Reaktyvinis varymas gamtoje trumpai. Reaktyvinis varymas gamtoje ir technologijose. Reaktyvinis varymas fizikoje

Reaktyvinis varymas gamtoje ir technologijose

FIZIKOS SANTRAUKA

Reaktyvinis judėjimas – judėjimas, atsirandantis, kai jo dalis tam tikru greičiu atsiskiria nuo kūno.

Reaktyvioji jėga atsiranda be jokios sąveikos su išoriniais kūnais.

Taikymas reaktyvinis varymas gamtoje

Daugelis iš mūsų gyvenime yra susitikę plaukdami jūroje su medūzomis. Bet kokiu atveju Juodojoje jūroje jų užtenka. Tačiau mažai žmonių manė, kad medūzos taip pat naudoja reaktyvinį judėjimą. Be to, taip juda laumžirgių lervos ir kai kurios jūrinio planktono rūšys. Ir dažnai jūrų bestuburių efektyvumas naudojant reaktyvinį variklį yra daug didesnis nei techninių išradimų.

Reaktyvinį varymą naudoja daugelis moliuskų – aštuonkojai, kalmarai, sepijos. Pavyzdžiui, jūros šukutės moliuskas juda į priekį dėl vandens čiurkšlės, išmestos iš kiauto, reaktyviosios jėgos, smarkiai suspaudžiant jo vožtuvus.

Aštuonkojis

Sepijos

Sepijos, kaip ir dauguma galvakojų, vandenyje juda tokiu būdu. Ji paima vandenį į žiaunų ertmę per šoninį plyšį ir specialų piltuvėlį priešais kūną, o tada energingai išmeta vandens srovę per piltuvą. Sepijos nukreipia piltuvo vamzdelį į šoną arba atgal ir, greitai išspausdamos vandenį iš jo, gali judėti skirtingos pusės.

Salpa – skaidraus kūno jūrinis gyvūnas, judėdamas paima vandenį pro priekinę angą, vanduo patenka į plačią ertmę, kurios viduje įstrižai ištemptos žiaunos. Kai tik gyvūnas išgeria didelį gurkšnį vandens, skylė užsidaro. Tada susitraukia išilginiai ir skersiniai salpos raumenys, susitraukia visas kūnas ir pro galinę angą išstumiamas vanduo. Ištekančios srovės reakcija stumia salpą į priekį.

Didžiausią susidomėjimą kelia kalmarų reaktyvinis variklis. Kalmarai yra didžiausias bestuburis vandenyno gelmių gyventojas. Kalmarai pasiekė aukščiausią reaktyvinės navigacijos meistriškumo lygį. Jie netgi turi korpusą su savo išorinėmis formomis, kurie kopijuoja raketą (arba, geriau, raketa kopijuoja kalmarą, nes šiuo klausimu ji turi neginčijamą prioritetą). Lėtai judėdami kalmarai naudoja didelį deimanto formos peleką, kuris periodiškai išlinksta. Greitam metimui jis naudoja reaktyvinį variklį. Raumeninis audinys - mantija supa moliusko kūną iš visų pusių, jo ertmės tūris yra beveik pusė kalmaro kūno tūrio. Gyvūnas įsiurbia vandenį į mantijos ertmę, o po to staigiai išstumia vandens srovę per siaurą antgalį ir dideliu greičiu juda atgal. Tokiu atveju visi dešimt kalmarų čiuptuvų surenkami į mazgą virš galvos, ir jis įgauna supaprastintą formą. Antgalis turi specialų vožtuvą, o raumenys gali jį pasukti, keisdami judėjimo kryptį. Kalmarų variklis yra labai ekonomiškas, jis gali pasiekti greitį iki 60 - 70 km / h. (Kai kurie tyrinėtojai mano, kad net iki 150 km/val.!) Kalmarai ne veltui vadinami „gyva torpeda“. Lenkiant į ryšulį sulankstytus čiuptuvus į dešinę, kairę, aukštyn arba žemyn, kalmaras pasisuka į vieną ar kitą pusę. Kadangi toks vairas, lyginant su pačiu gyvūnu, yra labai didelis, užtenka nežymaus jo judesio, kad kalmaras net ir visu greičiu lengvai išsisuktų nuo susidūrimo su kliūtimi. Staigus vairo pasukimas – ir plaukikas jau veržiasi išvirkščia pusė. Dabar jis sulenkė piltuvo galą atgal ir dabar slysta galva į priekį. Jis išlenkė jį į dešinę, o reaktyvinis smūgis numetė jį į kairę. Tačiau kai reikia greitai plaukti, piltuvėlis visada išsikiša tiesiai tarp čiuptuvų, o kalmaras veržiasi uodega į priekį, kaip bėgtų vėžys – arklio vikrumu apdovanotas bėgikas.

Jei nereikia skubėti, kalmarai ir sepijos plaukia banguodami pelekais – miniatiūrinės bangelės per juos bėga iš priekio į galą, o gyvūnas grakščiai sklando, retkarčiais pasistumdydamas ir iš po mantijos išsviedžiama vandens srove. Tada aiškiai matomi atskiri smūgiai, kuriuos moliuskas patiria vandens čiurkšlių išsiveržimo metu. Kai kurie galvakojai gali pasiekti iki penkiasdešimt penkių kilometrų per valandą greitį. Atrodo, kad niekas neatliko tiesioginių matavimų, tačiau tai galima spręsti iš skraidančių kalmarų greičio ir nuotolio. O tokių, pasirodo, aštuonkojų giminėse yra talentų! Geriausias pilotas tarp moliuskų yra kalmaras stenoteuthis. Anglų jūreiviai tai vadina – skraidantis kalmaras („flying squid“). Tai mažas silkės dydžio gyvūnas. Jis taip greitai persekioja žuvis, kad dažnai iššoka iš vandens, veržiasi per jos paviršių kaip strėlė. Jis taip pat griebiasi šios gudrybės, kad išgelbėtų savo gyvybę nuo plėšrūnų – tuno ir skumbrės. Sukūręs maksimalią reaktyvinio vandens trauką, pilotas kalmaras pakyla į orą ir skrenda virš bangų daugiau nei penkiasdešimt metrų. Gyvos raketos skrydžio apogėjus slypi taip aukštai virš vandens, kad skraidantys kalmarai dažnai nukrenta ant vandenynų laivų denių. Keturi ar penki metrai nėra rekordinis aukštis, iki kurio kalmarai pakyla į dangų. Kartais jie skrenda dar aukščiau.

