.

Peut-être que vous, chers lecteurs, serez témoins des vols de terriens vers d'autres galaxies sur des véhicules équipés de moteurs nucléaires, thermonucléaires ou à réaction ionique.

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Propulsion à réaction dans la nature et la technologie

RÉSUMÉ SUR LA PHYSIQUE

Propulsion à réaction- le mouvement qui se produit lorsqu'une partie de celui-ci se sépare du corps à une certaine vitesse.

La force réactive apparaît sans aucune interaction avec des corps extérieurs.

Application de la propulsion à réaction dans la nature

Beaucoup d'entre nous dans nos vies se sont rencontrés en nageant dans la mer avec des méduses. En tout cas, il y en a assez dans la mer Noire. Mais peu de gens pensaient que les méduses utilisaient également la propulsion à réaction pour se déplacer. De plus, c'est ainsi que se déplacent les larves de libellules et certains types de plancton marin. Et souvent, l'efficacité des invertébrés marins lors de l'utilisation de la propulsion à réaction est bien supérieure à celle des inventions techniques.

La propulsion par jet est utilisée par de nombreux mollusques - poulpes, calmars, seiches. Par exemple, un mollusque coquille Saint-Jacques avance grâce à la force de réaction d'un jet d'eau éjecté de la coquille lors d'une forte compression de ses valves.

Poulpe

Seiche

La seiche, comme la plupart des céphalopodes, se déplace dans l'eau de la manière suivante. Elle prend de l'eau dans la cavité branchiale à travers une fente latérale et un entonnoir spécial devant le corps, puis jette vigoureusement un jet d'eau à travers l'entonnoir. La seiche dirige le tube de l'entonnoir vers le côté ou vers l'arrière et, en extrayant rapidement l'eau, peut se déplacer dans différentes directions.

Salpa est un animal marin au corps transparent; lorsqu'il se déplace, il prend de l'eau par l'ouverture frontale et l'eau pénètre dans une large cavité à l'intérieur de laquelle les branchies sont étirées en diagonale. Dès que l'animal boit une grande gorgée d'eau, le trou se referme. Ensuite, les muscles longitudinaux et transversaux de la salpa se contractent, tout le corps se contracte et l'eau est expulsée par l'ouverture arrière. La réaction du jet sortant pousse la salpa vers l'avant.

Le moteur à réaction calmar est le plus intéressant. Le calmar est le plus grand habitant invertébré des profondeurs de l'océan. Les calmars ont atteint le plus haut niveau d'excellence en navigation à réaction. Ils ont même un corps avec ses formes extérieures qui copie une fusée (ou, mieux, une fusée copie un calmar, car il a une priorité indiscutable en la matière). Lorsqu'il se déplace lentement, le calmar utilise une grande nageoire en forme de losange, qui se plie périodiquement. Pour un lancer rapide, il utilise un moteur à réaction. Tissu musculaire - le manteau entoure le corps du mollusque de tous les côtés, le volume de sa cavité est presque la moitié du volume du corps du calmar. L'animal aspire de l'eau dans la cavité du manteau, puis éjecte brusquement un jet d'eau à travers une buse étroite et recule à grande vitesse. Dans ce cas, les dix tentacules du calmar sont rassemblées en un nœud au-dessus de la tête et acquièrent une forme profilée. La buse est équipée d'une valve spéciale et les muscles peuvent la faire tourner en changeant le sens du mouvement. Le moteur calmar est très économique, il est capable d'atteindre des vitesses allant jusqu'à 60 - 70 km/h. (Certains chercheurs pensent que même jusqu'à 150 km/h !) Ce n'est pas pour rien que le calmar est qualifié de « torpille vivante ». En pliant les tentacules pliées en faisceau vers la droite, la gauche, le haut ou le bas, le calmar tourne dans un sens ou dans l'autre. Comme un tel volant est très grand par rapport à l'animal lui-même, son léger mouvement suffit au calmar, même à pleine vitesse, pour esquiver facilement une collision avec un obstacle. Un virage serré du volant - et le nageur se précipite dans la direction opposée. Maintenant, il a replié l'extrémité de l'entonnoir et glisse maintenant la tête la première. Il l'a cambré vers la droite - et la poussée du jet l'a projeté vers la gauche. Mais lorsque vous devez nager vite, l'entonnoir dépasse toujours entre les tentacules et le calmar se précipite avec sa queue en avant, comme le ferait un cancer - un coureur doté de l'agilité d'un cheval.

