La ley de conservación del momento es de gran importancia cuando se considera la propulsión a chorro.
Debajo propulsión a Chorro comprender el movimiento de un cuerpo que se produce cuando una determinada parte de él se separa a una determinada velocidad con respecto a él, por ejemplo, cuando los productos de combustión fluyen por la boquilla de un avión a reacción. En este caso, el llamado fuerza reactivaempujando el cuerpo.
La peculiaridad de la fuerza reactiva radica en el hecho de que surge como resultado de la interacción entre las partes del propio sistema sin interacción con cuerpos externos.
Al mismo tiempo, la fuerza que imparte aceleración, por ejemplo, a un peatón, barco o avión, surge solo debido a la interacción de estos cuerpos con la tierra, el agua o el aire.
Entonces el movimiento del cuerpo se puede obtener como resultado de la salida de un chorro de líquido o gas.
En la naturaleza, propulsión a chorro inherente principalmente a los organismos vivos que viven en el medio acuático.
En tecnología, la propulsión a reacción se utiliza en el transporte fluvial (motores a reacción), en la industria automotriz (coches de carreras), en asuntos militares, en aviación y astronáutica.
Todos los aviones modernos de alta velocidad están equipados con motores a reacción. pueden proporcionar la velocidad de vuelo requerida.
Es imposible utilizar motores distintos a los motores a reacción en el espacio exterior, ya que allí no hay soporte, a partir del cual se podría recibir aceleración.
La historia del desarrollo de la tecnología jet.
El creador del misil militar ruso fue el científico de artillería K.I. Konstantinov. Con un peso de 80 kg, el alcance del cohete Konstantinov alcanzó los 4 km.
La idea de utilizar la propulsión a chorro en un avión, el proyecto de un dispositivo aeronáutico a reacción, fue presentada en 1881 por N.I. Kibalchich.
En 1903, el famoso físico K.E. Tsiolkovsky probó la posibilidad de volar en el espacio interplanetario y desarrolló un proyecto para el primer avión cohete con un motor de chorro líquido.
K.E. Tsiolkovsky diseñó un tren de cohetes espaciales, compuesto por una serie de cohetes que funcionan a su vez y desaparecen a medida que se consume combustible.
Principios de uso de motores a reacción.
El corazón de cualquier motor a reacción es una cámara de combustión, en la que, cuando se quema el combustible, se forman gases que tienen una temperatura muy alta y ejercen presión sobre las paredes de la cámara. Los gases se expulsan de una boquilla de cohete estrecha a alta velocidad y crean un empuje de chorro. De acuerdo con la ley de conservación del momento, el cohete adquiere velocidad en la dirección opuesta.
El impulso del sistema (productos de combustión de cohetes) permanece igual a cero. Dado que la masa del cohete disminuye, incluso a una velocidad constante de salida de gas, su velocidad aumentará, alcanzando gradualmente su valor máximo.
El movimiento de un cohete es un ejemplo del movimiento de un cuerpo con masa variable. La ley de conservación de impulsos se utiliza para calcular su velocidad.
Los motores a reacción se dividen en motores de cohetes y motores a reacción.
Motores de cohetes son combustibles sólidos o líquidos.
En los motores de cohetes de propulsante sólido, el combustible que contiene un combustible y un agente oxidante se arrojará dentro de la cámara de combustión del motor.
A motores a reacción líquidosDiseñado para lanzar naves espaciales, el combustible y el oxidante se almacenan por separado en tanques especiales y se bombean a la cámara de combustión mediante bombas. Pueden utilizar queroseno, gasolina, alcohol, hidrógeno líquido, etc. como combustible, y oxígeno líquido, ácido nítrico, etc., como agente oxidante necesario para la combustión.
Los modernos cohetes espaciales de tres etapas se lanzan verticalmente y, después de atravesar las densas capas de la atmósfera, se transfieren para volar en una dirección determinada. Cada etapa del cohete tiene su propio tanque de combustible y oxidante, así como su propio motor a reacción. A medida que el combustible se quema, las etapas de cohete gastadas se descartan.
Motores de chorro de aire Actualmente se utiliza principalmente en aviones. Su principal diferencia con los motores de cohetes es que el oxígeno del aire que ingresa al motor desde la atmósfera sirve como oxidante para la combustión del combustible.
Los motores de chorro de aire incluyen motores turbocompresores con compresores axiales y centrífugos.
El aire en dichos motores es aspirado y comprimido por un compresor impulsado por una turbina de gas. Los gases que escapan de la cámara de combustión crean una fuerza de empuje reactiva y hacen girar el rotor de la turbina.
A velocidades de vuelo muy altas, la compresión de gases en la cámara de combustión puede llevarse a cabo debido al flujo de aire entrante que se aproxima. No es necesario un compresor.