Anglų vėžiagyvių tyrinėtojas daktaras Reesas moksliniame straipsnyje aprašė kalmarą (tik 16 centimetrų ilgio), kuris, nuskridęs nemažą atstumą oru, nukrito ant jachtos tilto, iškilusio beveik septynis metrus virš vandens.

Pasitaiko, kad į laivą putojančia kaskada krenta daug skraidančių kalmarų. Senovės rašytojas Trebiusas Nigeris kartą pasakojo liūdną istoriją apie laivą, kuris tariamai net nuskendo nuo ant jo denio nukritusių skraidančių kalmarų svorio. Kalmarai gali pakilti be pagreičio.

Aštuonkojai taip pat gali skristi. Prancūzų gamtininkas Jeanas Verany pamatė, kaip paprastas aštuonkojis akvariume įsibėgėjo ir staiga iššoko iš vandens atbulomis. Apibūdindamas ore maždaug penkių metrų ilgio lanką, jis vėl nukrito į akvariumą. Įgavęs greitį šuoliui, aštuonkojis judėjo ne tik dėl reaktyvinės traukos, bet ir irklavo su čiuptuvais.
Maišiniai aštuonkojai, žinoma, plaukia blogiau nei kalmarai, tačiau kritiniais momentais jie gali parodyti rekordinę geriausių sprinterių klasę. Kalifornijos akvariumo darbuotojai bandė nufotografuoti aštuonkojį, puolantį krabą. Aštuonkojis į grobį puolė tokiu greičiu, kad ant plėvelės, net ir fotografuojant didžiausiu greičiu, visada buvo tepalų. Taigi, metimas truko šimtąsias sekundės dalis! Paprastai aštuonkojai plaukia palyginti lėtai. Aštuonkojų migraciją tyrinėjęs Josephas Signlas apskaičiavo, kad pusės metro aštuonkojis plaukia jūra maždaug penkiolikos kilometrų per valandą greičiu. Kiekviena iš piltuvo išmesta vandens čiurkšlė stumia jį į priekį (tiksliau – atgal, aštuonkojui plaukiant atgal) du–du su puse metro.

Reaktyvinį judėjimą galima rasti ir augalų pasaulyje. Pavyzdžiui, prinokę „pamišusio agurko“ vaisiai menkiausiu prisilietimu atšoka nuo kotelio, o iš susidariusios skylutės su jėga išstumiamas lipnus skystis su sėklomis. Pats agurkas skrenda priešinga kryptimi iki 12 m.

Žinodami impulso išsaugojimo dėsnį, galite pakeisti savo judėjimo greitį atviroje erdvėje. Jei esate valtyje ir turite sunkių akmenų, mesdami akmenis tam tikra kryptimi, būsite nukreipti į priešingą pusę. Tas pats nutiks ir kosmose, tačiau tam naudojami reaktyviniai varikliai.

Visi žino, kad šūvį iš ginklo lydi atatranka. Jei kulkos svoris būtų lygus pistoleto svoriui, jie skristų tuo pačiu greičiu. Atatranka atsiranda todėl, kad išmetama dujų masė sukuria reaktyviąją jėgą, kurios dėka galima užtikrinti judėjimą tiek ore, tiek beorėje erdvėje. Ir kuo didesnė ištekančių dujų masė ir greitis, tuo didesnę atatrankos jėgą jaučia mūsų petys, kuo stipresnė ginklo reakcija, tuo didesnė reaktyvioji jėga.

Reaktyvinio variklio panaudojimas technologijoje

Daugelį amžių žmonija svajojo apie skrydžius į kosmosą. Mokslinės fantastikos rašytojai pasiūlė įvairias priemones šiam tikslui pasiekti. XVII amžiuje pasirodė prancūzų rašytojo Cyrano de Bergerac istorija apie skrydį į Mėnulį. Šios istorijos herojus į mėnulį pateko geležiniu vagonu, virš kurio nuolat svaidė stiprų magnetą. Patrauktas jo, vagonas kilo vis aukščiau virš Žemės, kol pasiekė Mėnulį. O baronas Miunhauzenas pasakė, kad į mėnulį užkopė ant pupos stiebo.

Pirmojo mūsų eros tūkstantmečio pabaigoje Kinijoje buvo išrastas reaktyvinis variklis, kuris varė raketas – paraku pripildytus bambukinius vamzdelius, jie buvo naudojami ir kaip pramoga. Vienas pirmųjų automobilių projektų taip pat buvo su reaktyvinis variklis ir šis projektas priklausė Niutonui

Pirmojo pasaulyje reaktyvinio lėktuvo, skirto žmonėms skraidyti, projekto autorius buvo Rusijos revoliucionierius N.I. Kibalchichas. 1881 m. balandžio 3 d. jam buvo įvykdyta mirties bausmė už dalyvavimą pasikėsinime nužudyti imperatorių Aleksandrą II. Savo projektą jis sukūrė kalėjime po mirties nuosprendžio. Kibalchichas rašė: „Būdamas kalėjime, likus kelioms dienoms iki mirties, rašau šį projektą. Tikiu savo idėjos įgyvendinamumu, ir šis tikėjimas mane palaiko mano siaubingoje padėtyje... Aš ramiai pasitiksiu mirtį, žinodamas, kad mano idėja neužges kartu su manimi.

