Большое значение закон сохранения импульса имеет при рассмотрении реактивного движения.
Под реактивным движением
понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно него, например при истечении продуктов сгорания из сопла реактивного летательного аппарата. При этом появляется так называемая реактивная сила
, толкающая тело.
Особенность реактивной силы заключается в том, что она возникает в результате взаимодействия между собой частей самой системы без какого-либо взаимодействия с внешними телами.
В то время, как сила, сообщающая ускорение, например, пешеходу, кораблю или самолету, возникает только за счет взаимодействия этих тел с землей, водой или воздухом.
Так движение тела можно получить в результате вытекания струи жидкости или газа.
В природе реактивное движение присуще в основном живым организмам, обитающим в водной среде.
В технике реактивное движение используется на речном транспорте (водометные двигатели), в автомобилестроении (гоночные автомобили), в военном деле, в авиации и космонавтике.
Все современные скоростные самолеты оснащены реактивными двигателями, т.к. они способны обеспечить необходимую скорость полета.
В космическом пространстве использовать другие двигатели, кроме реактивных, невозможно, так как там нет опоры, отталкиваясь от которой можно было бы бы получать ускорение.
История развития реактивной техники
Создателем русской боевой ракеты был ученый-артиллерист К.И. Константинов. При весе в 80 кг далььность полета ракеты Константинова достигала 4 км.
Идея применения реактивного движения в летательном аппарате, проект реактивного воздухоплавательного прибора, в 1881 году была выдвинута Н.И. Кибальчичем.
В 1903 году знаменитый ученый-физик К.Э. Циолковский доказал возможность полета в межпланетном пространстве и разработал проект первого ракетоплана с жидкостно-реактивным двигателем.
К.Э. Циолковский спроектировал космический ракетный поезд, составленный из ряда ракет, работающих поочередно и отпадающих по мере израсходования горючего.
Принципы применения реактивных двигателей
Основой любого реактивного двигателя является камера сгорания, в которой при сгорании топлива образуются газы, имеющие очень высокую температуру и оказывающие давление на стенки камеры. Газы вырываются из узкого сопла ракеты с большой скоростью и создают реактивную тягу. В соответствии с законом сохранения импульса, ракета приобретает скорость в противоположном направлении.
Импульс системы (ракета-продукты сгорания) остается равным нулю. Так как масса ракеты уменьшается, то даже при постоянной скорости истечения газов ее скорость будет увеличиваться, постепенно достигая максимального значения.
Движение ракеты - это пример движения тела с переменной массой. Для расчета ее скорости используют закон сохранения импульса.
Реактивные двигатели делятся на ракетные двигатели и воздушно-реактивные двигатели.
Ракетные двигатели
бывают на твердом или на жидком топливе.
В ракетных двигателях на твердом топливе топливо, содержащее и горючее, и окислитель, помешают внутрь камеры сгорания двигателя.
В жидкостно-реактивных двигателях
, предназначенных для запуска космических кораблей, горючее и окислитель хранятся отдельно в специальных баках и с помощью насосов подаются в камеру сгорания. В качестве горючего в них можно использовать керосин, бензин, спирт, жидкий водород и др., а в качестве окислителя, необходимого для горения, - жидкий кислород, азотную кислоту, и др.
Современные трехступенчатые космические ракеты запускаются вертикально, а после прохода плотных слоев атмосферы переводятся на полет в заданном направлении. Каждая ступень ракеты имеет свой бак с горючим и бак с окислителем, а также свой реактивный двигатель. По мере сгорания топлива отработанные ступени ракеты отбрасываются.
Воздушно-реактивные двигатели
в настоящее время применяют главным образом в самолетах. Основное их отличие от ракетных двигателей состоит в том, что окислителем для горения топлива служит кислород воздуха, поступающего внутрь двигателя из атмосферы.
К воздушно-реактивным двигателям относятся турбокомпрессорные двигатели как с осевым, так и с центробежным компрессором.