Hoy en día, la mayoría de la gente asocia la propulsión a reacción en primer lugar, por supuesto, con los últimos avances científicos y tecnológicos. De los libros de texto de física, sabemos que "reactivo" significa movimiento que surge como resultado de la separación de cualquier parte de un objeto (cuerpo). El hombre quería subir al cielo hacia las estrellas, se esforzó por volar, pero pudo cumplir su sueño solo con la llegada de aviones a reacción y naves espaciales escalonadas capaces de moverse grandes distancias, acelerando a velocidades supersónicas, gracias a los modernos motores a reacción instalados en ellos. Los diseñadores e ingenieros desarrollaron la posibilidad de utilizar propulsión a chorro en motores. Los científicos tampoco se hicieron a un lado, ofreciendo las ideas y formas más increíbles para lograr este objetivo. Sorprendentemente, este principio de movimiento está muy extendido. Basta con mirar a su alrededor, puede observar a los habitantes de los mares y la tierra, entre los cuales hay plantas, cuyo movimiento se basa en el principio reactivo.
Historia
Incluso en la antigüedad, los científicos con interés estudiaron y analizaron los fenómenos asociados con la propulsión a chorro en la naturaleza. Uno de los primeros en fundamentar teóricamente y describir su esencia fue Heron, un mecánico y teórico de la Antigua Grecia, quien inventó la primera máquina de vapor, que lleva su nombre. Los chinos pudieron encontrar un uso práctico para el método reactivo. Fueron los primeros, tomando como base el método de movimiento de sepias y pulpos, en el siglo XIII inventaron los cohetes. Fueron utilizados en fuegos artificiales, causando una gran impresión, y también, como bengalas de señales, quizás también hubo misiles de combate, que se usaron como artillería de cohetes. Con el tiempo, esta tecnología también llegó a Europa.
N. Kibalchich se convirtió en el descubridor de los tiempos modernos, después de haber ideado un esquema de un prototipo de avión con un motor a reacción. Fue un inventor destacado y un revolucionario acérrimo, por lo que estuvo en prisión. Fue en la cárcel que pasó a la historia al crear su proyecto. Después de su ejecución por actividades revolucionarias activas y oposición a la monarquía, su invento fue olvidado en los estantes de los archivos. Después de algún tiempo, K. Tsiolkovsky fue capaz de mejorar las ideas de Kibalchich, demostrando la posibilidad de explorar el espacio exterior mediante el movimiento a reacción de naves espaciales.
Más tarde, durante la Gran Guerra Patria, aparecieron los famosos Katyushas, \u200b\u200bsistemas de artillería de cohetes de campaña. Así llamaba extraoficialmente la gente a las poderosas instalaciones que usaban las fuerzas de la URSS con un nombre cariñoso. No se sabe con certeza, en relación con el cual, el arma recibió este nombre. La razón de esto fue la popularidad de la canción de Blanter o la letra "K" en el cuerpo del mortero. Con el tiempo, los soldados de primera línea comenzaron a poner apodos a otras armas, creando así una nueva tradición. Los alemanes también llamaron a este lanzamisiles "órgano de Stalin" por su apariencia, que se parecía a un instrumento musical y el sonido estridente que provenía del lanzamiento de misiles.
Mundo vegetal
Los representantes de la fauna también utilizan las leyes de la propulsión a chorro. La mayoría de las plantas con tales propiedades son anuales y juveniles: frutos espinosos, ajo peciolado, corazón que no me toque, pepinillo de doble corte, merengue de tres venas.
La carpa espinosa, también conocida como pepino loco, pertenece a la familia de las calabazas. Esta planta crece a un gran tamaño, tiene una raíz gruesa con un tallo rugoso y hojas grandes. Crece en el territorio de Asia Central, el Mediterráneo, en el Cáucaso, bastante común en el sur de Rusia y Ucrania. En el interior de la fruta, durante el período de maduración de la semilla, se convierte en moco que, bajo la influencia de las temperaturas, comienza a fermentar y liberar gas. Más cerca de la maduración, la presión dentro del feto puede alcanzar las 8 atmósferas. Luego, con un ligero toque, la fruta se desprende de la base y las semillas con líquido a una velocidad de 10 m / s salen volando de la fruta. Debido a su capacidad para disparar hasta 12 m de longitud, la planta recibió el nombre de "pistola de mujeres".
El núcleo touch-me-not es una especie anual extendida. Se encuentra, por regla general, en bosques sombreados, a lo largo de las orillas de los ríos. Una vez en la parte noreste de América del Norte y Sudáfrica, echó raíces con éxito. El núcleo sensible al tacto se propaga por semillas. Las semillas del núcleo touch-me-not son pequeñas, no pesan más de 5 mg, que se arrojan a una distancia de 90 cm. Gracias a este método de distribución de semillas, la planta obtuvo su nombre.
