Propulsie cu reacție în natură pe scurt. Propulsie cu reacție în natură și tehnologie. Propulsie cu reacție în fizică

Propulsie cu reacție în natură și tehnologie

REZUMAT DE FIZICĂ

Mișcarea cu jet - mișcarea care are loc atunci când o parte a acestuia se separă de corp la o anumită viteză.

Forța reactivă apare fără nicio interacțiune cu corpurile externe.

Aplicație propulsie cu reacțieîn natură

Mulți dintre noi în viața noastră ne-am întâlnit în timp ce înotam în mare cu meduze. În orice caz, sunt destui în Marea Neagră. Dar puțini oameni au crezut că meduzele folosesc și propulsia cu reacție pentru a se deplasa. În plus, așa se mișcă larvele de libelule și unele tipuri de plancton marin. Și adesea eficiența nevertebratelor marine atunci când se utilizează propulsia cu reacție este mult mai mare decât cea a invențiilor tehnice.

Propulsiunea cu reacție este folosită de multe moluște - caracatițe, calmari, sepie. De exemplu, o moluște de scoici de mare se deplasează înainte datorită forței reactive a unui jet de apă aruncat din coajă în timpul unei compresii puternice a supapelor sale.

Caracatiță

Sepie

Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se mișcă în apă în felul următor. Ea ia apă în cavitatea branhiale printr-o fantă laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă energic un jet de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlnie în lateral sau în spate și, strângând rapid apa din el, se poate deplasa înăuntru laturi diferite.

Salpa este un animal marin cu corp transparent; atunci când se deplasează, ia apă prin deschiderea frontală, iar apa pătrunde într-o cavitate largă, în interiorul căreia branhiile sunt întinse în diagonală. De îndată ce animalul ia o înghițitură mare de apă, gaura se închide. Apoi mușchii longitudinali și transversali ai salpei se contractă, întregul corp se contractă și apa este împinsă afară prin deschiderea din spate. Reacția jetului care se scurge împinge salpa înainte.

De cel mai mare interes este motorul cu reacție calamar. Calamarul este cel mai mare locuitor nevertebrat din adâncurile oceanului. Calamarii au atins cel mai înalt nivel de excelență în navigația cu jet. Au chiar și un corp cu formele sale exterioare care copiază o rachetă (sau, mai bine, o rachetă copiază un calmar, deoarece are o prioritate incontestabilă în această chestiune). Când se mișcă încet, calmarul folosește o aripioară mare în formă de diamant, care se îndoaie periodic. Pentru o aruncare rapidă, el folosește un motor cu reacție. Țesut muscular - mantaua înconjoară corpul moluștei din toate părțile, volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calamarului. Animalul aspiră apă în cavitatea mantalei și apoi ejectează brusc un jet de apă printr-o duză îngustă și se mișcă înapoi cu viteză mare. În acest caz, toate cele zece tentacule ale calmarului sunt adunate într-un nod deasupra capului și capătă o formă simplificată. Duza este echipată cu o supapă specială, iar mușchii o pot întoarce, schimbând direcția de mișcare. Motorul de calmar este foarte economic, este capabil să atingă viteze de până la 60 - 70 km/h. (Unii cercetători cred că chiar și până la 150 km / h!) Nu degeaba calmarul este numit o „torpilă vie”. Îndoind tentaculele îndoite într-un mănunchi spre dreapta, stânga, în sus sau în jos, calmarul se întoarce într-o direcție sau alta. Deoarece un astfel de volan este foarte mare în comparație cu animalul în sine, mișcarea sa ușoară este suficientă pentru ca calmarul, chiar și la viteză maximă, să evite cu ușurință o coliziune cu un obstacol. O rotire bruscă a volanului - și înotatorul intră deja în grabă reversul. Acum a îndoit capătul pâlniei înapoi și acum alunecă cu capul înainte. A arcuit-o spre dreapta – iar împingerea jetului l-a aruncat în stânga. Dar când trebuie să înoți repede, pâlnia iese întotdeauna chiar între tentacule, iar calmarul se repezi cu coada înainte, așa cum ar alerga un cancer - un alergător înzestrat cu agilitatea unui cal.

Dacă nu este nevoie să se grăbească, calmarii și sepia înoată, ondulandu-și aripioarele - valuri miniaturale le trec din față în spate, iar animalul alunecă cu grație, împingându-se ocazional și cu un jet de apă aruncat de sub manta. Apoi, șocurile individuale pe care le primește moluștea în momentul erupției jeturilor de apă sunt clar vizibile. Unele cefalopode pot atinge viteze de până la cincizeci și cinci de kilometri pe oră. Nimeni nu pare să fi făcut măsurători directe, dar acest lucru poate fi judecat după viteza și raza de acțiune a calmarilor zburători. Și așa, se pare, există talente în rudele caracatițelor! Cel mai bun pilot dintre moluște este calmarul stenoteuthis. Marinarii englezi o numesc - flying squid („flying squid”). Acesta este un animal mic de mărimea unui hering. El urmărește peștii cu atâta viteză, încât de multe ori sare din apă, repezindu-i pe suprafața ca o săgeată. De asemenea, recurge la acest truc pentru a-și salva viața de prădători - ton și macrou. După ce a dezvoltat forța maximă a jetului în apă, calamarul pilot decolează în aer și zboară peste valuri mai mult de cincizeci de metri. Apogeul zborului unei rachete vii se află atât de sus deasupra apei, încât calamarii zburători cad adesea pe punțile navelor oceanice. Patru sau cinci metri nu este o înălțime record la care se ridică calmarii pe cer. Uneori zboară chiar mai sus.