Воздух в таких двигателях всасывается и сжимается компрессором, приводимым в движение газовой турбиной. Газы, выходящие из камеры сгорания, создают реактивную силу тяги и вращают ротор турбины.
При очень болььших скоростях полета сжатие газов в камере сгорания можно осуществить за счет встречного набегающего воздушного потока. Необходимость в компрессоре отпадает.
Сегодня реактивное движение у большинства людей в первую очередь, конечно же, ассоциируется с новейшими научными и техническими разработками. Из учебников по физике нам известно, что под «реактивным» подразумевают движение, которое возникает в результате отделения от предмета (тела) любой его части. Человек хотел подняться в небо к звёздам, стремился летать, но осуществить свою мечту смог только с появлением реактивных самолетов и ступенчатых космических кораблей, способных перемещаться на огромные расстояния, разгоняясь до сверхзвуковых скоростей, благодаря установленным на них современным реактивным двигателям. Конструктора и инженеры разрабатывали возможность использования реактивного движения в двигателях. Фантасты тоже не оставались в стороне, предлагая самые невероятные идеи и способы достижения этой цели. Удивительно, но этот принцип перемещения широко распространен в живой природе. Достаточно осмотреться вокруг, можно заметить обитателей морей и суши, среди которых есть и растения, в основе движения которых лежит реактивный принцип.
История
Еще в античные времена ученые с интересом изучали и анализировали явления, связанные с реактивным движением в природе. Одним из первых, кто теоретически обосновал и описал его суть, был Герон, механик и теоретик Древней Греции, который изобрел первый паровой двигатель, названый в честь него. Китайцы смогли найти реактивному методу практическое применение. Они первыми, взяв за основу способ передвижения каракатиц и осьминогов, еще в XIII веке изобрели ракеты. Они применялись в фейерверках, производя большое впечатление, а также, как сигнальные ракеты, возможно были и боевые ракеты, которые использовались как реактивная артилерия. Со временем эта технология пришла и в Европу.
Первооткрывателем нового времени стал Н. Кибальчич, придумав схему прототипа летательного аппарата с реактивным двигателем. Он был выдающимся изобретателем и убежденным революционером, за что сидел в тюрьме. Именно находясь в заключении, он вошел в историю, создав свой проект. После его казни за активную революционную деятельность и выступления против монархии, его изобретение было забыто на архивных полках. Спустя некоторое время К.Циолковский смог усовершенствовать идеи Кибальчича, доказывая возможность исследовать космическое пространство посредством реактивного перемещения космических кораблей.
Позже, в ходе Великой Отечественной войны, появились знаменитые Катюши, системы полевой реактивной артиллерии. Так ласковым именем народ неофициально именовал мощные установки, которые применяли силы СССР. Достоверно неизвестно, в связи с чем, оружие получило это название. Причиной этому стала то ли популярность песни Блантера, то ли буква «К» на корпусе миномёта. Со временем фронтовики стали давать прозвища и другому оружию, создав, таким образом, новую традицию. Немцы же эту боевую ракетную установку называли «сталинским органом» за внешний вид, который напоминал музыкальный инструмент и пронзительный звук, который исходил от стартующих ракет.
Растительный мир
Представителями фауны также используются законы реактивного движения. Большую часть растений, обладающих такими свойствами составляют однолетники и малолетники: колючеплодник, чесночница черешчатая, сердечник недотрога, пикульник двунадрезный, мёрингия трёхжилковая.
Колючеплодник, иначе бешеный огурец, относят к семейству тыквенных. Это растение достигает больших размеров, имеет толстый корень с шершавым стеблем и крупными листьями. Произрастает на территории Средней Азии, Средиземноморья, на Кавказе, довольно распространен на юге России и Украины. Внутри плода в период созревания семян преобразуется в слизь, которая под действием температур начинает бродить и выделять газ. Ближе к созреванию давление внутри плода может достигнуть 8 атмосфер. Тогда при легком прикосновении плод отрывается от основания и семена с жидкостью со скоростью 10 м/с вылетают из плода. Благодаря способности стрелять на 12 м. в длину, растение назвали «дамский пистолет».