Mundo animal
Propulsión a chorro: datos interesantes sobre el reino animal. En los cefalópodos, el movimiento reactivo se produce mediante el agua exhalada a través de un sifón, que suele estrecharse hasta una pequeña abertura para obtener el máximo flujo espiratorio. El agua fluye por las branquias antes de la exhalación, cumpliendo el doble propósito de respirar y moverse. Las liebres marinas, de lo contrario gasterópodos, utilizan medios de movimiento similares, pero sin el complejo aparato neurológico de los cefalópodos, se mueven de manera más torpe.
Algunos peces caballero también han desarrollado la propulsión a chorro bombeando agua a través de sus branquias para complementar el movimiento de sus aletas.
En las larvas de libélula, la fuerza reactiva se logra desplazando el agua de una cavidad especializada en el cuerpo. Las vieiras y cardidos, sifonóforos, túnicas (como las salpas) y algunas medusas también utilizan propulsión a chorro.
La mayoría de las veces, las vieiras descansan silenciosamente en el fondo, pero en caso de peligro, cierran rápidamente las válvulas de sus conchas, por lo que empujan el agua. Este mecanismo de comportamiento también habla del uso del principio de movimiento reactivo. Gracias a él, las vieiras pueden flotar y moverse una gran distancia, utilizando la técnica de abrir y cerrar la concha.
El calamar también usa este método, absorbe agua y luego con una fuerza tremenda empujando a través del embudo se mueve a una velocidad de al menos 70 km / h. Al reunir los tentáculos en un nudo, el cuerpo del calamar forma una forma aerodinámica. Tomando un motor de calamar como base, los ingenieros han diseñado un cañón de agua. El agua que contiene se aspira a la cámara y luego se expulsa a través de la boquilla. Por lo tanto, el recipiente se dirige en la dirección opuesta al chorro expulsado.
En comparación con los calamares, las salpas utilizan los motores más eficientes, gastando un orden de magnitud menos de energía que los calamares. Moviéndose, la salpa lanza agua por la abertura del frente y luego entra en una cavidad amplia donde se estiran las branquias. Después de la faringe, la abertura se cierra y, con la ayuda de la contracción de los músculos longitudinales y transversales que comprimen el cuerpo, se expulsa agua a través de la abertura desde atrás.
Un gato corriente puede presumir del mecanismo de locomoción más inusual. Marcel Despres sugirió que el cuerpo es capaz de moverse y cambiar su posición incluso con la ayuda de solo fuerzas internas (sin partir de nada y sin depender de nada), de lo cual fue posible concluir que las leyes de Newton pueden estar equivocadas. La prueba de su hipótesis podría ser un gato que cayó desde una altura. Durante la caída al revés, seguirá aterrizando sobre todas sus patas, esto ya se ha convertido en una especie de axioma. Habiendo fotografiado en detalle el movimiento del gato, pudimos ver en cuadros todo lo que hacía en el aire. Vimos el movimiento de su pata, lo que provocó una respuesta del tronco, girando en la otra dirección con respecto al movimiento de la pata. Actuando de acuerdo con las leyes de Newton, el gato aterrizó con éxito.
En los animales todo sucede a nivel instintivo, el hombre, a su vez, lo hace conscientemente. Los nadadores profesionales, habiendo saltado de la torre, logran girar tres veces en el aire y, habiendo logrado detener la rotación, se enderezan estrictamente verticalmente y se sumergen en el agua. El mismo principio se aplica a los trapecistas de circo.
Por mucho que una persona intente superar la naturaleza, mejorando los inventos creados por ella, de todos modos, todavía no hemos alcanzado esa perfección tecnológica en la que los aviones podían repetir las acciones de una libélula: flotar en el aire, retroceder instantáneamente o moverse hacia un lado. Y todo esto sucede a gran velocidad. Quizás pase un poco más de tiempo y los aviones, gracias a los ajustes de la aerodinámica y las capacidades de reacción de las libélulas, podrán realizar giros bruscos y ser menos susceptibles a las condiciones externas. Habiendo mirado la naturaleza, el hombre todavía puede mejorar mucho en beneficio del progreso tecnológico.
Todos ustedes han escuchado muchas veces sobre el motor a reacción o los aviones a reacción.
El movimiento reactivo es el movimiento de un cuerpo que se produce cuando una parte de él se separa a una cierta velocidad con respecto a él.
En particular, el empuje del chorro es una fuerza resultante de la salida de gases de la boquilla de un avión a una cierta velocidad.