Cercetătorul englez de crustacee Dr. Rees a descris într-un articol științific un calmar (numai 16 centimetri lungime), care, zburând o distanță destul de mare prin aer, a căzut pe podul iahtului, care se ridica la aproape șapte metri deasupra apei.

Se întâmplă ca mulți calmari zburători să cadă pe navă într-o cascadă sclipitoare. Scriitorul antic Trebius Niger a povestit odată o poveste tristă despre o navă care s-ar fi scufundat chiar sub greutatea calmarului zburător care i-a căzut pe punte. Calamarii pot decola fără accelerare.

Caracatițele pot zbura și ele. Naturalistul francez Jean Verany a văzut o caracatiță obișnuită accelerându-se într-un acvariu și sărind brusc din apă pe spate. Descriind în aer un arc lung de aproximativ cinci metri, s-a aruncat înapoi în acvariu. Câștigând viteză pentru săritură, caracatița s-a mișcat nu numai din cauza jetului, ci și a vâslit cu tentacule.
Caracatițele largi înoată, desigur, mai rău decât calmarii, dar în momentele critice pot arăta o clasă record pentru cei mai buni sprinteri. Personalul acvariului din California a încercat să fotografieze o caracatiță atacând un crab. Caracatița s-a repezit la pradă cu atâta viteză încât pe film, chiar și când se filma la cele mai mari viteze, erau întotdeauna lubrifianți. Deci, aruncarea a durat sutimi de secundă! De obicei caracatițele înoată relativ încet. Joseph Signl, care a studiat migrația caracatiței, a calculat că o caracatiță de jumătate de metru înoată prin mare cu o viteză medie de aproximativ cincisprezece kilometri pe oră. Fiecare jet de apă aruncat din pâlnie o împinge înainte (sau mai bine zis, înapoi, în timp ce caracatița înoată înapoi) doi până la doi metri și jumătate.

Mișcarea cu jet poate fi găsită și în lumea plantelor. De exemplu, fructele coapte ale „castraveților nebuni” la cea mai mică atingere sar de pe tulpină, iar un lichid lipicios cu semințe este aruncat cu forță din orificiul format. Castravetele însuși zboară în direcția opusă până la 12 m.

Cunoscând legea conservării impulsului, vă puteți schimba propria viteză de mișcare în spațiu deschis. Dacă ești într-o barcă și ai niște pietre grele, atunci aruncarea cu pietre într-o anumită direcție te va muta în direcția opusă. Același lucru se va întâmpla și în spațiul cosmic, dar pentru asta se folosesc motoare cu reacție.

Toată lumea știe că o împușcătură de la o armă este însoțită de recul. Dacă greutatea glonțului ar fi egală cu greutatea pistolului, ar zbura separat cu aceeași viteză. Recul apare deoarece masa de gaze aruncată creează o forță reactivă, datorită căreia mișcarea poate fi asigurată atât în ​​aer, cât și în spațiul fără aer. Și cu cât masa și viteza gazelor care se revarsă sunt mai mari, cu atât forța de recul resimțită de umărul nostru este mai mare, cu atât reacția pistolului este mai puternică, cu atât forța reactivă este mai mare.

Utilizarea propulsiei cu reacție în tehnologie

Timp de multe secole, omenirea a visat zboruri spațiale. Scriitorii de science fiction au propus o varietate de mijloace pentru a atinge acest obiectiv. În secolul al XVII-lea, a apărut o poveste a scriitorului francez Cyrano de Bergerac despre un zbor către Lună. Eroul acestei povești a ajuns pe lună într-un vagon de fier, peste care a aruncat constant un magnet puternic. Atras de el, vagonul s-a ridicat din ce în ce mai sus deasupra Pământului până a ajuns pe Lună. Iar baronul Munchausen a spus că s-a urcat pe lună pe tulpina unei fasole.

La sfârșitul primului mileniu al erei noastre, în China a fost inventată propulsia cu reacție, care a propulsat rachete - tuburi de bambus umplute cu praf de pușcă, au fost folosite și ca distracție. Unul dintre primele proiecte auto a fost tot cu motor turboreactor iar acest proiect i-a aparținut lui Newton

Autorul primului proiect din lume al unui avion cu reacție conceput pentru zborul uman a fost revoluționarul rus N.I. Kibalcici. A fost executat la 3 aprilie 1881 pentru că a participat la tentativa de asasinare a împăratului Alexandru al II-lea. Și-a dezvoltat proiectul în închisoare după condamnarea la moarte. Kibalchich a scris: „În timp ce sunt în închisoare, cu câteva zile înainte de moartea mea, scriu acest proiect. Cred în fezabilitatea ideii mele, iar această credință mă susține în poziția mea teribilă... Mă voi confrunta cu calm cu moartea, știind că ideea mea nu va muri odată cu mine.