Idėją panaudoti raketas skrydžiams į kosmosą mūsų amžiaus pradžioje pasiūlė rusų mokslininkas Konstantinas Eduardovičius Ciolkovskis. 1903 metais Kalugos gimnazijos mokytojo K.E. Ciolkovskis „Pasaulio erdvių tyrimai reaktyviniais prietaisais“. Šiame darbe buvo pateikta svarbiausia matematinė astronautikos lygtis, dabar žinoma kaip „Ciolkovskio formulė“, apibūdinanti kintamos masės kūno judėjimą. Vėliau jis sukūrė raketos variklio įjungimo schemą skystas kuras, pasiūlė kelių pakopų raketos dizainą, išreiškė idėją apie galimybę netoli Žemės orbitoje sukurti ištisus kosminius miestus. Jis parodė, kad vienintelis aparatas, galintis įveikti gravitaciją, yra raketa, t.y. aparatas su reaktyviniu varikliu, naudojantį degalus ir oksidatorių, esantį pačiame aparate.

Reaktyvinis variklis – tai variklis, kuris cheminę kuro energiją paverčia dujų srovės kinetine energija, o variklis įgauna greitį priešinga kryptimi.

K.E. Ciolkovskio idėją įgyvendino sovietų mokslininkai, vadovaujami akademiko Sergejaus Pavlovičiaus Korolevo. Pirmasis dirbtinis Žemės palydovas istorijoje buvo paleistas raketa Sovietų Sąjungoje 1957 metų spalio 4 dieną.

Reaktyvinio judėjimo principas yra plačiai paplitęs praktinis naudojimas aviacijoje ir astronautikoje. Kosmose nėra terpės, su kuria kūnas galėtų sąveikauti ir taip keisti savo greičio kryptį bei modulį, todėl skrydžiams į kosmosą gali būti naudojami tik reaktyviniai varikliai. lėktuvai t.y. raketos.

Raketos įtaisas

Raketos judėjimas pagrįstas impulso išsaugojimo įstatymu. Jei tam tikru momentu kūnas bus išmestas iš raketos, jis įgaus tą patį pagreitį, bet nukreiptas priešinga kryptimi

Bet kurioje raketoje, nepaisant jos konstrukcijos, visada yra apvalkalas ir kuras su oksidatoriumi. Raketos korpuse yra naudingoji apkrova (šiuo atveju tai yra erdvėlaivis), prietaisų skyrius ir variklis (degimo kamera, siurbliai ir kt.).

Pagrindinė raketos masė yra kuras su oksidatoriumi (oksidatorius reikalingas, kad kuras degtų, nes erdvėje nėra deguonies).

Kuras ir oksidatorius pumpuojami į degimo kamerą. Kuras degdamas virsta aukštos temperatūros dujomis ir aukštas spaudimas. Dėl didelio slėgio skirtumo degimo kameroje ir išorinėje erdvėje dujos iš degimo kameros galinga srove išsiveržia pro specialios formos varpelį, vadinamą antgaliu. Purkštuko paskirtis – padidinti srovės greitį.

Prieš paleidžiant raketą, jos pagreitis yra lygus nuliui. Dėl dujų sąveikos degimo kameroje ir visose kitose raketos dalyse pro purkštuką išbėgančios dujos gauna tam tikrą impulsą. Tada raketa yra uždara sistema, o bendras jos impulsas po paleidimo turi būti lygus nuliui. Todėl raketos apvalkalas, kad ir kas jame būtų, gauna impulsą, absoliučia verte lygų dujų impulsui, bet priešinga kryptimi.

Masyviausia raketos dalis, skirta paleisti ir pagreitinti visą raketą, vadinama pirmąja pakopa. Kai pirmoji masyvi daugiapakopės raketos pakopa įsibėgėjimo metu išeikvoja visas kuro atsargas, ji atsiskiria. Tolimesnį greitėjimą tęsia antrasis, ne toks masyvus etapas, o prie anksčiau pirmojo etapo pagalba pasiekto greičio prideda dar šiek tiek greičio, o tada atsiskiria. Trečioji pakopa toliau didina greitį iki reikiamos vertės ir pristato naudingąją apkrovą į orbitą.

Pirmasis žmogus, skridęs į kosmosą, buvo pilietis Sovietų Sąjunga Jurijus Aleksejevičius Gagarinas. 1961 m. balandžio 12 d. Jis apskriejo Žemės rutulį palydoviniu laivu „Vostok“.

Sovietinės raketos pirmosios pasiekė Mėnulį, apskriejo Mėnulį ir nufotografavo jo nematomą pusę nuo Žemės, pirmosios pasiekė Veneros planetą ir pristatė į jos paviršių mokslinius instrumentus. 1986 m. du sovietų erdvėlaiviai „Vega-1“ ir „Vega-2“ iš arti tyrinėjo Halio kometą, kuri kartą per 76 metus priartėjo prie Saulės.

Geriausiu atveju reikalauti korekcijos...“ R. Feynmanas Net trumpa technologijų raidos istorijos apžvalga parodo nuostabų laviną primenančios raidos faktą modernus mokslas ir technologijos per visos žmonijos istoriją. Jei žmogaus perėjimas nuo akmeninių įrankių prie metalo truko apie 2 milijonus metų; rato tobulinimas iš vientiso medinio į ratą su stebule, ...

Kuris pasiklydęs laiko miglose, buvo, yra ir visada bus vidaus mokslo ir kultūros židinys: ir visada bus atviras kultūriniame ir moksliniame judėjime visam pasauliui.“ * „Maskva mokslo istorijoje ir technologija“ – taip vadinasi Mokslinių tyrimų projektas(vadovas S.S. Ilizarovas), kurį vykdo Gamtos mokslų ir technologijos istorijos institutas. S.I. Vavilovas iš Rusijos mokslų akademijos, remiamas...

Jų ilgamečio darbo rezultatai įvairiose srityse fizinė optika. Tai padėjo pagrindus naujai optikos krypčiai, kurią mokslininkas pavadino mikrooptika. Vavilovas davė didelis dėmesys gamtos mokslo filosofijos ir mokslo istorijos klausimai. Jam priskiriamas M. V. Lomonosovo, V. V. Petrovo ir L. Eulerio mokslinio paveldo kūrimas, publikavimas ir propagavimas. Mokslininkas vadovavo Istorijos komisijai...