Сердечник недотрога — однолетний широко распространённый вид. Встречается, как правило, в тенистых лесах, по берегам вдоль рек. Попав в северо-восточную часть Северной Америки и в Южную Африку, благополучно прижился. Сердечник-недотрога размножается семенами. Семена у сердечника-недотроги мелкие, массой не более 5 мг, которые отбрасываются на расстояние в 90 см. Благодаря такому способу распространения семян, растение и получило свое название.
Животный мир
Реактивное движение — интересные факты, касающиеся животного мира. У головоногих моллюсков реактивное перемещение происходит посредством воды, выдыхаемой через сифон, который обычно сужается к небольшому отверстию для получения максимальной скорости выдоха. Вода через жабры проходит до выдоха, выполняя двойную цель дыхания и перемещения. Морские зайцы, иначе брюхоногие моллюски, используют аналогичные средства движения, но без сложного неврологического аппарата головоногих, они перемещаются более неуклюже.
Некоторые рыбы-рыцари также развили реактивное перемещение, пропуская воду через жабры, чтобы дополнить плавниковое движение.
У личинок стрекоз реактивная сила достигается путем вытеснения воды из специализированной полости в организме. Морские гребешки и кардиды, сифонофоры, туники (такие, как сальпы) и некоторые медузы, также используют реактивную тягу.
Большую часть времени морские гребешки спокойно лежат на дне, но в случае появления опасности, быстро смыкают створки своей раковины, так они выталкивают воду. Этот механизм поведения тоже говорит об использовании принципа реактивного перемещения. Благодаря ему, гребешки могут всплывать и перемещаться на большое расстояние, применяя технику открытия-закрытия раковины.
Кальмар также применяет этот метод, вбирает в себя воду, а затем с огромной силой проталкивая через воронку движется скоростью не менее 70 км./ч. Собирая щупальцы в один узел, тело кальмара образует обтекаемую форму. Взяв за основу такой двигатель кальмара, инженерами был сконструирован водомет. Вода в нем засасывается в камеру, а после выбрасывается через сопло. Таким образом, судно направляется в обратную сторону от выбрасываемой струи.
Если сравнить с кальмарами, наиболее эффективными двигателями пользуются сальпы, тратя на порядок меньше энергии, чем кальмары. Двигаясь сальпа запускает воду в отверстие спереди, а затем поступает в широкую полость, где натянуты жабры. После глотка отверстие закрывается, а с помощью сокращающихся продольных и поперечных мускул, которые сжимают тело, происходит выброс воды через отверстие сзади.
Самым необычным из всех механизмов передвижения может похвастаться обыкновенная кошка. Марсель Депре высказал предположение, что тело способно двигаться и изменять свое положение даже с помощью одних только внутренних сил (ни от чего не отталкиваясь и ни на что не опираясь), из чего можно было сделать вывод, что законы Ньютона могут быть ошибочны. Доказательством его предположению могла послужить кошка, которая сорвалась с высоты. Во время падения вниз головой, она все равно приземлится на все лапы, это стало уже своего рода аксиомой. Детально сфотографировав перемещение кошки, смогли по кадрам рассмотреть, все, что она проделывала в воздухе. Увидели ее движение лапой, которое вызвало ответную реакцию туловища, поворачиваясь в другую сторону относительно движения лапки. Действуя по законам Ньютона, кошка удачно приземлилась.
У животных все происходит на уровне инстинкта, человек в свою очередь делает сознательно. Профессиональные пловцы, прыгнув с вышки успевают трижды обернуться в воздухе, и сумев приостановить вращение, выпрямляются строго вертикально и ныряют в воду. Этот же принцип действует в отношении воздушных цирковых гимнастов.