S'il n'est pas nécessaire de se dépêcher, les calmars et les seiches nagent en ondulant leurs nageoires - des vagues miniatures les traversent d'avant en arrière, et l'animal glisse gracieusement, se poussant parfois également avec un jet d'eau projeté sous le manteau. Ensuite, les chocs individuels que le mollusque reçoit au moment de l'éruption des jets d'eau sont clairement visibles. Certains céphalopodes peuvent atteindre des vitesses allant jusqu'à cinquante-cinq kilomètres par heure. Personne ne semble avoir fait de mesures directes, mais cela peut être jugé par la vitesse et la portée des calmars volants. Et il s'avère qu'il y a des talents chez les parents des pieuvres! Le meilleur pilote parmi les mollusques est le calmar stenoteuthis. Les marins anglais l'appellent - calmar volant ("calmar volant"). C'est un petit animal de la taille d'un hareng. Il poursuit le poisson avec une telle rapidité qu'il saute souvent hors de l'eau, se précipitant sur sa surface comme une flèche. Il recourt également à cette astuce pour sauver sa vie des prédateurs - thon et maquereau. Ayant développé une poussée de jet maximale dans l'eau, le calmar pilote décolle dans les airs et survole les vagues sur plus de cinquante mètres. L'apogée du vol d'une fusée vivante se situe si haut au-dessus de l'eau que des calmars volants tombent souvent sur les ponts des navires océaniques. Quatre ou cinq mètres n'est pas une hauteur record à laquelle les calmars montent dans le ciel. Parfois, ils volent encore plus haut.

Le chercheur anglais sur les coquillages, le Dr Rees, a décrit dans un article scientifique un calmar (seulement 16 centimètres de long) qui, après avoir parcouru une bonne distance dans les airs, est tombé sur le pont du yacht, qui s'élevait à près de sept mètres au-dessus de l'eau.

Il arrive que de nombreux calmars volants tombent sur le navire dans une cascade étincelante. L'ancien écrivain Trebius Niger a un jour raconté la triste histoire d'un navire qui aurait même coulé sous le poids de calmars volants tombés sur son pont. Les calmars peuvent décoller sans accélération.

Les pieuvres peuvent aussi voler. Le naturaliste français Jean Verany a vu une pieuvre ordinaire accélérer dans un aquarium et soudainement sauter hors de l'eau à reculons. Décrivant dans les airs un arc d'environ cinq mètres de long, il retomba dans l'aquarium. Gagnant de la vitesse pour le saut, la pieuvre s'est déplacée non seulement en raison de la poussée du jet, mais aussi en ramant avec des tentacules.
Les pieuvres baggy nagent, bien sûr, moins bien que les calmars, mais dans les moments critiques, elles peuvent montrer une classe record pour les meilleurs sprinteurs. Le personnel de l'aquarium de Californie a tenté de photographier une pieuvre attaquant un crabe. La pieuvre s'est précipitée sur les proies à une telle vitesse que sur le film, même lors de la prise de vue aux vitesses les plus élevées, il y avait toujours des lubrifiants. Ainsi, le lancer a duré des centièmes de seconde ! Habituellement, les pieuvres nagent relativement lentement. Joseph Signl, qui a étudié la migration des pieuvres, a calculé qu'une pieuvre d'un demi-mètre nage dans la mer à une vitesse moyenne d'environ quinze kilomètres par heure. Chaque jet d'eau projeté hors de l'entonnoir le pousse vers l'avant (ou plutôt vers l'arrière, car la pieuvre nage à reculons) de deux à deux mètres et demi.

Le mouvement des jets se retrouve également dans le monde végétal. Par exemple, les fruits mûrs du «concombre fou» au moindre contact rebondissent sur la tige, et un liquide collant avec des graines est éjecté avec force du trou formé. Le concombre lui-même vole dans la direction opposée jusqu'à 12 m.

Connaissant la loi de conservation de la quantité de mouvement, vous pouvez modifier votre propre vitesse de déplacement dans un espace ouvert. Si vous êtes dans un bateau et que vous avez de lourdes pierres, alors lancer des pierres dans une certaine direction vous déplacera dans la direction opposée. La même chose se produira dans l'espace extra-atmosphérique, mais les moteurs à réaction sont utilisés pour cela.

Tout le monde sait qu'un coup de feu s'accompagne d'un recul. Si le poids de la balle était égal au poids du pistolet, ils se sépareraient à la même vitesse. Le recul se produit parce que la masse de gaz rejetée crée une force réactive, grâce à laquelle le mouvement peut être assuré à la fois dans l'air et dans l'espace sans air. Et plus la masse et la vitesse des gaz sortants sont grandes, plus la force de recul ressentie par notre épaule est grande, plus la réaction du pistolet est forte, plus la force réactive est grande.

L'utilisation de la propulsion à réaction dans la technologie

Depuis des siècles, l'humanité rêve de vols spatiaux. Les auteurs de science-fiction ont proposé une variété de moyens pour atteindre cet objectif. Au 17ème siècle, une histoire est apparue par l'écrivain français Cyrano de Bergerac sur un vol vers la lune. Le héros de cette histoire est allé sur la lune dans un wagon en fer, sur lequel il a constamment jeté un aimant puissant. Attiré par lui, le chariot s'éleva de plus en plus haut au-dessus de la Terre jusqu'à ce qu'il atteigne la Lune. Et le baron Munchausen a dit qu'il était monté sur la lune sur la tige d'un haricot.