Todos hemos visto un ejemplo elemental de propulsión a chorro: si inflas un globo y, sin atarlo, lo sueltas, el globo volará, y volará hasta que todo el aire lo haya abandonado.
Los motores a reacción, en primer lugar, son necesarios para la exploración espacial. Después de todo, al estar en un espacio abierto, la nave no tiene la capacidad de empujar ningún soporte, ya que simplemente no existe. La única fuerza que podría impartir aceleración a la nave es el empuje del chorro.
A pesar de que no es necesario utilizar motores a reacción dentro de la atmósfera terrestre, la mayoría de los aviones modernos vuelan precisamente con propulsión a reacción. Esto se debe al hecho de que el empuje del chorro proporciona velocidades suficientemente altas en comparación con las que pueden alcanzar los aviones propulsados \u200b\u200bpor hélice.
Los motores a reacción se dividen en dos tipos principales: motores de cohetes y motores a reacción.
Un motor de cohete requiere combustible y un oxidante para ayudar a la combustión. En los motores de combustible sólido (a menudo de pólvora), el combustible y el oxidante se encuentran directamente en el motor. En los motores a reacción que funcionan con combustibles líquidos como la gasolina, por ejemplo, el combustible y el oxidante se almacenan en tanques separados y se bombean a la cámara de combustión.
La temperatura en la cámara de combustión es de aproximadamente 3000 ° C, como resultado de lo cual la presión aumenta a 50 atm. En la cámara de combustión, durante la combustión del combustible, se forman gases que, debido a la alta temperatura, crean una alta presión en las paredes de la cámara. Como resultado, los gases se expulsan de la boquilla del cohete, impulsándolo hacia adelante.
Se cumple la ley de conservación de la cantidad de movimiento: la cantidad de movimiento total del sistema debe permanecer igual a cero. Una cierta masa de gases se escapa de la boquilla en una dirección, por lo tanto, el cohete debería comenzar a moverse en la otra dirección. Para aumentar el efecto, se usa un estrechamiento de la boquilla para aumentar el caudal de los gases. De hecho, en este caso, la misma cantidad de gases tendrá que pasar por una sección transversal más pequeña en un tiempo determinado. En consecuencia, el caudal de gas debe aumentar.
Tenga en cuenta que incluso a un caudal de gas constante, la velocidad del cohete aumentará, ya que su masa disminuirá como resultado de la quema de combustible. Con base en esto, podemos derivar la fórmula mediante la cual se calcula el empuje del chorro:
Tenga en cuenta que hay un signo menos delante de la velocidad de salida del gas, porque esta velocidad se dirige en la dirección opuesta a la velocidad del cohete.
La misma fórmula se deriva de la ley de conservación de la cantidad de movimiento para el sistema de cohetes: productos de combustión:
En el lado derecho vemos la relación entre el cambio de masa y un período de tiempo: este valor se denomina consumo de combustible en masa.
Los motores a reacción no son muy diferentes de los motores de cohetes. Su principal diferencia es que el oxígeno contenido en el aire se usa como oxidante, que ingresa al motor.
Un ejemplo de solución del problema.
Tarea... El avión a reacción aumenta la velocidad de 800 km / ha 2000 km / h. Durante este tiempo, el avión perdió 1 tonelada de combustible. La masa de la aeronave sin combustible es de 16 toneladas ¿Cuál es la tasa de salida de gas?
No se nos dice nada sobre otras fuerzas, por lo tanto, las fuerzas externas se pueden descuidar.
Naves espaciales de varias toneladas se elevan hacia el cielo y medusas, sepias y pulpos transparentes y gelatinosos maniobran hábilmente en las aguas del mar. ¿Qué tienen en común? Resulta que en ambos casos, se utiliza el principio de propulsión a chorro para moverse. Este es el tema al que está dedicado nuestro artículo de hoy.
Miremos la historia
Más la primera información confiable sobre misiles se remonta al siglo XIII. Fueron utilizados por los hindúes, chinos, árabes y europeos en combate como armas de combate y señales. A esto le siguieron siglos de olvido casi total de estos dispositivos.
En Rusia, la idea de utilizar un motor a reacción revivió gracias a las obras del revolucionario Nikolai Kibalchich, una Voluntad del Pueblo. Sentado en las mazmorras zaristas, desarrolló un proyecto ruso para un motor a reacción y un avión para humanos. Kibalchich fue ejecutado y su proyecto acumuló polvo en los archivos de la policía secreta zarista durante muchos años.
Las ideas básicas, los dibujos y los cálculos de este hombre talentoso y valiente se desarrollaron aún más en los trabajos de K.E. Tsiolkovsky, quien sugirió usarlos para las comunicaciones interplanetarias. De 1903 a 1914 publicó una serie de trabajos, donde demuestra de manera convincente la posibilidad de utilizar la propulsión a chorro para la exploración espacial y fundamenta la conveniencia de utilizar cohetes multietapa.