Сколько бы человек не пытался превзойти природу, совершенствуя созданные ею изобретения, все равно мы пока не достигли того технологического совершенства, когда бы самолеты могли повторить действия стрекозы: зависать в воздухе, мгновенно подаваться назад или двигаться в сторону. Причем все это происходит на большой скорости. Возможно, пройдет еще немного времени и самолеты, благодаря поправкам на особенности аэродинамики и реактивные возможности стрекоз, смогут совершать крутые развороты и станут менее восприимчивы к внешним условиям. Подсмотрев у природы, человек еще многое может усовершенствовать на благо технического прогресса.
В небо взмывают многотонные космические корабли, а в морских водах ловко лавируют прозрачные, студенистые медузы, каракатицы и осьминоги - что между ними общего? Оказывается, в обоих случаях для перемещения используется принцип реактивного движения. Именно этой теме и посвящена наша сегодняшняя статья.
Заглянем в историю
Самые первые достоверные сведения о ракетах относятся к XIII веку. Они применялись индусами, китайцами, арабами и европейцами в боевых действиях как боевое и сигнальное оружие. Затем последовали целые столетия почти полного забвения этих устройств.
В России идея использования реактивного двигателя возродилась благодаря работам революционера-народовольца Николая Кибальчича. Сидя в царских застенках, он разработал российский проект реактивного двигателя и летательный аппарат для людей. Кибальчич был казнен, а его проект долгие годы пылился в архивах царской охранки.
Основные идеи, чертежи и расчеты этого талантливого и мужественного человека получили дальнейшее развитие в трудах К. Э. Циолковского, который предложил использовать их для межпланетных сообщений. С 1903 по1914 год он публикует ряд работ, где убедительно доказывает возможность использования реактивного движения для исследования космического пространства и обосновывает целесообразность использования многоступенчатых ракет.
Многие научные разработки Циолковского и по сей день применяются в ракетостроении.
Биологические ракеты
Как, вообще возникла идея перемещаться, отталкиваясь от собственной реактивной струи? Возможно, пристально наблюдая за морскими обитателями, жители прибрежных зон заметили, как это происходит в животном мире.
Например, морской гребешок перемещается за счет реактивной силы водной струи, выбрасываемой из раковины при быстром сжатии её створок. Но ему никогда не угнаться за самыми быстрыми пловцами - кальмарами.
Их ракетообразные тела мчатся хвостом вперед, выбрасывая из специальной воронки, запасенную воду. перемещаются по тому же принципу, выдавливая воду сокращением своего прозрачного купола.
Природа одарила «реактивным двигателем» и растение под названием «бешеный огурец». Когда его плоды полностью созревают, в ответ на самое слабое прикосновение, он выстреливает клейковину с семенами. Сам плод при этом отбрасывается в противоположную сторону на расстояние до 12 м!
Ни морским обитателям, ни растениям неведомы физические законы, лежащие в основе этого способа передвижения. Мы же попробуем в этом разобраться.
Физические основы принципа реактивного движения
Вначале обратимся к простейшему опыту. Надуем резиновый шарик и, не завязывая, отпустим в свободный полёт. Стремительное движение шарика будет продолжаться до тех пор, пока истекающая из него струя воздуха будет достаточно сильной.
Для объяснения результатов этого опыта нам следует обратиться к III закону , который утверждает, что два тела взаимодействуют с силами равными по величине и противоположными по направлению. Следовательно, сила, с которой шарик воздействует на вырывающиеся из него струи воздуха, равна силе, с которой воздух отталкивает от себя шарик.
Перенесем эти рассуждения на ракету. Эти устройства на огромной скорости выбрасывают некоторую часть своей массы, вследствие чего сами получают ускорение в противоположном направлении.