Reaktyvinės jėgos panaudojimas gamtoje Daugelis iš mūsų gyvenime yra susitikę plaukdami jūroje su medūzomis. Tačiau mažai žmonių manė, kad medūzos taip pat naudoja reaktyvinį judėjimą. Ir dažnai jūrų bestuburių efektyvumas naudojant reaktyvinį variklį yra daug didesnis nei techno išradimų.

Sepijos Sepijos, kaip ir dauguma galvakojų, vandenyje juda tokiu būdu. Ji paima vandenį į žiaunų ertmę per šoninį plyšį ir specialų piltuvėlį priešais kūną, o tada energingai išmeta vandens srovę per piltuvą. Sepijos nukreipia piltuvo vamzdelį į šoną arba atgal ir, greitai išspausdamos iš jo vandenį, gali judėti įvairiomis kryptimis.

Kalmarai Kalmarai yra didžiausias bestuburis vandenyno gelmių gyventojas. Jis juda reaktyvinio varymo principu, sugerdamas į save vandenį, o po to su didele jėga stumdamas jį per specialią skylę – „piltuvėlį“, o dideliu greičiu (apie 70 km/val.) juda atgal trinktelėdamas. Tokiu atveju visi dešimt kalmarų čiuptuvų surenkami į mazgą virš galvos ir jis įgauna supaprastintą formą.

Skraidantis kalmaras Tai mažas, maždaug silkės dydžio gyvūnas. Jis taip greitai persekioja žuvis, kad dažnai iššoka iš vandens, veržiasi per jos paviršių kaip strėlė. Sukūręs maksimalią reaktyvinio vandens trauką, pilotas kalmaras pakyla į orą ir skrenda virš bangų daugiau nei penkiasdešimt metrų. Gyvos raketos skrydžio apogėjus slypi taip aukštai virš vandens, kad skraidantys kalmarai dažnai nukrenta ant vandenynų laivų denių. Keturi ar penki metrai nėra rekordinis aukštis, iki kurio kalmarai pakyla į dangų. Kartais jie skrenda dar aukščiau.

Aštuonkojai Aštuonkojai taip pat gali skristi. Prancūzų gamtininkas Jeanas Verany pamatė, kaip paprastas aštuonkojis akvariume įsibėgėjo ir staiga iššoko iš vandens atbulomis. Apibūdindamas ore maždaug penkių metrų ilgio lanką, jis vėl nukrito į akvariumą. Įgavęs greitį šuoliui, aštuonkojis judėjo ne tik dėl reaktyvinės traukos, bet ir irklavo su čiuptuvais.

Crazy Cucumber Pietinėse šalyse (o čia ir prie Juodosios jūros pakrantėje) auga augalas, vadinamas "Crazy Cucumber". Tereikia lengvai paliesti prinokusį vaisių, panašų į agurką, nes jis atšoka nuo kotelio, o pro susidariusią skylutę iš vaisiaus iki 10 m/s greičiu išskrenda skystis su sėklomis. Nušauna išprotėjusį agurką (kitaip jis vadinamas „damų pistoletu“) daugiau nei 12 m.

skaidrė 2

Reaktyvinio judėjimo taikymas gamtoje

Daugelis iš mūsų gyvenime yra susitikę plaukdami jūroje su medūzomis. Tačiau mažai žmonių manė, kad medūzos taip pat naudoja reaktyvinį judėjimą. Ir dažnai jūrų bestuburių efektyvumas naudojant reaktyvinį variklį yra daug didesnis nei techninių išradimų.

skaidrė 3

Reaktyvinį varymą naudoja daugelis moliuskų – aštuonkojai, kalmarai, sepijos.

skaidrė 4

Sepijos

Sepijos, kaip ir dauguma galvakojų, vandenyje juda tokiu būdu. Ji paima vandenį į žiaunų ertmę per šoninį plyšį ir specialų piltuvėlį priešais kūną, o tada energingai išmeta vandens srovę per piltuvą. Sepijos nukreipia piltuvo vamzdelį į šoną arba atgal ir, greitai išspausdamos iš jo vandenį, gali judėti įvairiomis kryptimis.

skaidrė 5

Kalmarai

Kalmarai pasiekė aukščiausią reaktyvinės navigacijos meistriškumo lygį. Jie netgi turi korpusą, kuris kopijuoja raketą su jos išorinėmis formomis (arba geriau, raketa kopijuoja kalmarus, nes šiuo klausimu ji turi neginčijamą prioritetą)

skaidrė 6

Kalmarai yra didžiausias bestuburis vandenyno gelmių gyventojas. Jis juda reaktyvinio varymo principu, sugerdamas į save vandenį, o po to su didele jėga stumdamas jį per specialią skylę – „piltuvėlį“, o dideliu greičiu (apie 70 km/val.) juda atgal trinktelėdamas. Tokiu atveju visi dešimt kalmarų čiuptuvų surenkami į mazgą virš galvos ir jis įgauna supaprastintą formą.

7 skaidrė

skraidantys kalmarai

Tai mažas silkės dydžio gyvūnas. Jis taip greitai persekioja žuvis, kad dažnai iššoka iš vandens, veržiasi per jos paviršių kaip strėlė. Sukūręs maksimalią reaktyvinio vandens trauką, pilotas kalmaras pakyla į orą ir skrenda virš bangų daugiau nei penkiasdešimt metrų. Gyvos raketos skrydžio apogėjus slypi taip aukštai virš vandens, kad skraidantys kalmarai dažnai nukrenta ant vandenynų laivų denių. Keturi ar penki metrai nėra rekordinis aukštis, iki kurio kalmarai pakyla į dangų. Kartais jie skrenda dar aukščiau.