Muchos de los avances científicos de Tsiolkovsky todavía se utilizan en cohetería hasta el día de hoy.
Cohetes biológicos
¿Cómo surgió? la idea de moverse, partiendo de su propia corriente en chorro? Quizás al observar de cerca la vida marina, los habitantes de las zonas costeras notaron cómo sucede esto en el reino animal.
Por ejemplo, vieira se mueve debido a la fuerza reactiva del chorro de agua expulsado de la carcasa durante la rápida compresión de sus válvulas. Pero nunca se mantendrá al día con los nadadores más rápidos: el calamar.
Sus cuerpos parecidos a cohetes se apresuran con la cola hacia adelante, expulsando el agua almacenada de un embudo especial. se mueven según el mismo principio, exprimiendo el agua contrayendo su cúpula transparente.
La naturaleza ha dotado de un "motor a reacción" y una planta llamada "squirting pepino". Cuando sus frutos están completamente maduros, en respuesta al menor toque, dispara el gluten con las semillas. ¡El feto se lanza en la dirección opuesta a una distancia de hasta 12 m!
Ni la vida marina ni las plantas conocen las leyes físicas que subyacen a este modo de movimiento. Intentaremos resolverlo.
Fundamentos físicos del principio de propulsión a chorro.
Pasemos primero al experimento más simple. Inflar una pelota de goma y, sin atar, entremos en vuelo libre. El movimiento rápido de la pelota continuará mientras la corriente de aire que emana de ella sea lo suficientemente fuerte.
Para explicar los resultados de este experimento, debemos recurrir a la Ley III, que establece que dos cuerpos interactúan con fuerzas iguales en magnitud y opuestas en dirección. En consecuencia, la fuerza con la que la pelota actúa sobre los chorros de aire que escapan de ella es igual a la fuerza con la que el aire empuja la pelota lejos de sí mismo.
Transfieramos este razonamiento al cohete. Estos dispositivos arrojan una parte de su masa a gran velocidad, como resultado de lo cual ellos mismos reciben una aceleración en la dirección opuesta.
Físicamente, esto el proceso se explica claramente por la ley de conservación de la cantidad de movimiento. El momento es el producto de la masa corporal por su velocidad (mv). Mientras el cohete está en reposo, su velocidad y su momento son iguales a cero. Si se expulsa una corriente en chorro, entonces la parte restante, de acuerdo con la ley de conservación de la cantidad de movimiento, debe adquirir una velocidad tal que la cantidad de movimiento total siga siendo igual a cero.
Pasemos a las fórmulas:
m g v g + m p v p \u003d 0;
m g v g \u003d - m p v p,
dónde m g v gimpulso creado por un chorro de gases, m p v p impulso recibido por el cohete.
El signo menos muestra que la dirección de movimiento del cohete y el avión es opuesta.
El dispositivo y el principio de funcionamiento de un motor a reacción.
En tecnología, los motores a reacción impulsan aviones, cohetes y lanzan naves espaciales a órbitas. Dependiendo del propósito, tienen un dispositivo diferente. Pero cada uno de ellos tiene un suministro de combustible, una cámara para su combustión y una boquilla que acelera el chorro.
Las estaciones automáticas interplanetarias también están equipadas con un compartimiento de instrumentos y cabinas con un sistema de soporte vital para los astronautas.
Los cohetes espaciales modernos son aviones complejos de varias etapas que utilizan los últimos avances en ingeniería. Después del lanzamiento, el combustible en la etapa inferior se quema primero, después de lo cual se separa del cohete, reduciendo su masa total y aumentando su velocidad.
Luego se consume combustible en la segunda etapa, etc. Finalmente, la aeronave se lleva a una trayectoria determinada y comienza su vuelo independiente.
Soñemos un poco
El gran soñador y científico K.E. Tsiolkovsky dio a las generaciones futuras la confianza de que los motores a reacción permitirían a la humanidad salir de la atmósfera terrestre y precipitarse hacia el espacio. Su predicción se hizo realidad. La luna, e incluso los cometas distantes, son explorados con éxito por naves espaciales. 
En cosmonáutica, se utilizan motores a reacción líquidos. Utilizando derivados del petróleo como combustible, pero las velocidades que se pueden obtener con su ayuda son insuficientes para vuelos muy largos.
Quizás ustedes, nuestros queridos lectores, serán testigos de los vuelos de los terrestres a otras galaxias en vehículos con motores a reacción nucleares, termonucleares o de iones.