С точки зрения физики этот процесс чётко объясняется законом сохранения импульса. Импульс - это произведение массы тела на его скорость (mv) Пока ракета в покое, её скорость и импульс равны нулю. Если из неё выбрасывается реактивная струя, то оставшаяся часть по закону сохранения импульса должна приобрести такую скорость, чтобы суммарный импульс по-прежнему был равным нулю.
Обратимся к формулам:
m г v г + m р v р =0;
m г v г =- m р v р,
где m г v г импульс создаваемой струей газов, m р v р импульс, полученный ракетой.
Знак минус показывает, что направление движения ракеты и реактивной струи противоположны.
Устройство и принцип работы реактивного двигателя
В технике реактивные двигатели приводят в движение самолёты, ракеты, выводят на орбиты космические аппараты. В зависимости от назначения они имеют разное устройство. Но каждый из них имеет запас топлива, камеру для его сгорания и сопло, ускоряющее реактивную струю.
На межпланетных автоматических станциях оборудован также приборный отсек и кабины с системой жизнеобеспечения для космонавтов.
Современные космические ракеты это сложные, многоступенчатые летательные аппараты, использующие новейшие достижения инженерной мысли. После старта вначале сгорает топливо в нижней ступени, после чего она отделяется от ракеты, уменьшая её общую массу и увеличивая скорость.
Затем расходуется топливо во второй ступени и т. д. Наконец, летательный аппарат выводится на заданную траекторию и начинает свой самостоятельный полёт.
Немного помечтаем
Великий мечтатель и учёный К. Э. Циолковский подарил будущим поколениям уверенность в том, что реактивные двигатели позволят человечеству вырваться за пределы земной атмосферы и устремиться в космос. Его предвидение сбылось. Луна, и даже далёкие кометы успешно исследуются космическими аппаратами.
В космонавтике используют жидкостные реактивные двигатели. Используя в качестве топлива нефтепродукты, но скорости, которые удается получить с их помощью, недостаточны для очень дальних перелётов.
Возможно, вы, наши дорогие читатели, станете свидетелями полётов землян в другие галактики на аппаратах с ядерными, термоядерными или ионными реактивными двигателями.
Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя
Министерство Образования и Науки РФ
ФГОУ СПО «Перевозский Строительный Колледж»
Реферат
дисциплина:
Физика
тема: Реактивное движение
Выполнил:
Студент
Группы 1-121
Окунева Алёна
Проверил:
П.Л.Винеаминовна
Город Перевоз
2011 год
Содержание:
- Введение: что
такое Реактивное движение………………………………………………………… …..…………………………………..3
Закон сохранения импульса………………………………………………………… ………….4
Применение реактивного движения в природе…………………………..….…....5
Применение реактивного движения в технике…….…………………...…..….….6
Реактивное движение «Межконтинентальная ракета»…………..………...…7
Физические основы работы реактивного двигателя ..................... .................... 8
Классификация реактивных двигателей и особенности их использования…………………………………………… ………………………….………….…….9
Особенности проектирования и создания летательного аппарата…..…10
Заключение…………………………………………………… ……………………………………….11
Список используемой литературы…………………………………………………… …..12
«Реактивное
движение»
Реактивное движение
- движение тела, обусловленное отделением
от него с некоторой скоростью
какой-то его части. Реактивное движение
описывается, исходя из закона сохранения
импульса.
Реактивное движение,
используемое ныне в самолетах,
ракетах и космических снарядах,
свойственно осьминогам, кальмарам,
каракатицам, медузам – все они,
без исключения, используют для плавания
реакцию (отдачу) выбрасываемой струи
воды.
Примеры реактивного движения можно обнаружить
и в мире растений.
В южных странах
произрастает растение под названием
"бешеный огурец". Стоит только
слегка прикоснуться к созревшему плоду,
похожему на огурец, как он отскакивает
от плодоножки, а через образовавшееся
отверстие из плода фонтаном со скоростью
до 10 м/с вылетает жидкость с семенами.