Ideea de a folosi rachete pentru zborurile spațiale a fost propusă la începutul secolului nostru de omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. În 1903, un articol al unui profesor al gimnaziului Kaluga K.E. Tsiolkovsky „Cercetarea spațiilor lumii prin dispozitive cu reacție”. Această lucrare conținea cea mai importantă ecuație matematică pentru astronautică, cunoscută acum sub numele de „formula Tsiolkovsky”, care descria mișcarea unui corp de masă variabilă. Ulterior, a dezvoltat o schemă pentru un motor rachetă pornit combustibil lichid, a propus un design de rachetă în mai multe etape, a exprimat ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbită apropiată de Pământ. El a arătat că singurul aparat capabil să depășească gravitația este o rachetă, adică. un aparat cu un motor cu reacție care utilizează combustibil și un oxidant situat pe aparatul propriu-zis.

Un motor cu reacție este un motor care transformă energia chimică a combustibilului în energia cinetică a unui jet de gaz, în timp ce motorul capătă viteză în direcția opusă.

Ideea lui K.E. Tsiolkovsky a fost realizată de oamenii de știință sovietici sub îndrumarea academicianului Serghei Pavlovich Korolev. Primul satelit artificial al Pământului din istorie a fost lansat de o rachetă în Uniunea Sovietică pe 4 octombrie 1957.

Principiul propulsiei cu reacție este larg uz practicîn aviație și astronautică. În spațiul cosmic nu există niciun mediu cu care corpul să poată interacționa și, prin urmare, să-și schimbe direcția și modulul vitezei, prin urmare numai motoarele cu reacție pot fi folosite pentru zborurile în spațiu. avioane, adică rachete.

Dispozitiv rachetă

Mișcarea rachetei se bazează pe legea conservării impulsului. Dacă la un moment dat un corp este aruncat din rachetă, atunci va căpăta același impuls, dar îndreptat în direcția opusă

În orice rachetă, indiferent de design, există întotdeauna o carcasă și combustibil cu un oxidant. Carcasa rachetei include o sarcină utilă (în acest caz este nava spatiala), compartimentul instrumentelor și motorul (camera de ardere, pompe etc.).

Masa principală a rachetei este combustibilul cu un oxidant (oxidantul este necesar pentru a menține combustibilul arzând, deoarece nu există oxigen în spațiu).

Combustibilul și oxidantul sunt pompați în camera de ardere. Combustibilul, atunci când este ars, se transformă într-un gaz de temperatură ridicată și presiune ridicata. Datorită diferenței mari de presiune din camera de ardere și din spațiul cosmic, gazele din camera de ardere se reped într-un jet puternic printr-un clopot cu formă specială, numită duză. Scopul duzei este de a crește viteza jetului.

Înainte de lansarea unei rachete, impulsul acesteia este zero. Ca urmare a interacțiunii gazului din camera de ardere și din toate celelalte părți ale rachetei, gazul care scapă prin duză primește un anumit impuls. Atunci racheta este un sistem închis, iar impulsul său total trebuie să fie egal cu zero după lansare. Prin urmare, carcasa rachetei, orice se află în ea, primește un impuls egal în valoare absolută cu impulsul gazului, dar opus ca direcție.

Cea mai masivă parte a rachetei, concepută pentru a lansa și accelera întreaga rachetă, se numește prima etapă. Când prima etapă masivă a unei rachete cu mai multe etape epuizează toate rezervele de combustibil în timpul accelerației, se separă. Accelerația ulterioară este continuată de a doua etapă, mai puțin masivă, iar vitezei obținute anterior cu ajutorul primei etape, se adaugă mai multă viteză, apoi se separă. Cea de-a treia etapă continuă să-și mărească viteza la valoarea necesară și livrează sarcina utilă pe orbită.

Prima persoană care a zburat în spațiul cosmic a fost un cetățean Uniunea Sovietică Iuri Alekseyevici Gagarin. 12 aprilie 1961 A înconjurat globul pe nava satelit Vostok

Rachetele sovietice au fost primele care au ajuns pe Lună, au înconjurat Luna și și-au fotografiat partea invizibilă de pe Pământ, au fost primele care au ajuns pe planeta Venus și au livrat instrumente științifice la suprafața acesteia. În 1986, două nave spațiale sovietice „Vega-1” și „Vega-2” au studiat cometa Halley la distanță apropiată, apropiindu-se de Soare o dată la 76 de ani.

În cel mai bun caz, necesită corectare... „R. Feynman Chiar și o scurtă trecere în revistă a istoriei dezvoltării tehnologiei arată faptul uimitor al unei dezvoltări asemănătoare avalanșelor stiinta modernași tehnologie de-a lungul istoriei întregii omeniri. Dacă trecerea omului de la unelte de piatră la metal a durat aproximativ 2 milioane de ani; îmbunătățirea roții de la una din lemn masiv la o roată cu butuc, ...

Care se pierde în negura timpului, a fost, este și va fi întotdeauna în centrul științei și culturii interne: și va fi întotdeauna deschis în mișcarea culturală și științifică pentru întreaga lume." * "Moscova în istoria științei și tehnologie" - acesta este numele proiect de cercetare(Șef S.S. Ilizarov), realizat de Institutul de Istorie a Științelor și Tehnologiei Naturii. S.I. Vavilov al Academiei Ruse de Științe cu sprijinul...