8 skaidrė

Aštuonkojis

Aštuonkojai taip pat gali skristi. Prancūzų gamtininkas Jeanas Verany pamatė, kaip paprastas aštuonkojis akvariume įsibėgėjo ir staiga iššoko iš vandens atbulomis. Apibūdindamas ore maždaug penkių metrų ilgio lanką, jis vėl nukrito į akvariumą. Įgavęs greitį šuoliui, aštuonkojis judėjo ne tik dėl reaktyvinės traukos, bet ir irklavo su čiuptuvais.

Į dangų kyla kelių tonų erdvėlaiviai, o jūros vandenyse mikliai manevruoja skaidrios, želatininės medūzos, sepijos ir aštuonkojai – ką jie turi bendro? Pasirodo, kad abiem atvejais judant naudojamas reaktyvinio judėjimo principas. Būtent šiai temai ir skirtas mūsų šiandieninis straipsnis.

Pažvelkime į istoriją

Dauguma Pirmosios patikimos žinios apie raketas siekia XIII a. Indai, kinai, arabai ir europiečiai juos naudojo kovinėse operacijose kaip karinius ir signalinius ginklus. Tada sekė šimtmečiai beveik visiško šių prietaisų užmaršties.

Rusijoje reaktyvinio variklio naudojimo idėja buvo atgaivinta revoliucionieriaus „Narodnaya Volya“ Nikolajaus Kibalchicho darbo dėka. Sėdėdamas karališkuose požemiuose jis vystėsi Rusijos projektas reaktyvinis variklis ir lėktuvai žmonėms. Kibalchich buvo įvykdytas mirties bausmė, o jo projektas ilgus metus rinko dulkes carinės slaptosios policijos archyvuose.

Pagrindinės šio talentingo ir drąsaus žmogaus idėjos, brėžiniai ir skaičiavimai buvo toliau plėtojami K. E. Ciolkovskio darbuose, kurie pasiūlė juos panaudoti tarpplanetiniam ryšiui. 1903–1914 m. jis paskelbė daugybę darbų, kuriuose įtikinamai įrodo galimybę panaudoti reaktyvinį variklį kosmoso tyrinėjimui ir pagrindžia daugiapakopių raketų panaudojimo galimybes.

Daugelis Ciolkovskio mokslinių pasiekimų vis dar naudojami raketų moksle.

biologinės raketos

Kaip tai atsirado idėja judėti nustumiant savo reaktyvinį srautą? Galbūt pakrančių zonų gyventojai, atidžiai stebėdami jūrų gyvenimą, pastebėjo, kaip tai vyksta gyvūnų pasaulyje.

Pavyzdžiui, šukutės juda dėl iš korpuso išstumtos vandens srovės reaktyviosios jėgos greitai suspaudžiant jo vožtuvus. Tačiau jis niekada neatsiliks nuo greičiausių plaukikų – kalmarų.

Jų raketos formos kūnai veržiasi uodega į priekį, išmesdami sukauptą vandenį iš specialaus piltuvo. juda pagal tą patį principą, išspausdami vandenį sutraukdami jų skaidrų kupolą.

Gamta suteikė „reaktyvinį variklį“ ir augalą, vadinamą „purškiamas agurkas“. Kai jo vaisiai visiškai sunoksta, reaguodama į menkiausią prisilietimą, jis išskiria glitimą su sėklomis. Pats vaisius metamas priešinga kryptimi iki 12 m atstumu!

Nei jūrų augalija ir gyvūnija, nei augalai nežino fizinių dėsnių, kuriais grindžiamas šis judėjimo būdas. Pabandysime tai išsiaiškinti.

Reaktyvinio judėjimo principo fiziniai pagrindai

Pradėkime nuo paprasto eksperimento. Pripūskite guminį rutulį ir be surišimo leisime į laisvą skrydį. Spartus rutulio judėjimas tęsis tol, kol iš jo tekantis oro srautas bus pakankamai stiprus.

Norėdami paaiškinti šios patirties rezultatus, turėtume kreiptis į trečiąjį dėsnį, kuris tai teigia du kūnai sąveikauja su vienodo dydžio ir priešingos krypties jėgomis. Todėl jėga, kuria rutulys veikia iš jo išeinančias oro sroves, yra lygi jėgai, kuria oras atstumia kamuolį nuo savęs.

Perkelkime šį samprotavimą į raketą. Šie prietaisai dideliu greičiu išmeta dalį savo masės, dėl to jie patys gauna pagreitį priešinga kryptimi.

Fizikos požiūriu tai procesas aiškiai paaiškinamas impulso tvermės dėsniu. Impulsas yra kūno masės ir jo greičio (mv) sandauga. Kol raketa yra ramybės būsenoje, jos greitis ir impulsas yra lygūs nuliui. Jei iš jo išmetama srovė, tai likusi dalis pagal impulso tvermės dėsnį turi įgyti tokį greitį, kad bendras impulsas vis tiek būtų lygus nuliui.

Pažiūrėkime į formules:

m g v g + m p v p =0;

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

kur m g v g dujų srovės sukuriamas impulsas, m p v p raketos gaunamas impulsas.

Minuso ženklas rodo, kad raketos judėjimo kryptis ir reaktyvinis srautas yra priešingi.

Reaktyvinio variklio įtaisas ir veikimo principas

Technologijoje reaktyviniai varikliai varo lėktuvus, raketas, iškeliauja į orbitą erdvėlaivis. Priklausomai nuo paskirties, jie turi skirtingą įrenginį. Bet kiekvienas iš jų turi kuro tiekimą, kamerą jo degimui ir purkštuką, kuris pagreitina reaktyvinį srautą.

Tarpplanetinėse automatinėse stotyse taip pat įrengtas prietaisų skyrius ir kabinos su astronautų gyvybės palaikymo sistema.

Šiuolaikinės kosminės raketos yra sudėtingi, daugiapakopiai orlaiviai, kuriuose naudojami naujausi inžinerijos pasiekimai. Po paleidimo pirmiausia dega kuras apatinėje pakopoje, o po to atsiskiria nuo raketos, ją sumažindamas bendros masės ir didinant greitį.