Сами огурцы при
этом отлетают в противоположном
направлении. Стреляет бешеный огурец
(иначе его называют «дамский пистолет»)
более чем на 12 м.
«Закон сохранения импульса»
В замкнутой системе
векторная сумма импульсов всех тел, входящих
в систему, остается постоянной при любых
взаимодействиях тел этой системы между
собой.
Этот фундаментальный
закон природы называется
законом сохранения импульса. Он является
следствием из второго и третьего законов
Ньютона. Рассмотрим два взаимодействующих
тела, входящих в состав замкнутой системы.
Силы взаимодействия
между этими телами обозначим
через
и
По третьему закону Ньютона
Если эти тела взаимодействуют в течение
времени t, то импульсы сил взаимодействия
одинаковы по модулю и направлены в противоположные
стороны:
Применим к этим телам второй закон Ньютона:
Это равенство означает, что в результате взаимодействия двух тел их суммарный импульс не изменился. Рассматривая теперь всевозможные парные взаимодействия тел, входящих в замкнутую систему, можно сделать вывод, что внутренние силы замкнутой системы не могут изменить ее суммарный импульс, т. е. векторную сумму импульсов всех тел, входящих в эту систему. Значительное снижение стартовой массы ракеты может быть достигнуто при использовании многоступенч атых ракет , когда ступени ракеты отделяются по мере выгорания топлива. Из процесса последующего разгона ракеты исключаются массы контейнеров, в которых находилось топливо, отработавшие двигатели, системы управления и т. д. Именно по пути создания экономичных многоступенчатых ракет развивается современное ракетостроение.
«Применение
реактивного движения
в природе»
Реактивное движение
используется многими моллюсками –
осьминогами, кальмарами, каракатицами.
Например, морской моллюск-гребешок
движется вперед за счет реактивной силы
струи воды, выброшенной из раковины
при резком сжатии ее створок.
Осьминог
Каракатица, как и
большинство головоногих моллюсков,
движется в воде следующим способом.
Она забирает воду в жаберную полость
через боковую щель и особую воронку
впереди тела, а затем энергично
выбрасывает струю воды через
воронку. Каракатица направляет трубку
воронки в бок или назад и стремительно
выдавливая из неё воду, может двигаться
в разные стороны.
Сальпа - морское животное
с прозрачным телом, при движении принимает
воду через переднее отверстие, причем
вода попадает в широкую полость, внутри
которой по диагонали натянуты жабры.
Как только животное сделает большой глоток
воды, отверстие закрывается. Тогда продольные
и поперечные мускулы сальпы сокращаются,
все тело сжимается, и вода через заднее
отверстие выталкивается наружу. Реакция
вытекающей струи толкает сальпу вперед.
Наибольший интерес представляет реактивный
двигатель кальмара. Кальмар является
самым крупным беспозвоночным обитателем
океанских глубин. Кальмары достигли высшего
совершенства в реактивной навигации.
У них даже тело своими внешними формами
копирует ракету. Зная закон сохранения
импульса можно изменять собственную
скорость перемещения в открытом пространстве.
Если вы находитесь в лодке и у вас есть
несколько тяжёлых камней, то бросая камни
в определённую сторону вы будете двигаться
в противоположном направлении. То же
самое будет и в космическом пространстве,
но там для этого используют реактивные
двигатели.
«Применение
реактивного движения
в технике»
В конце первого
тысячелетия нашей эры в Китае
изобрели реактивное движение, которое
приводило в действие ракеты - бамбуковые
трубки, начиненные порохом, они также
использовались как забава. Один из
первых проектов автомобилей был
также с реактивным двигателем и
принадлежал этот проект Ньютону.
Автором первого
в мире проекта реактивного летательного
аппарата, предназначенного для полета
человека, был русский революционер
– народоволец Н.И. Кибальчич. Его
казнили 3 апреля 1881 г. за участие в покушении
на императора Александра II. Свой проект
он разработал в тюрьме после вынесения
смертного приговора. Кибальчич писал:
“Находясь в заключении, за несколько
дней до своей смерти я пишу этот проект.