Si este mensaje te es útil, es bueno verte
Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia
FGOU SPO "Perevozsky Construction College"
abstracto
disciplina:
Física
tema: Propulsión a Chorro
Terminado:
Estudiante
Grupos 1-121
Okuneva Alena
Comprobado:
P.L. Vineaminovna
Pueblo de Perevoz
2011
Contenido:
- Introducción: qué es la propulsión a chorro …………………………………………………………… .. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Impulso de la ley de conservación ………………………………………………………………… .4
Aplicación de la propulsión a chorro en la naturaleza ………………………… ..….… .... 5
Aplicación de la propulsión a chorro en tecnología ……. ………………… ...… ..….… .6
Propulsión a reacción "Misil intercontinental" ………… .. ……… ...… 7
Fundamentos físicos de un motor a reacción..................... .................... 8
Clasificación de motores a reacción y peculiaridades de su uso ………………………………………………………………………. …………. …… .9
Características del diseño y creación de un avión ... .. ... 10
Conclusión ……………………………………………………………………………………………… .11
Lista de literatura usada ………………………………………………… ... ..12
"Propulsión a Chorro"
El movimiento reactivo es el movimiento de un cuerpo debido a la separación de él con una cierta velocidad de algunas de sus partes. El movimiento reactivo se describe con base en la ley de conservación del momento.
La propulsión a chorro, que ahora se utiliza en aviones, cohetes y proyectiles espaciales, es característica de pulpos, calamares, sepias, medusas; todos ellos, sin excepción, utilizan la reacción (retroceso) del chorro de agua lanzado para nadar.
También se pueden encontrar ejemplos de propulsión a chorro en el mundo vegetal.
En los países del sur existe una planta llamada "pepino loco". Solo hay que tocar ligeramente la fruta madura, similar a un pepino, que rebota en el tallo, y por el orificio formado por la fruta, un líquido con semillas sale volando con una fuente a una velocidad de hasta 10 m / s.
Los propios pepinos vuelan en la dirección opuesta. Un pepino loco (de lo contrario, se llama "pistola de mujeres") dispara más de 12 m.
"Ley de conservación del impulso"
En un sistema cerrado, la suma vectorial de los momentos de todos los cuerpos incluidos en el sistema permanece constante para cualquier interacción de los cuerpos de este sistema entre sí.
Esta ley fundamental de la naturaleza se llama ley de conservación de la cantidad de movimiento. Es una consecuencia de la segunda y tercera leyes de Newton. Considere dos cuerpos que interactúan y que forman parte de un sistema cerrado.
Las fuerzas de interacción entre estos cuerpos serán denotadas por y De acuerdo con la tercera ley de Newton Si estos cuerpos interactúan durante el tiempo t, entonces los impulsos de las fuerzas de interacción son iguales en magnitud y se dirigen en direcciones opuestas: Aplicamos la segunda ley de Newton a estos cuerpos:
Esta igualdad significa que, como resultado de la interacción de dos cuerpos, su impulso total no ha cambiado. Considerando ahora todo tipo de interacciones pareadas de cuerpos incluidos en un sistema cerrado, podemos concluir que las fuerzas internas de un sistema cerrado no pueden cambiar su impulso total, es decir, la suma vectorial de los impulsos de todos los cuerpos incluidos en este sistema. Se puede lograr una reducción significativa en la masa de lanzamiento del cohete utilizandomisiles multietapacuando las etapas del cohete se separan cuando el combustible se quema. El proceso de aceleración posterior del cohete excluye las masas de contenedores en los que había combustible, motores gastados, sistemas de control, etc. Es a lo largo del camino de la creación de cohetes multietapa económicos que se está desarrollando la cohetería moderna.
"El uso de la propulsión a chorro en la naturaleza"
La propulsión a chorro es utilizada por muchos moluscos: pulpos, calamares, sepias. Por ejemplo, una almeja se mueve hacia adelante debido a la fuerza reactiva de una corriente de agua expulsada de una concha cuando sus válvulas están fuertemente comprimidas.
Pulpo
La sepia, como la mayoría de los cefalópodos, se mueve en el agua de la siguiente manera. Atrae agua hacia la cavidad branquial a través de la hendidura lateral y un embudo especial frente al cuerpo, y luego arroja vigorosamente un chorro de agua a través del embudo. La sepia dirige el tubo del embudo hacia un lado o hacia atrás y, al exprimir rápidamente el agua, puede moverse en diferentes direcciones.