Rezultatele anilor lor de muncă în diverse zone optică fizică. A pus bazele unei noi direcții în optică, pe care omul de știință a numit-o microoptică. Vavilov a dat mare atentieîntrebări de filozofie a științei naturale și de istoria științei. El este creditat cu dezvoltarea, publicarea și promovarea moștenirii științifice a lui M. V. Lomonosov, V. V. Petrov și L. Euler. Omul de știință a condus Comisia pentru istoria...

Utilizarea propulsiei cu reacție în natură Mulți dintre noi în viața noastră ne-am întâlnit în timp ce înotau în mare cu meduze. Dar puțini oameni au crezut că meduzele folosesc și propulsia cu reacție pentru a se deplasa. Și adesea eficiența nevertebratelor marine atunci când se utilizează propulsia cu reacție este mult mai mare decât cea a invențiilor tehno.

Sepia Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se mișcă în apă în felul următor. Ea ia apă în cavitatea branhiale printr-o fantă laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă energic un jet de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlnie în lateral sau în spate și, strângând rapid apa din el, se poate mișca în direcții diferite.

Calamarul Calamarul este cel mai mare locuitor nevertebrat din adâncurile oceanului. Se mișcă conform principiului propulsiei cu jet, absorbind apa în sine și apoi împingând-o cu mare forță printr-o gaură specială - o „pâlnie”, iar la viteză mare (aproximativ 70 km/h) se deplasează înapoi în șocuri. În acest caz, toate cele zece tentacule ale calmarului sunt adunate într-un nod deasupra capului și capătă o formă simplă.

Calamar zburător Acesta este un animal mic de mărimea unui hering. El urmărește peștii cu atâta viteză încât sare adesea din apă, repezindu-i pe suprafața ca o săgeată. După ce a dezvoltat forța maximă a jetului în apă, calamarul pilot decolează în aer și zboară peste valuri mai mult de cincizeci de metri. Apogeul zborului unei rachete vii se află atât de sus deasupra apei, încât calamarii zburători cad adesea pe punțile navelor oceanice. Patru sau cinci metri nu este o înălțime record la care se ridică calmarii pe cer. Uneori zboară chiar mai sus.

Caracatița Caracatițele pot zbura și ele. Naturalistul francez Jean Verany a văzut o caracatiță obișnuită accelerându-se într-un acvariu și sărind brusc din apă pe spate. Descriind în aer un arc lung de aproximativ cinci metri, s-a aruncat înapoi în acvariu. Câștigând viteză pentru săritură, caracatița s-a deplasat nu numai din cauza jetului, ci și a vâslit cu tentacule.

Castravete nebun În țările din sud (și aici, pe coasta Mării Negre) crește o plantă numită „Castraveți nebuni”. Trebuie doar să atingeți ușor fructul copt, asemănător castraveților, deoarece sare de pe tulpină, iar lichidul cu semințe zboară din fruct cu o viteză de până la 10 m/s prin orificiul format. Trage un castravete nebun (altfel se numește „pistolul doamnei”) mai mult de 12 m.

slide 2

Aplicarea propulsiei cu reacție în natură

Mulți dintre noi în viața noastră ne-am întâlnit în timp ce înotam în mare cu meduze. Dar puțini oameni au crezut că meduzele folosesc și propulsia cu reacție pentru a se deplasa. Și adesea eficiența nevertebratelor marine atunci când se utilizează propulsia cu reacție este mult mai mare decât cea a invențiilor tehnice.

slide 3

Propulsiunea cu reacție este folosită de multe moluște - caracatițe, calmari, sepie.

slide 4

Sepie

Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se deplasează în apă în felul următor. Ea ia apă în cavitatea branhiale printr-o fantă laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă energic un jet de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlnie în lateral sau în spate și, strângând rapid apa din el, se poate mișca în direcții diferite.

slide 5

Calmar

Calamarii au atins cel mai înalt nivel de excelență în navigația cu jet. Au chiar și un corp care copiază o rachetă cu formele ei exterioare (sau mai bine, o rachetă copiază un calmar, deoarece are o prioritate incontestabilă în această chestiune)

slide 6

Calamarul este cel mai mare locuitor nevertebrat din adâncurile oceanului. Se mișcă conform principiului propulsiei cu jet, absorbind apa în sine și apoi împingând-o cu mare forță printr-o gaură specială - o „pâlnie”, iar la viteză mare (aproximativ 70 km/h) se deplasează înapoi în șocuri. În acest caz, toate cele zece tentacule ale calmarului sunt adunate într-un nod deasupra capului și capătă o formă simplă.

Slide 7

calamar zburător

Acesta este un animal mic de mărimea unui hering. El urmărește peștii cu atâta viteză încât sare adesea din apă, repezindu-i pe suprafața ca o săgeată. După ce a dezvoltat forța maximă a jetului în apă, calamarul pilot decolează în aer și zboară peste valuri mai mult de cincizeci de metri. Apogeul zborului unei rachete vii se află atât de sus deasupra apei, încât calamarii zburători cad adesea pe punțile navelor oceanice. Patru sau cinci metri nu este o înălțime record la care se ridică calmarii pe cer. Uneori zboară chiar mai sus.

Slide 8

Caracatiță

Caracatițele pot zbura și ele. Naturalistul francez Jean Verany a văzut o caracatiță obișnuită accelerându-se într-un acvariu și sărind brusc din apă pe spate. Descriind în aer un arc lung de aproximativ cinci metri, s-a aruncat înapoi în acvariu. Câștigând viteză pentru săritură, caracatița s-a mișcat nu numai din cauza jetului, ci și a vâslit cu tentacule.