Tada degalai sunaudojami antrajame etape ir tt Galiausiai orlaivis nukreipiamas į nurodytą trajektoriją ir pradeda savarankišką skrydį.

Pasvajokime truputį

Didysis svajotojas ir mokslininkas K. E. Ciolkovskis suteikė ateities kartoms pasitikėjimo, kad reaktyviniai varikliai leis žmonijai išsiveržti iš žemės atmosferos ir skubėti į kosmosą. Jo prognozė išsipildė. Mėnulį ir net tolimas kometas sėkmingai tyrinėja erdvėlaiviai.

Astronautikoje naudojami skysto kuro varikliai. Kaip kurą naudojami naftos produktai, tačiau jų pagalba pasiekiamas greitis yra nepakankamas labai ilgiems skrydžiams.

Galbūt jūs, mieli skaitytojai, pamatysite žemiečių skrydžius į kitas galaktikas transporto priemonėmis su branduoliniais, termobranduoliniais ar joniniais reaktyviniais varikliais.

Jei ši žinutė jums buvo naudinga, mielai jus pamatyčiau

Reaktyvinis varymas gamtoje ir technologijose

FIZIKOS SANTRAUKA

Reaktyvinis varymas– judėjimas, atsirandantis, kai jo dalis tam tikru greičiu atsiskiria nuo kūno.

Reaktyvioji jėga atsiranda be jokios sąveikos su išoriniais kūnais.

Reaktyvinio judėjimo taikymas gamtoje

Daugelis iš mūsų gyvenime yra susitikę plaukdami jūroje su medūzomis. Bet kokiu atveju Juodojoje jūroje jų užtenka. Tačiau mažai žmonių manė, kad medūzos taip pat naudoja reaktyvinį judėjimą. Be to, taip juda laumžirgių lervos ir kai kurios jūrinio planktono rūšys. Ir dažnai jūrų bestuburių efektyvumas naudojant reaktyvinį variklį yra daug didesnis nei techninių išradimų.

Reaktyvinį varymą naudoja daugelis moliuskų – aštuonkojai, kalmarai, sepijos. Pavyzdžiui, jūros šukutės moliuskas juda į priekį dėl vandens čiurkšlės, išmestos iš kiauto, reaktyviosios jėgos, smarkiai suspaudžiant jo vožtuvus.

Aštuonkojis

Sepijos

Sepijos, kaip ir dauguma galvakojų, vandenyje juda tokiu būdu. Ji paima vandenį į žiaunų ertmę per šoninį plyšį ir specialų piltuvėlį priešais kūną, o tada energingai išmeta vandens srovę per piltuvą. Sepijos nukreipia piltuvo vamzdelį į šoną arba atgal ir, greitai išspausdamos iš jo vandenį, gali judėti įvairiomis kryptimis.

Salpa – skaidraus kūno jūrinis gyvūnas, judėdamas paima vandenį pro priekinę angą, vanduo patenka į plačią ertmę, kurios viduje įstrižai ištemptos žiaunos. Kai tik gyvūnas išgeria didelį gurkšnį vandens, skylė užsidaro. Tada susitraukia išilginiai ir skersiniai salpos raumenys, susitraukia visas kūnas ir pro galinę angą išstumiamas vanduo. Ištekančios srovės reakcija stumia salpą į priekį.

Didžiausią susidomėjimą kelia kalmarų reaktyvinis variklis. Kalmarai yra didžiausias bestuburis vandenyno gelmių gyventojas. Kalmarai pasiekė aukščiausią reaktyvinės navigacijos meistriškumo lygį. Jie netgi turi kūną su savo išorinėmis formomis, kurie kopijuoja raketą (arba, geriau, raketa kopijuoja kalmarą, nes šiuo klausimu ji turi neginčijamą prioritetą). Lėtai judėdami kalmarai naudoja didelį deimanto formos peleką, kuris periodiškai išlinksta. Greitam metimui jis naudoja reaktyvinį variklį. Raumeninis audinys - mantija supa moliusko kūną iš visų pusių, jo ertmės tūris yra beveik pusė kalmaro kūno tūrio. Gyvūnas įsiurbia vandenį į mantijos ertmę, o po to staigiai išstumia vandens srovę per siaurą antgalį ir dideliu greičiu juda atgal. Šiuo atveju visi dešimt kalmarų čiuptuvų surenkami į mazgą virš galvos, ir jis įgauna supaprastintą formą. Antgalis turi specialų vožtuvą, o raumenys gali jį pasukti, keisdami judėjimo kryptį. Kalmarų variklis yra labai ekonomiškas, jis gali pasiekti greitį iki 60 - 70 km / h. (Kai kurie tyrinėtojai mano, kad net iki 150 km/h!) Nenuostabu, kad kalmarai vadinami „gyva torpeda“. Lenkiant į ryšulį sulankstytus čiuptuvus į dešinę, kairę, aukštyn arba žemyn, kalmaras pasisuka į vieną ar kitą pusę. Kadangi toks vairas, lyginant su pačiu gyvūnu, yra labai didelis, užtenka nežymaus jo judesio, kad kalmaras net ir visu greičiu lengvai išsisuktų nuo susidūrimo su kliūtimi. Staigus vairo pasukimas – ir plaukikas veržiasi į priešingą pusę. Dabar jis sulenkė piltuvo galą atgal ir dabar slysta galva į priekį. Jis išlenkė jį į dešinę, o reaktyvinis smūgis numetė jį į kairę. Tačiau kai reikia greitai plaukti, piltuvėlis visada išsikiša tiesiai tarp čiuptuvų, o kalmaras veržiasi uodega į priekį, kaip bėgtų vėžys – arklio vikrumu apdovanotas bėgikas.