Я верю в осуществимость моей идеи, и эта
вера поддерживает меня в моем ужасном
положении…Я спокойно встречу смерть,
зная, что моя идея не погибнет вместе
со мною”.
Идея использования
ракет для космических полётов
была предложена ещё в начале нашего
столетия русским учёным Константином
Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году появилась
в печати статья преподавателя калужской
гимназии К.Э. Циолковского “Исследование
мировых пространств реактивными
приборами”. В этой работе содержалось
важнейшее для космонавтики математическое
уравнение, теперь известное как
“формула Циолковского”, которое описывало
движение тела переменной массы. В дальнейшем
он разработал схему ракетного двигателя
на жидком топливе, предложил многоступенчатую
конструкцию ракеты, высказал идею
о возможности создания целых
космических городов на околоземной
орбите. Он показал, что единственный
аппарат, способный преодолеть силу
тяжести - это ракета, т.е. аппарат
с реактивным двигателем, использующим
горючее и окислитель, находящиеся
на самом аппарате. Советские ракеты
первыми достигли Луны, облетели Луну
и сфотографировали её невидимую с Земли
сторону, первыми достигли планету Венера
и доставили на её поверхность научные
приборы. В 1986 г. Два советских космических
корабля «Вега-1» и «Вега-2» с близкого
расстояния исследовали комету Галлея,
приближающуюся к Солнцу один раз в 76 лет.
Реактивное
движение «Межконтинентальная
ракета»
Человечество всегда
мечтало о путешествии в космос.
Самые разные средства для достижения
этой цели предлагали писатели - фантасты,
учёные, мечтатели. Но единственного
находящегося в распоряжении человека
средства, с помощью которого можно
преодолеть силу земного притяжения
и улететь в космос за многие века
не смог изобрести ни один учёный, ни
один писатель-фантаст. К. Э. Циолковский
– основоположник теории космических
полётов.
Впервые мечту и стремления многих людей
впервые смог приблизить к реальности
русский учёный Константин Эдуардович
Циолковский(1857-1935), который показал, что
единственный аппарат, способный преодолеть
силу тяжести - это ракета, он впервые представил
научное доказательство возможности использования
ракеты для полётов в космическое пространство,
за пределы земной атмосферы и к другим
планетам Солнечной системы. Ракетой Цоилковский
назвал аппарат с реактивным двигателем,
использующим находящиеся на нём горючее
и окислитель.
Как известно из курса физики, выстрел
из ружья сопровождается отдачей. По законам
Ньютона, пуля и ружьё разлетелись бы в
разные стороны с одинаковой скоростью,
если бы имели одинаковую массу. Отбрасываемая
масса газов создаёт реактивную силу,
благодаря которой может быть обеспечено
движение, как в воздухе, так и в безвоздушном
пространстве, так возникает отдача. Тем
большую силу отдачи ощущает наше плечо,
чем больше масса и скорость истекающих
газов, и, следовательно, чем сильнее реакция
ружья, тем больше реактивная сила. Эти
явления объясняются законом сохранения
импульса:
векторная (геометрическая) сумма импульсов
тел, составляющих замкнутую систему,
остаётся постоянной при любых движениях
и взаимодействиях тел системы.
Представленная формула Циолковского
является фундаментом, на котором зиждется
весь расчёт современных ракет. Числом
Циолковского называют отношение массы
топлива к массе ракеты в конце работы
двигателя - к весу пустой ракеты.
Таким образом, получили, что максимально
достижимая скорость ракеты зависит в
первую очередь от скорости истечения
газов из сопла. А скорость истечения газов
сопла в свою очередь зависит от вида топлива
и температуры газовой струи. Значит, чем
выше температура, тем больше скорость.