Navele spațiale de mai multe tone se înalță spre cer, iar meduzele, sepia și caracatițele transparente, gelatinoase, manevrează cu dibăcie în apele mării - ce au ele în comun? Se dovedește că, în ambele cazuri, se folosește principiul propulsiei cu reacție pentru deplasare. Acesta este subiectul căruia îi este dedicat articolul nostru de astăzi.

Să ne uităm în istorie

Cel mai Primele informații sigure despre rachete datează din secolul al XIII-lea. Au fost folosite de indieni, chinezi, arabi și europeni în operațiuni de luptă ca arme militare și de semnalizare. Au urmat apoi secole de uitare aproape completă a acestor dispozitive.

În Rusia, ideea de a folosi un motor cu reacție a fost reînviată datorită muncii revoluționarului Narodnaya Volya Nikolai Kibalchich. Stând în temnițele regale, s-a dezvoltat proiect rusesc motor cu reacție și avioane pentru oameni. Kibalcici a fost executat, iar de mulți ani proiectul său a fost să strângă praf în arhivele poliției secrete țariste.

Principalele idei, desene și calcule ale acestei persoane talentate și curajoase au fost dezvoltate în continuare în lucrările lui K. E. Tsiolkovsky, care a propus să le folosească pentru comunicațiile interplanetare. Din 1903 până în 1914, a publicat o serie de lucrări, în care demonstrează în mod convingător posibilitatea utilizării propulsiei cu reacție pentru a explora spațiul cosmic și dovedește fezabilitatea utilizării rachetelor în mai multe etape.

Multe dezvoltări științifice ale lui Tsiolkovsky sunt încă folosite în știința rachetelor.

rachete biologice

Cum a apărut ideea de a vă deplasa împingând propriul curent cu jet? Poate că, urmărind îndeaproape viața marine, locuitorii zonelor de coastă au observat cum se întâmplă acest lucru în lumea animală.

De exemplu, scoică se deplasează datorită forței reactive a jetului de apă aruncat din carcasă în timpul comprimării rapide a supapelor acestuia. Dar nu va ține niciodată pasul cu cei mai rapizi înotători - calmarii.

Corpurile lor în formă de rachetă se repezi cu coada înainte, aruncând apa depozitată dintr-o pâlnie specială. se mișcă după același principiu, storcând apa prin contractarea domului lor transparent.

Natura a dotat un „motor cu reacție” și o plantă numită „castraveți stropiți”. Când fructele sale sunt complet coapte, ca răspuns la cea mai mică atingere, elimină glutenul cu semințe. Fătul în sine este aruncat în direcția opusă la o distanță de până la 12 m!

Nici viața marină, nici plantele nu cunosc legile fizice care stau la baza acestui mod de locomoție. Vom încerca să ne dăm seama.

Bazele fizice ale principiului propulsiei cu reacție

Să începem cu un experiment simplu. Umflați o minge de cauciucși, fără a lega, vom da drumul la zborul liber. Mișcarea rapidă a mingii va continua atâta timp cât fluxul de aer care curge din ea este suficient de puternic.

Pentru a explica rezultatele acestei experiențe, ar trebui să apelăm la a treia lege, care prevede că două corpuri interacționează cu forțe egale ca mărime și opuse ca direcție. Prin urmare, forța cu care mingea acționează asupra jeturilor de aer care ies din ea este egală cu forța cu care aerul respinge mingea de la sine.

Să transferăm acest raționament în rachetă. Aceste dispozitive cu viteză mare aruncă o parte din masa lor, drept urmare ele însele primesc accelerație în direcția opusă.

Din punct de vedere al fizicii, asta procesul este explicat clar prin legea conservării impulsului. Momentul este produsul dintre masa corpului și viteza acestuia (mv). În timp ce racheta este în repaus, viteza și impulsul ei sunt zero. Dacă un curent cu jet este ejectat din acesta, atunci partea rămasă, conform legii conservării impulsului, trebuie să dobândească o astfel de viteză încât impulsul total să fie în continuare egal cu zero.

Să ne uităm la formule:

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

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

Unde m g v g impulsul creat de jetul de gaze, m p v p impulsul primit de rachetă.

Semnul minus arată că direcția de mișcare a rachetei și a curentului cu jet sunt opuse.

Dispozitivul și principiul de funcționare a unui motor cu reacție

În tehnologie, motoarele cu reacție propulsează avioanele, rachetele, puse pe orbită nava spatiala. În funcție de scop, au un dispozitiv diferit. Dar fiecare dintre ele are o sursă de combustibil, o cameră pentru arderea sa și o duză care accelerează curentul cu jet.

Stațiile automate interplanetare sunt, de asemenea, echipate cu un compartiment pentru instrumente și cabine cu sistem de susținere a vieții pentru astronauți.

Rachetele spațiale moderne sunt avioane complexe, în mai multe etape, care folosesc cele mai recente realizări în inginerie. După lansare, combustibilul din treapta inferioară arde mai întâi, după care se separă de rachetă, reducându-l masa totalași creșterea vitezei.