La salpa es un animal marino de cuerpo transparente, cuando se mueve recibe agua por la abertura frontal y el agua ingresa a una cavidad amplia, dentro de la cual se estiran las branquias en diagonal. Tan pronto como el animal toma un largo sorbo de agua, el orificio se cierra. Luego, los músculos longitudinales y transversales de la salpa se contraen, todo el cuerpo se contrae y el agua sale por la abertura posterior. La reacción del chorro que fluye empuja la salpa hacia adelante. De mayor interés es el motor a reacción de calamar. El calamar es el habitante invertebrado más grande de las profundidades del océano. Los calamares han alcanzado la máxima perfección en la navegación a reacción. Sus cuerpos incluso copian el cohete con sus formas externas. Conociendo la ley de conservación del impulso, puede cambiar su propia velocidad de movimiento en el espacio abierto. Si está en un bote y tiene varias piedras pesadas, entonces al lanzar piedras en una dirección determinada, se moverá en la dirección opuesta. Lo mismo ocurrirá en el espacio exterior, pero allí utilizan motores a reacción para ello.
"El uso de la propulsión a chorro en la tecnología"
A finales del primer milenio d.C., China inventó la propulsión a chorro, que propulsaba cohetes, tubos de bambú llenos de pólvora que también se usaban como diversión. Uno de los primeros proyectos de coches también fue con un motor a reacción y este proyecto pertenecía a Newton.
El autor del primer proyecto mundial de un avión a reacción diseñado para vuelos humanos fue el revolucionario ruso N.I. Kibalchich. Fue ejecutado el 3 de abril de 1881 por participar en el intento de asesinato del emperador Alejandro II. Desarrolló su proyecto en prisión tras la sentencia de muerte. Kibalchich escribió: “Mientras estaba en prisión, unos días antes de mi muerte, estoy escribiendo este proyecto. Creo en la viabilidad de mi idea, y esta creencia me apoya en mi terrible situación ... enfrentaré la muerte con calma, sabiendo que mi idea no perecerá conmigo ".
La idea de utilizar cohetes para vuelos espaciales fue propuesta a principios de este siglo por el científico ruso Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. En 1903, un artículo del profesor del gimnasio de Kaluga K.E. Tsiolkovsky "Exploración de los espacios del mundo mediante dispositivos reactivos". Este trabajo contenía la ecuación matemática más importante para la astronáutica, ahora conocida como la "fórmula de Tsiolkovsky", que describía el movimiento de un cuerpo de masa variable. Posteriormente, desarrolló un esquema para un motor de cohete de combustible líquido, propuso un diseño de cohete multietapa y expresó la idea de la posibilidad de crear ciudades espaciales enteras en órbita cercana a la Tierra. Mostró que el único dispositivo capaz de vencer la gravedad es un cohete, es decir, Aparato con un motor a reacción que utiliza combustible y un oxidante ubicado en el propio aparato. Los cohetes soviéticos fueron los primeros en llegar a la Luna, rodearon la Luna y fotografiaron su lado invisible desde la Tierra, los primeros en llegar al planeta Venus y entregar instrumentos científicos a su superficie. En 1986, dos naves espaciales soviéticas Vega-1 y Vega-2 examinaron el cometa Halley a corta distancia, acercándose al Sol una vez cada 76 años.
Propulsión a reacción "misil intercontinental"
La humanidad siempre ha soñado con viajar al espacio. Fantásticos escritores, científicos y soñadores han propuesto una variedad de medios para lograr este objetivo. Pero el único medio a disposición del hombre, con la ayuda del cual es posible vencer la fuerza de la gravedad y volar al espacio durante muchos siglos, no ha sido inventado por ningún científico o escritor de ciencia ficción. K.E. Tsiolkovsky: el fundador de la teoría de los vuelos espaciales.
Por primera vez, el sueño y las aspiraciones de muchas personas fueron acercados a la realidad por primera vez por el científico ruso Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), quien demostró que el único aparato capaz de vencer la gravedad es un cohete, fue el primero en presentar una prueba científica de la posibilidad de utilizar un cohete para vuelos al espacio exterior. , más allá de la atmósfera terrestre y hacia otros planetas del sistema solar. Tsoilkovsky llamó cohete a un aparato con un motor a reacción que usa combustible y un oxidante.
Como sabrá por el curso de física, un disparo de pistola va acompañado de un retroceso. De acuerdo con las leyes de Newton, una bala y un arma volarían en diferentes direcciones a la misma velocidad si tuvieran la misma masa. La masa de gases rechazada crea una fuerza reactiva, gracias a la cual se puede asegurar el movimiento, tanto en el aire como en un espacio sin aire, así es como se produce el retroceso. Cuanto mayor sea la fuerza de retroceso que sentimos por nuestro hombro, mayor será la masa y la velocidad de los gases que salen y, en consecuencia, cuanto más fuerte sea la reacción del arma, mayor será la fuerza reactiva. Estos fenómenos se explican por la ley de conservación del momento:
la suma vectorial (geométrica) de los momentos de los cuerpos que componen un sistema cerrado permanece constante para cualquier movimiento e interacción de los cuerpos del sistema.