Тогда для настоящей ракеты нужно подобрать
самое калорийное топливо, дающее наибольшее
количество теплоты. По формуле видно,
что кроме всего прочего скорость ракеты
зависит от начальной и конечной массы
ракеты, от того, какая часть её веса приходится
на горючее, и какая - на бесполезные (с
точки зрения скорости полёта) конструкции:
корпус, механизмы, и т.д.
Основной вывод из этой формулы Циолковского
для определения скорости космической
ракеты состоит в том, что в безвоздушном
пространстве ракета разовьёт тем большую
скорость, чем больше скорость истечения
газов и чем больше число Циолковского.
«Физические
основы работы реактивного
двигателя»
В основе современных
мощных реактивных двигателях различных
типов лежит принцип прямой реакции,
т.е. принцип создания движущей силы
(или тяги) в виде реакции (отдачи)
струи вытекающего из двигателя
"рабочего вещества", обычно - раскалённых
газов. Во всех двигателях существует
два процесса преобразования энергии.
Сначала химическая энергия топлива
преобразуется в тепловую энергию
продуктов сгорания, а затем тепловая
энергия используется для совершения
механической работы. К таким двигателям
относятся поршневые двигатели
автомобилей, тепловозов, паровые и
газовые турбины электростанций
и т.д. После того, как в тепловом
двигателе образовались горячие
газы, заключающие в себя большую
тепловую энергию, эта энергия должна
быть преобразована в механическую.
Ведь двигатели для того и служат, чтобы
совершать механическую работу, что-то
"двигать", приводить в действие,
все равно, будь то динамо-машина на просьба
дополнить рисунками электростанции,
тепловоз, автомобиль или самолёт. Чтобы
тепловая энергия газов перешла в механическую,
их объём должен возрасти. При таком расширении
газы и совершают работу, на которую затрачивается
их внутренняя и тепловая энергия.
Реактивное сопло
может иметь различные формы,
и, тем более, разную конструкцию
в зависимости от типа двигателя.
Главное заключается в той
скорости, с которой газы вытекают
из двигателя. Если эта скорость истечения
не превосходит скорости, с которой
в вытекающих газах распространяются
звуковые волны, то сопло представляет
собой простой цилиндрический или
суживающий отрезок трубы. Если же скорость
истечения должна превосходить скорость
звука, то соплу придается форма
расширяющейся трубы или же сначала
суживающейся, а за тем расширяющейся
(сопло Лавля). Только в трубе такой
формы, как показывает теория и опыт, можно
разогнать газ до сверхзвуковых скоростей,
перешагнуть через "звуковой барьер".
«Классификация
реактивных двигателей
и особенности
их использования»
Однако этот могучий
ствол, принцип прямой реакции, дал
жизнь огромной кроне "генеалогического
дерева" семьи реактивных двигателей.
Чтобы познакомиться с основными
ветвями его кроны, венчающей "ствол"
прямой реакции. Вскоре, как можно
видеть по рисунку (см. ниже), этот ствол
делится на две части, как бы расщепленный
ударом молнии. Оба новых ствола одинаково
украшены могучими кронами. Это деление
произошло по тому, что все "химические"
реактивные двигатели делятся на два класса
в зависимости от того, используют они
для своей работы окружающий воздух или
нет.
В бескомпрессорном
двигателе другого типа, прямоточном,
нет даже и этой клапанной решётки и давление
в камере сгорания повышается в результате
скоростного напора, т.е. торможения встречного
потока воздуха, поступающего в двигатель
в полёте. Понятно, что такой двигатель
способен работать только тогда, когда
летательный аппарат уже летит с достаточно
большой скоростью, на стоянке он тяги
не разовьет. Но зато при весьма большой
скорости, в 4-5 раз большей скорости звука,
прямоточный двигатель развивает очень
большую тягу и расходует меньше топлива,
чем любой другой "химический" реактивный
двигатель при этих условиях. Вот почему
прямоточные двигатели.
и т.д.................