Apoi, combustibilul este consumat în a doua etapă și așa mai departe. În cele din urmă, aeronava este adusă pe o traiectorie dată și își începe zborul independent.

Hai sa visam putin

Marele visător și om de știință K. E. Tsiolkovsky a oferit generațiilor viitoare încrederea că motoarele cu reacție vor permite omenirii să iasă din atmosfera pământului și să se grăbească în spațiu. Previziunea lui s-a adeverit. Luna și chiar cometele îndepărtate sunt explorate cu succes de nave spațiale.

În astronautică se folosesc motoare cu combustibil lichid. Folosind produse petroliere drept combustibil, dar vitezele care pot fi obținute cu ajutorul lor sunt insuficiente pentru zboruri foarte lungi.

Poate că voi, dragii noștri cititori, veți asista la zborurile pământenilor către alte galaxii pe vehicule cu motoare nucleare, termonucleare sau ionice.

Dacă acest mesaj ți-a fost de folos, m-aș bucura să te văd

Propulsie cu reacție în natură și tehnologie

REZUMAT DE FIZICĂ

Propulsie cu reacție- miscarea care apare atunci cand o parte a acesteia se desparte de corp cu o anumita viteza.

Forța reactivă apare fără nicio interacțiune cu corpurile externe.

Aplicarea propulsiei cu reacție în natură

Mulți dintre noi în viața noastră ne-am întâlnit în timp ce înotam în mare cu meduze. În orice caz, sunt destui în Marea Neagră. Dar puțini oameni au crezut că meduzele folosesc și propulsia cu reacție pentru a se deplasa. În plus, așa se mișcă larvele de libelule și unele tipuri de plancton marin. Și adesea eficiența nevertebratelor marine atunci când se utilizează propulsia cu reacție este mult mai mare decât cea a invențiilor tehnice.

Propulsiunea cu reacție este folosită de multe moluște - caracatițe, calmari, sepie. De exemplu, o moluște de scoici de mare se deplasează înainte datorită forței reactive a unui jet de apă aruncat din coajă în timpul unei compresii puternice a supapelor sale.

Caracatiță

Sepie

Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se deplasează în apă în felul următor. Ea ia apă în cavitatea branhiale printr-o fantă laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă energic un jet de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlnie în lateral sau în spate și, strângând rapid apa din el, se poate mișca în direcții diferite.

Salpa este un animal marin cu corp transparent; atunci când se deplasează, ia apă prin deschiderea frontală, iar apa pătrunde într-o cavitate largă, în interiorul căreia branhiile sunt întinse în diagonală. De îndată ce animalul ia o înghițitură mare de apă, gaura se închide. Apoi mușchii longitudinali și transversali ai salpei se contractă, întregul corp se contractă și apa este împinsă afară prin deschiderea din spate. Reacția jetului care se scurge împinge salpa înainte.

De cel mai mare interes este motorul cu reacție calamar. Calamarul este cel mai mare locuitor nevertebrat din adâncurile oceanului. Calamarii au atins cel mai înalt nivel de excelență în navigația cu jet. Au chiar și un corp cu formele sale exterioare care copiază o rachetă (sau, mai bine, o rachetă copiază un calmar, deoarece are o prioritate incontestabilă în această chestiune). Când se mișcă încet, calmarul folosește o aripioară mare în formă de diamant, care se îndoaie periodic. Pentru o aruncare rapidă, el folosește un motor cu reacție. Țesut muscular - mantaua înconjoară corpul moluștei din toate părțile, volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calamarului. Animalul aspiră apă în cavitatea mantalei și apoi ejectează brusc un jet de apă printr-o duză îngustă și se mișcă înapoi cu viteză mare. În acest caz, toate cele zece tentacule ale calmarului sunt adunate într-un nod deasupra capului și capătă o formă simplificată. Duza este echipată cu o supapă specială, iar mușchii o pot întoarce, schimbând direcția de mișcare. Motorul de calmar este foarte economic, este capabil să atingă viteze de până la 60 - 70 km/h. (Unii cercetători cred că chiar și până la 150 km / h!) Nu degeaba calmarul este numit o „torpilă vie”. Îndoind tentaculele îndoite într-un mănunchi spre dreapta, stânga, în sus sau în jos, calmarul se întoarce într-o direcție sau alta. Deoarece un astfel de volan este foarte mare în comparație cu animalul în sine, mișcarea sa ușoară este suficientă pentru ca calmarul, chiar și la viteză maximă, să evite cu ușurință o coliziune cu un obstacol. O rotire bruscă a volanului - iar înotatorul se repezi în direcția opusă. Acum a îndoit capătul pâlniei înapoi și acum alunecă cu capul înainte. A arcuit-o spre dreapta – iar împingerea jetului l-a aruncat în stânga. Dar când trebuie să înoți repede, pâlnia iese întotdeauna chiar între tentacule, iar calmarul se repezi cu coada înainte, așa cum ar alerga un cancer - un alergător înzestrat cu agilitatea unui cal.