La fórmula presentada de Tsiolkovsky es la base sobre la que se basa todo el cálculo de los misiles modernos. El número de Tsiolkovsky es la relación entre la masa de combustible y la masa del cohete al final de la operación del motor, y el peso del cohete vacío.
Por lo tanto, se encontró que la velocidad máxima alcanzable del cohete depende principalmente de la velocidad de salida de los gases de la boquilla. Y el caudal de gas de la boquilla, a su vez, depende del tipo de combustible y de la temperatura de la corriente de gas. Esto significa que cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la velocidad. Luego, para un cohete real, debe seleccionar el combustible más alto en calorías que proporcione la mayor cantidad de calor. La fórmula muestra que, entre otras cosas, la velocidad del cohete depende de la masa inicial y final del cohete, de cuánto de su peso recae sobre el combustible y cuánto sobre estructuras inútiles (en términos de velocidad de vuelo): cuerpo, mecanismos, etc. etc.
La principal conclusión de esta fórmula de Tsiolkovsky para determinar la velocidad de un cohete espacial es que en un espacio sin aire, el cohete desarrollará la mayor velocidad, cuanto mayor sea la velocidad de salida de los gases y mayor sea el número de Tsiolkovsky.
"Fundamentos físicos de un motor a reacción"
Los potentes motores a reacción modernos de varios tipos se basan en el principio de reacción directa, es decir el principio de crear una fuerza motriz (o empuje) en forma de reacción (retroceso) de un chorro de "sustancia de trabajo" que fluye desde el motor, generalmente gases incandescentes. Hay dos procesos de conversión de energía en todos los motores. Primero, la energía química del combustible se convierte en energía térmica de los productos de combustión y luego la energía térmica se utiliza para realizar un trabajo mecánico. Dichos motores incluyen motores de pistón de automóviles, locomotoras diesel, turbinas de vapor y gas de centrales eléctricas, etc. Una vez que se han formado gases calientes en un motor térmico, que contienen una gran energía térmica, esta energía debe convertirse en energía mecánica. Después de todo, los motores se utilizan para hacer trabajos mecánicos, para "mover" algo, para ponerlo en acción, no importa si es una máquina dinamo cuando se le pide que agregue dibujos a una central eléctrica, una locomotora diesel, un automóvil o un avión. Para que la energía térmica de los gases se transforme en energía mecánica, su volumen debe aumentar. Con esta expansión, los gases hacen el trabajo, lo que consume su energía interna y térmica.
La tobera de chorro puede tener diferentes formas y, además, diferentes diseños según el tipo de motor. Lo principal es la velocidad a la que salen los gases del motor. Si esta velocidad de flujo de salida no excede la velocidad con la que se propagan las ondas de sonido en los gases de salida, entonces la boquilla es un segmento de tubería cilíndrico simple o que se estrecha. Si la velocidad del flujo de salida debe exceder la velocidad del sonido, entonces se le da a la boquilla la forma de una tubería en expansión o, primero, se estrecha y luego se expande (boquilla encantadora). Sólo en una tubería de esta forma, como muestran la teoría y la experiencia, se puede acelerar el gas a velocidades supersónicas y se puede pasar por encima de la "barrera del sonido".
"Clasificación de motores a reacción y características de su uso"
Sin embargo, este poderoso tronco, el principio de reacción directa, dio a luz a una enorme corona del "árbol genealógico" de la familia de motores a reacción. Familiarizarse con las ramas principales de su corona, coronando el "tronco" de una reacción directa. Pronto, como se puede ver en la imagen (ver más abajo), este tronco se divide en dos partes, como si hubiera sido partido por un rayo. Ambos baúles nuevos están igualmente decorados con poderosas coronas. Esta división se debe al hecho de que todos los motores a reacción "químicos" se dividen en dos clases, dependiendo de si utilizan el aire ambiente para su trabajo o no.
En un motor sin compresor de otro tipo, ramjet, ni siquiera existe esta rejilla de válvulas y la presión en la cámara de combustión aumenta como resultado de la presión a alta velocidad, es decir. frenando el flujo de aire que entra en el motor en vuelo. Está claro que dicho motor es capaz de funcionar solo cuando el avión ya está volando a una velocidad suficientemente alta; no desarrollará empuje en el estacionamiento. Pero por otro lado, a una velocidad muy alta, 4-5 veces la velocidad del sonido, un motor estatorreactor desarrolla un empuje muy alto y consume menos combustible que cualquier otro motor a reacción "químico" en estas condiciones. Por eso los motores ramjet.
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