A la fin du premier millénaire de notre ère, la propulsion à réaction fut inventée en Chine, qui propulsait des fusées - des tubes de bambou remplis de poudre à canon, elles servaient aussi à des fins ludiques. L'un des premiers projets de voitures était également avec un moteur à réaction et ce projet appartenait à Newton

L'auteur du premier projet mondial d'avion à réaction conçu pour le vol humain était le révolutionnaire russe N.I. Kibalchich. Il a été exécuté le 3 avril 1881 pour avoir participé à la tentative d'assassinat contre l'empereur Alexandre II. Il a développé son projet en prison après la condamnation à mort. Kibalchich a écrit : « En prison, quelques jours avant ma mort, j'écris ce projet. Je crois en la faisabilité de mon idée, et cette croyance me soutient dans ma terrible position... J'affronterai sereinement la mort, sachant que mon idée ne mourra pas avec moi.

L'idée d'utiliser des fusées pour les vols spatiaux a été proposée au début de notre siècle par le scientifique russe Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. En 1903, un article d'un professeur du gymnase de Kalouga K.E. Tsiolkovsky "Recherche des espaces mondiaux par des appareils à réaction". Ce travail contenait l'équation mathématique la plus importante pour l'astronautique, maintenant connue sous le nom de «formule de Tsiolkovsky», qui décrivait le mouvement d'un corps de masse variable. Par la suite, il a développé un schéma pour un moteur de fusée à carburant liquide, a proposé une conception de fusée à plusieurs étages et a exprimé l'idée de la possibilité de créer des villes spatiales entières en orbite proche de la Terre. Il a montré que le seul appareil capable de vaincre la gravité est une fusée, c'est-à-dire un appareil avec un moteur à réaction utilisant du carburant et un comburant situé sur l'appareil lui-même.

Moteur d'avion- c'est un moteur qui convertit l'énergie chimique du carburant en énergie cinétique du jet de gaz, tandis que le moteur acquiert de la vitesse dans le sens opposé.

L'idée de K.E. Tsiolkovsky a été réalisée par des scientifiques soviétiques sous la direction de l'académicien Sergei Pavlovich Korolev. Le premier satellite terrestre artificiel de l'histoire a été lancé par une fusée en Union soviétique le 4 octobre 1957.

Le principe de la propulsion à réaction trouve une large application pratique dans l'aviation et l'astronautique. Dans l'espace extra-atmosphérique, il n'y a pas de milieu avec lequel le corps pourrait interagir et ainsi modifier la direction et le module de sa vitesse ; par conséquent, seuls les avions à réaction, c'est-à-dire les fusées, peuvent être utilisés pour les vols spatiaux.

Dispositif de fusée

Le mouvement des fusées est basé sur la loi de conservation de la quantité de mouvement. Si à un moment donné un corps est lancé de la fusée, il acquerra le même élan, mais dirigé dans la direction opposée

Dans toute fusée, quelle que soit sa conception, il y a toujours une coque et du carburant avec un oxydant. L'enveloppe de la fusée comprend une charge utile (en l'occurrence un engin spatial), un compartiment instrumentation et un moteur (chambre de combustion, pompes, etc.).

La masse principale de la fusée est du carburant avec un comburant (le comburant est nécessaire pour maintenir la combustion du carburant, car il n'y a pas d'oxygène dans l'espace).

Le carburant et le comburant sont pompés dans la chambre de combustion. Le carburant, en brûlant, se transforme en un gaz à haute température et haute pression. En raison de la grande différence de pression dans la chambre de combustion et dans l'espace, les gaz de la chambre de combustion se précipitent dans un jet puissant à travers une cloche de forme spéciale, appelée buse. Le but de la buse est d'augmenter la vitesse du jet.

Avant le lancement d'une fusée, son élan est nul. En raison de l'interaction du gaz dans la chambre de combustion et de toutes les autres parties de la fusée, le gaz s'échappant par la tuyère reçoit une certaine impulsion. Alors la fusée est un système fermé, et son élan total doit être égal à zéro après le lancement. Par conséquent, l'enveloppe de la fusée, quelle qu'elle soit, reçoit une impulsion égale en valeur absolue à l'impulsion du gaz, mais de sens opposé.

La partie la plus massive de la fusée, conçue pour lancer et accélérer toute la fusée, s'appelle le premier étage. Lorsque le premier étage massif d'une fusée à plusieurs étages épuise toutes les réserves de carburant lors de l'accélération, il se sépare. Une accélération supplémentaire est poursuivie par la deuxième étape, moins massive, et à la vitesse précédemment atteinte à l'aide de la première étape, elle ajoute un peu plus de vitesse, puis se sépare. Le troisième étage continue d'augmenter sa vitesse jusqu'à la valeur requise et met la charge utile en orbite.

La première personne à avoir volé dans l'espace fut Yuri Alekseevich Gagarin, un citoyen de l'Union soviétique. 12 avril 1961 Il a fait le tour du globe sur le vaisseau satellite Vostok

Les fusées soviétiques ont été les premières à atteindre la Lune, ont encerclé la Lune et photographié sa face invisible depuis la Terre, ont été les premières à atteindre la planète Vénus et ont livré des instruments scientifiques à sa surface. En 1986, deux engins spatiaux soviétiques "Vega-1" et "Vega-2" ont étudié de près la comète de Halley, s'approchant du Soleil une fois tous les 76 ans.

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