Dacă nu este nevoie să se grăbească, calmarii și sepia înoată, ondulandu-și aripioarele - valuri miniaturale le trec din față în spate, iar animalul alunecă cu grație, împingându-se ocazional și cu un jet de apă aruncat de sub manta. Apoi, șocurile individuale pe care le primește moluștea în momentul erupției jeturilor de apă sunt clar vizibile. Unele cefalopode pot atinge viteze de până la cincizeci și cinci de kilometri pe oră. Nimeni nu pare să fi făcut măsurători directe, dar acest lucru poate fi judecat după viteza și raza de acțiune a calmarilor zburători. Și așa, se pare, există talente în rudele caracatițelor! Cel mai bun pilot dintre moluște este calmarul stenoteuthis. Marinarii englezi o numesc - flying squid („flying squid”). Acesta este un animal mic de mărimea unui hering. El urmărește peștii cu atâta viteză, încât de multe ori sare din apă, repezindu-i pe suprafața ca o săgeată. De asemenea, recurge la acest truc pentru a-și salva viața de prădători - ton și macrou. După ce a dezvoltat forța maximă a jetului în apă, calamarul pilot decolează în aer și zboară peste valuri mai mult de cincizeci de metri. Apogeul zborului unei rachete vii se află atât de sus deasupra apei, încât calamarii zburători cad adesea pe punțile navelor oceanice. Patru sau cinci metri nu este o înălțime record la care se ridică calmarii pe cer. Uneori zboară chiar mai sus.

Cercetătorul englez de crustacee Dr. Rees a descris într-un articol științific un calmar (numai 16 centimetri lungime), care, zburând o distanță destul de mare prin aer, a căzut pe podul iahtului, care se ridica la aproape șapte metri deasupra apei.

Se întâmplă ca mulți calmari zburători să cadă pe navă într-o cascadă sclipitoare. Scriitorul antic Trebius Niger a povestit odată o poveste tristă despre o navă care s-ar fi scufundat chiar sub greutatea calmarului zburător care i-a căzut pe punte. Calamarii pot decola fără accelerare.

Caracatițele pot zbura și ele. Naturalistul francez Jean Verany a văzut o caracatiță obișnuită accelerându-se într-un acvariu și sărind brusc din apă pe spate. Descriind în aer un arc lung de aproximativ cinci metri, s-a aruncat înapoi în acvariu. Câștigând viteză pentru săritură, caracatița s-a mișcat nu numai din cauza jetului, ci și a vâslit cu tentacule.
Caracatițele largi înoată, desigur, mai rău decât calmarii, dar în momentele critice pot arăta o clasă record pentru cei mai buni sprinteri. Personalul acvariului din California a încercat să fotografieze o caracatiță atacând un crab. Caracatița s-a repezit la pradă cu atâta viteză încât pe film, chiar și când se filma la cele mai mari viteze, erau întotdeauna lubrifianți. Deci, aruncarea a durat sutimi de secundă! De obicei caracatițele înoată relativ încet. Joseph Signl, care a studiat migrația caracatiței, a calculat că o caracatiță de jumătate de metru înoată prin mare cu o viteză medie de aproximativ cincisprezece kilometri pe oră. Fiecare jet de apă aruncat din pâlnie o împinge înainte (sau mai bine zis, înapoi, în timp ce caracatița înoată înapoi) doi până la doi metri și jumătate.

Mișcarea cu jet poate fi găsită și în lumea plantelor. De exemplu, fructele coapte ale „castraveților nebuni” la cea mai mică atingere sar de pe tulpină, iar un lichid lipicios cu semințe este aruncat cu forță din orificiul format. Castravetele însuși zboară în direcția opusă până la 12 m.

Cunoscând legea conservării impulsului, vă puteți schimba propria viteză de mișcare în spațiu deschis. Dacă ești într-o barcă și ai niște pietre grele, atunci aruncarea cu pietre într-o anumită direcție te va muta în direcția opusă. Același lucru se va întâmpla și în spațiul cosmic, dar pentru asta se folosesc motoare cu reacție.

Toată lumea știe că o împușcătură de la o armă este însoțită de recul. Dacă greutatea glonțului ar fi egală cu greutatea pistolului, ar zbura separat cu aceeași viteză. Recul apare deoarece masa de gaze aruncată creează o forță reactivă, datorită căreia mișcarea poate fi asigurată atât în ​​aer, cât și în spațiul fără aer. Și cu cât masa și viteza gazelor care se revarsă sunt mai mari, cu atât forța de recul resimțită de umărul nostru este mai mare, cu atât reacția pistolului este mai puternică, cu atât forța reactivă este mai mare.

Utilizarea propulsiei cu reacție în tehnologie

Timp de multe secole, omenirea a visat zboruri spațiale. Scriitorii de science fiction au propus o varietate de mijloace pentru a atinge acest obiectiv. În secolul al XVII-lea, a apărut o poveste a scriitorului francez Cyrano de Bergerac despre un zbor către Lună. Eroul acestei povești a ajuns pe lună într-un vagon de fier, peste care a aruncat constant un magnet puternic. Atras de el, vagonul s-a ridicat din ce în ce mai sus deasupra Pământului până a ajuns pe Lună. Iar baronul Munchausen a spus că s-a urcat pe lună pe tulpina unei fasole.