Jei nereikia skubėti, kalmarai ir sepijos plaukia banguodami pelekais – miniatiūrinės bangelės per juos bėga iš priekio į galą, o gyvūnas grakščiai sklando, retkarčiais pasistumdydamas ir iš po mantijos išsviedžiama vandens srove. Tada aiškiai matomi atskiri smūgiai, kuriuos moliuskas patiria vandens čiurkšlių išsiveržimo metu. Kai kurie galvakojai gali pasiekti iki penkiasdešimt penkių kilometrų per valandą greitį. Atrodo, kad niekas neatliko tiesioginių matavimų, tačiau tai galima spręsti iš skraidančių kalmarų greičio ir nuotolio. O tokių, pasirodo, aštuonkojų giminėse yra talentų! Geriausias pilotas tarp moliuskų yra kalmaras stenoteuthis. Anglų jūreiviai tai vadina – skraidantis kalmaras („flying squid“). Tai mažas silkės dydžio gyvūnas. Jis taip greitai persekioja žuvis, kad dažnai iššoka iš vandens, veržiasi per jos paviršių kaip strėlė. Jis taip pat griebiasi šios gudrybės, kad išgelbėtų savo gyvybę nuo plėšrūnų – tuno ir skumbrės. Sukūręs maksimalią reaktyvinio vandens trauką, pilotas kalmaras pakyla į orą ir skrenda virš bangų daugiau nei penkiasdešimt metrų. Gyvos raketos skrydžio apogėjus slypi taip aukštai virš vandens, kad skraidantys kalmarai dažnai nukrenta ant vandenynų laivų denių. Keturi ar penki metrai nėra rekordinis aukštis, iki kurio kalmarai pakyla į dangų. Kartais jie skrenda dar aukščiau.

Anglų vėžiagyvių tyrinėtojas daktaras Reesas moksliniame straipsnyje aprašė kalmarą (tik 16 centimetrų ilgio), kuris, nuskridęs nemažą atstumą oru, nukrito ant jachtos tilto, iškilusio beveik septynis metrus virš vandens.

Pasitaiko, kad į laivą putojančia kaskada krenta daug skraidančių kalmarų. Senovės rašytojas Trebiusas Nigeris kartą papasakojo liūdną istoriją apie laivą, kuris tariamai net nuskendo nuo ant jo denio nukritusių skraidančių kalmarų svorio. Kalmarai gali pakilti be pagreičio.

Aštuonkojai taip pat gali skristi. Prancūzų gamtininkas Jeanas Verany pamatė, kaip paprastas aštuonkojis akvariume įsibėgėjo ir staiga iššoko iš vandens atbulomis. Apibūdindamas ore maždaug penkių metrų ilgio lanką, jis vėl nukrito į akvariumą. Įgavęs greitį šuoliui, aštuonkojis judėjo ne tik dėl reaktyvinės traukos, bet ir irklavo su čiuptuvais.
Maišiniai aštuonkojai, žinoma, plaukia blogiau nei kalmarai, tačiau kritiniais momentais jie gali parodyti rekordinę geriausių sprinterių klasę. Kalifornijos akvariumo darbuotojai bandė nufotografuoti aštuonkojį, puolantį krabą. Aštuonkojis puolė į grobį tokiu greičiu, kad ant plėvelės, net ir fotografuojant didžiausiu greičiu, visada buvo tepalų. Taigi, metimas truko šimtąsias sekundės dalis! Paprastai aštuonkojai plaukia palyginti lėtai. Aštuonkojų migraciją tyrinėjęs Josephas Signlas apskaičiavo, kad pusės metro aštuonkojis plaukia jūra maždaug penkiolikos kilometrų per valandą greičiu. Kiekviena iš piltuvo išmesta vandens čiurkšlė stumia jį į priekį (tiksliau – atgal, aštuonkojui plaukiant atgal) du–du su puse metro.

Reaktyvinį judėjimą galima rasti ir augalų pasaulyje. Pavyzdžiui, prinokę „pamišusio agurko“ vaisiai menkiausiu prisilietimu atšoka nuo kotelio, o iš susidariusios skylutės su jėga išstumiamas lipnus skystis su sėklomis. Pats agurkas skrenda priešinga kryptimi iki 12 m.

Žinodami impulso išsaugojimo dėsnį, galite pakeisti savo judėjimo greitį atviroje erdvėje. Jei esate valtyje ir turite sunkių akmenų, mesdami akmenis tam tikra kryptimi, būsite nukreipti į priešingą pusę. Tas pats nutiks ir kosmose, tačiau tam naudojami reaktyviniai varikliai.

Visi žino, kad šūvį iš ginklo lydi atatranka. Jei kulkos svoris būtų lygus pistoleto svoriui, jie skristų tuo pačiu greičiu. Atatranka atsiranda todėl, kad išmetama dujų masė sukuria reaktyviąją jėgą, kurios dėka galima užtikrinti judėjimą tiek ore, tiek beorėje erdvėje. Ir kuo didesnė ištekančių dujų masė ir greitis, tuo didesnę atatrankos jėgą jaučia mūsų petys, kuo stipresnė ginklo reakcija, tuo didesnė reaktyvioji jėga.

Reaktyvinio variklio panaudojimas technologijoje

Daugelį amžių žmonija svajojo apie skrydžius į kosmosą. Mokslinės fantastikos rašytojai pasiūlė įvairias priemones šiam tikslui pasiekti. XVII amžiuje pasirodė prancūzų rašytojo Cyrano de Bergerac istorija apie skrydį į Mėnulį. Šios istorijos herojus į mėnulį pateko geležiniu vagonu, virš kurio nuolat svaidė stiprų magnetą. Patrauktas jo, vagonas kilo vis aukščiau virš Žemės, kol pasiekė Mėnulį. O baronas Miunhauzenas pasakė, kad į mėnulį užkopė ant pupos stiebo.