La sfârșitul primului mileniu al erei noastre, în China a fost inventată propulsia cu reacție, care a propulsat rachete - tuburi de bambus umplute cu praf de pușcă, au fost folosite și ca distracție. Unul dintre primele proiecte de mașini a fost și cu un motor cu reacție și acest proiect i-a aparținut lui Newton

Autorul primului proiect din lume al unui avion cu reacție conceput pentru zborul uman a fost revoluționarul rus N.I. Kibalcici. A fost executat la 3 aprilie 1881 pentru că a participat la tentativa de asasinare a împăratului Alexandru al II-lea. Și-a dezvoltat proiectul în închisoare după condamnarea la moarte. Kibalchich a scris: „În timp ce sunt în închisoare, cu câteva zile înainte de moartea mea, scriu acest proiect. Cred în fezabilitatea ideii mele, iar această credință mă susține în poziția mea teribilă... Mă voi confrunta cu calm cu moartea, știind că ideea mea nu va muri odată cu mine.

Ideea de a folosi rachete pentru zborurile spațiale a fost propusă la începutul secolului nostru de omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. În 1903, un articol al unui profesor al gimnaziului Kaluga K.E. Tsiolkovsky „Cercetarea spațiilor lumii prin dispozitive cu reacție”. Această lucrare conținea cea mai importantă ecuație matematică pentru astronautică, cunoscută acum sub numele de „formula Tsiolkovsky”, care descria mișcarea unui corp de masă variabilă. Ulterior, a dezvoltat o schemă pentru un motor de rachetă cu combustibil lichid, a propus un design de rachetă în mai multe etape și a exprimat ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbită apropiată de Pământ. El a arătat că singurul aparat capabil să depășească gravitația este o rachetă, adică. un aparat cu un motor cu reacție care utilizează combustibil și un oxidant situat pe aparatul propriu-zis.

Motor turboreactor- acesta este un motor care convertește energia chimică a combustibilului în energia cinetică a jetului de gaz, în timp ce motorul capătă viteză în sens invers.

Ideea lui K.E. Tsiolkovsky a fost realizată de oamenii de știință sovietici sub îndrumarea academicianului Serghei Pavlovich Korolev. Primul satelit artificial al Pământului din istorie a fost lansat de o rachetă în Uniunea Sovietică pe 4 octombrie 1957.

Principiul propulsiei cu reacție își găsește o largă aplicație practică în aviație și astronautică. În spațiul cosmic nu există niciun mediu cu care corpul să poată interacționa și, prin urmare, să-și schimbe direcția și modulul vitezei; prin urmare, numai avioanele cu reacție, adică rachetele, pot fi folosite pentru zborurile în spațiu.

Dispozitiv rachetă

Mișcarea rachetei se bazează pe legea conservării impulsului. Dacă la un moment dat un corp este aruncat din rachetă, atunci va căpăta același impuls, dar îndreptat în direcția opusă

În orice rachetă, indiferent de design, există întotdeauna o carcasă și combustibil cu un oxidant. Carcasa rachetei include o sarcină utilă (în acest caz, o navă spațială), un compartiment pentru instrumente și un motor (camera de ardere, pompe etc.).

Masa principală a rachetei este combustibilul cu un oxidant (oxidantul este necesar pentru a menține combustibilul arzând, deoarece nu există oxigen în spațiu).

Combustibilul și oxidantul sunt pompați în camera de ardere. Combustibilul, ardend, se transformă într-un gaz cu temperatură ridicată și presiune ridicată. Datorită diferenței mari de presiune din camera de ardere și din spațiul cosmic, gazele din camera de ardere se reped într-un jet puternic printr-un clopot cu formă specială, numită duză. Scopul duzei este de a crește viteza jetului.

Înainte de lansarea unei rachete, impulsul acesteia este zero. Ca urmare a interacțiunii gazului din camera de ardere și din toate celelalte părți ale rachetei, gazul care scapă prin duză primește un anumit impuls. Atunci racheta este un sistem închis, iar impulsul său total trebuie să fie egal cu zero după lansare. Prin urmare, carcasa rachetei, orice se află în ea, primește un impuls egal în valoare absolută cu impulsul gazului, dar opus ca direcție.

Cea mai masivă parte a rachetei, concepută pentru a lansa și accelera întreaga rachetă, se numește prima etapă. Când prima etapă masivă a unei rachete cu mai multe etape epuizează toate rezervele de combustibil în timpul accelerației, se separă. Accelerația ulterioară este continuată de a doua etapă, mai puțin masivă, iar vitezei obținute anterior cu ajutorul primei etape, se adaugă mai multă viteză, apoi se separă. Cea de-a treia etapă continuă să-și mărească viteza la valoarea necesară și livrează sarcina utilă pe orbită.

Prima persoană care a zburat în spațiul cosmic a fost Yuri Alekseevich Gagarin, un cetățean al Uniunii Sovietice. 12 aprilie 1961 A înconjurat globul pe nava satelit Vostok

Rachetele sovietice au fost primele care au ajuns pe Lună, au înconjurat Luna și și-au fotografiat partea invizibilă de pe Pământ, au fost primele care au ajuns pe planeta Venus și au livrat instrumente științifice la suprafața acesteia. În 1986, două nave spațiale sovietice „Vega-1” și „Vega-2” au studiat cometa Halley la distanță apropiată, apropiindu-se de Soare o dată la 76 de ani.

Sisteme. Tehnică exercițiu fizic. Rezultatul țintă miscarile depinde nu... Puterile de vindecare natură Puterile vindecătoare natură au un impact semnificativ... o combinație de forțe inerțiale, reactiv si contractii musculare concentrate...