Pirmojo mūsų eros tūkstantmečio pabaigoje Kinijoje buvo išrastas reaktyvinis variklis, kuris varė raketas – bambukinius vamzdelius, pripildytus parako, jie buvo naudojami ir kaip pramoga. Vienas pirmųjų automobilių projektų taip pat buvo su reaktyviniu varikliu ir šis projektas priklausė Newtonui

Pirmojo pasaulyje reaktyvinio lėktuvo, skirto žmonėms skraidyti, projekto autorius buvo Rusijos revoliucionierius N.I. Kibalchichas. 1881 m. balandžio 3 d. jam buvo įvykdyta mirties bausmė už dalyvavimą pasikėsinime nužudyti imperatorių Aleksandrą II. Savo projektą jis sukūrė kalėjime po mirties nuosprendžio. Kibalchichas rašė: „Būdamas kalėjime, likus kelioms dienoms iki mirties, rašau šį projektą. Tikiu savo idėjos įgyvendinamumu, ir šis tikėjimas mane palaiko mano siaubingoje padėtyje... Aš ramiai pasitiksiu mirtį, žinodamas, kad mano idėja neužges kartu su manimi.

Idėją panaudoti raketas skrydžiams į kosmosą mūsų amžiaus pradžioje pasiūlė rusų mokslininkas Konstantinas Eduardovičius Ciolkovskis. 1903 metais Kalugos gimnazijos mokytojo K.E. Ciolkovskis „Pasaulio erdvių tyrimai reaktyviniais prietaisais“. Šiame darbe buvo pateikta svarbiausia matematinė astronautikos lygtis, dabar žinoma kaip „Ciolkovskio formulė“, apibūdinanti kintamos masės kūno judėjimą. Vėliau jis sukūrė skystojo kuro raketinio variklio schemą, pasiūlė daugiapakopę raketos konstrukciją ir išreiškė idėją apie galimybę netoli Žemės orbitoje sukurti ištisus kosminius miestus. Jis parodė, kad vienintelis aparatas, galintis įveikti gravitaciją, yra raketa, t.y. aparatas su reaktyviniu varikliu, naudojantį degalus ir oksidatorių, esantį pačiame aparate.

Reaktyvinis variklis- tai variklis, kuris cheminę kuro energiją paverčia dujų srovės kinetine energija, o variklis įgauna greitį priešinga kryptimi.

K.E. Ciolkovskio idėją įgyvendino sovietų mokslininkai, vadovaujami akademiko Sergejaus Pavlovičiaus Korolevo. Pirmasis dirbtinis Žemės palydovas istorijoje buvo paleistas raketa Sovietų Sąjungoje 1957 metų spalio 4 dieną.

Reaktyvinio judėjimo principas plačiai taikomas aviacijoje ir astronautikoje. Kosmose nėra terpės, su kuria kūnas galėtų sąveikauti ir taip keisti savo greičio kryptį bei modulį, todėl skrydžiams į kosmosą gali būti naudojami tik reaktyviniai orlaiviai, ty raketos.

Raketos įtaisas

Raketos judėjimas pagrįstas impulso išsaugojimo įstatymu. Jei tam tikru momentu kūnas bus išmestas iš raketos, jis įgaus tą patį pagreitį, bet nukreiptas priešinga kryptimi

Bet kurioje raketoje, nepaisant jos konstrukcijos, visada yra apvalkalas ir kuras su oksidatoriumi. Raketos korpusą sudaro naudingoji apkrova (šiuo atveju erdvėlaivis), prietaisų skyrius ir variklis (degimo kamera, siurbliai ir kt.).

Pagrindinė raketos masė yra kuras su oksidatoriumi (oksidatorius reikalingas, kad kuras degtų, nes erdvėje nėra deguonies).

Kuras ir oksidatorius pumpuojami į degimo kamerą. Kuras degdamas virsta aukštos temperatūros ir aukšto slėgio dujomis. Dėl didelio slėgio skirtumo degimo kameroje ir išorinėje erdvėje dujos iš degimo kameros galinga srove išsiveržia pro specialios formos varpelį, vadinamą antgaliu. Purkštuko paskirtis – padidinti srovės greitį.

Prieš paleidžiant raketą, jos pagreitis yra lygus nuliui. Dėl dujų sąveikos degimo kameroje ir visose kitose raketos dalyse pro purkštuką išbėgančios dujos gauna tam tikrą impulsą. Tada raketa yra uždara sistema, o bendras jos impulsas po paleidimo turi būti lygus nuliui. Todėl raketos apvalkalas, kad ir kas jame būtų, gauna impulsą, absoliučia verte lygų dujų impulsui, bet priešinga kryptimi.

Masyviausia raketos dalis, skirta paleisti ir pagreitinti visą raketą, vadinama pirmąja pakopa. Kai pirmoji masyvi daugiapakopės raketos pakopa įsibėgėjimo metu išeikvoja visas kuro atsargas, ji atsiskiria. Tolimesnį greitėjimą tęsia antrasis, ne toks masyvus etapas, o prie anksčiau pirmojo etapo pagalba pasiekto greičio prideda dar šiek tiek greičio, o tada atsiskiria. Trečioji pakopa toliau didina greitį iki reikiamos vertės ir pristato naudingąją apkrovą į orbitą.

Pirmasis žmogus, skridęs į kosmosą, buvo Sovietų Sąjungos pilietis Jurijus Aleksejevičius Gagarinas. 1961 m. balandžio 12 d. Jis apskriejo Žemės rutulį palydoviniu laivu „Vostok“.

Sovietinės raketos pirmosios pasiekė Mėnulį, apskriejo Mėnulį ir nufotografavo jo nematomą pusę nuo Žemės, pirmosios pasiekė Veneros planetą ir pristatė į jos paviršių mokslinius instrumentus. 1986 m. du sovietų erdvėlaiviai „Vega-1“ ir „Vega-2“ iš arti tyrinėjo Halio kometą, kuri kartą per 76 metus priartėjo prie Saulės.

Sistemos. Technika fiziniai pratimai. Tikslinis rezultatas judesiai priklauso ne... Gydomosios galios gamta Gydomosios galios gamta turėti didelį poveikį... inercinių jėgų derinys, reaktyvus ir koncentruoti raumenų susitraukimai...