Bardzo ważne prawo zachowania pędu obowiązuje przy rozważaniu napędu odrzutowego.
Pod napęd odrzutowy zrozumieć ruch ciała, który występuje, gdy pewna jego część jest oddzielana z określoną prędkością względem niego, na przykład, gdy produkty spalania wypływają z dyszy samolotu odrzutowego. Powoduje to tzw Siła reaktywna popychając ciało.
Osobliwością siły reaktywnej jest to, że powstaje ona w wyniku interakcji między częściami samego układu bez interakcji z ciałami zewnętrznymi.
Natomiast siła nadająca przyspieszenie np. pieszemu, statkowi czy samolotowi powstaje tylko w wyniku oddziaływania tych ciał z ziemią, wodą lub powietrzem.
Tak więc ruch ciała można uzyskać w wyniku wypływu strumienia cieczy lub gazu.
W naturze napęd odrzutowy właściwe głównie organizmom żywym żyjącym w środowisku wodnym.
W technologii napęd odrzutowy jest stosowany w transporcie rzecznym (silniki odrzutowe), w przemyśle motoryzacyjnym (samochody wyścigowe), w sprawach wojskowych, w lotnictwie i astronautyce.
Wszystkie nowoczesne szybkie samoloty są wyposażone w silniki odrzutowe, ponieważ. są w stanie zapewnić wymaganą prędkość lotu.
W przestrzeni kosmicznej niemożliwe jest użycie innych silników, z wyjątkiem silników odrzutowych, ponieważ nie ma wsparcia, od którego można by uzyskać przyspieszenie.
Historia rozwoju technologii odrzutowej
Twórcą rosyjskiego pocisku bojowego był naukowiec artylerii K.I. Konstantinow. Przy wadze 80 kg zasięg rakiety Konstantinow osiągnął 4 km.
Pomysł wykorzystania napędu odrzutowego w samolocie, projekt odrzutowego instrumentu lotniczego, został wysunięty w 1881 roku przez N.I. Kibalczicz.
W 1903 roku słynny fizyk K.E. Ciołkowski udowodnił możliwość lotu w przestrzeni międzyplanetarnej i opracował projekt pierwszego samolotu rakietowego z silnikiem na paliwo ciekłe.
KE Ciołkowski zaprojektował kosmiczny pociąg rakietowy, składający się z kilku rakiet, które kolejno działają i odpadają w miarę zużywania się paliwa.
Zasady użytkowania silników odrzutowych
Podstawą każdego silnika odrzutowego jest komora spalania, w której podczas spalania paliwa powstają gazy, które mają bardzo wysoką temperaturę i wywierają nacisk na ścianki komory. Gazy wydostają się z wąskiej dyszy rakiety z dużą prędkością i tworzą ciąg odrzutowy. Zgodnie z zasadą zachowania pędu rakieta nabiera prędkości w przeciwnym kierunku.
Pęd układu (produkty spalania rakiety) pozostaje równy zeru. Ponieważ masa rakiety maleje, nawet z stała prędkość wypływ gazów, jego prędkość wzrośnie, stopniowo osiągając wartość maksymalną.
Ruch rakiety jest przykładem ruchu ciała o zmiennej masie. Aby obliczyć jego prędkość, stosuje się prawo zachowania pędu.
Silniki odrzutowe dzielą się na silniki rakietowe i silniki odrzutowe.
silniki rakietowe dostępne w postaci paliw stałych lub płynnych.
W silnikach rakietowych na paliwo stałe paliwo zawierające zarówno paliwo, jak i utleniacz zostanie umieszczone w komorze spalania silnika.
W silniki na paliwo ciekłe, przeznaczone do wystrzeliwania statków kosmicznych, paliwo i utleniacz są przechowywane oddzielnie w specjalnych zbiornikach i pompowane do komory spalania. Jako paliwo można w nich stosować naftę, benzynę, alkohol, ciekły wodór itp., a ciekły tlen, kwas azotowy itp. Jako utleniacz niezbędny do spalania.
Nowoczesne trzystopniowe rakiety kosmiczne wystrzeliwane są pionowo, a po przejściu przez gęste warstwy atmosfery przenoszone są do lotu w zadanym kierunku. Każdy stopień rakiety ma własny zbiornik paliwa i zbiornik utleniacza, a także własny silnik odrzutowy. W miarę spalania paliwa zużyte stopnie rakiety są odrzucane.
Silniki odrzutowe obecnie używany głównie w samolotach. Ich główna różnica w stosunku do silników rakietowych polega na tym, że utleniaczem do spalania paliwa jest tlen z powietrza dostającego się do silnika z atmosfery.
Silniki odrzutowe obejmują silniki turbosprężarki ze sprężarkami osiowymi i odśrodkowymi.
Powietrze w takich silnikach jest zasysane i sprężane przez sprężarkę napędzaną turbiną gazową. Gazy opuszczające komorę spalania wytwarzają siłę ciągu i obracają wirnik turbiny.
Przy bardzo dużych prędkościach lotu sprężanie gazów w komorze spalania może odbywać się dzięki nadciągającemu przepływowi powietrza. Eliminuje się potrzebę stosowania sprężarki.
Dzisiaj większość ludzi oczywiście kojarzy napęd odrzutowy przede wszystkim z najnowszymi osiągnięciami naukowymi i technicznymi. Z podręczników do fizyki wiemy, że przez „reaktywny” rozumie się ruch, który następuje w wyniku oddzielenia się od obiektu (ciała) którejkolwiek z jego części. Człowiek chciał wzbić się w niebo do gwiazd, starał się latać, ale mógł spełnić swoje marzenie dopiero wraz z pojawieniem się samolotów odrzutowych i schodkowych statków kosmicznych zdolnych do pokonywania dużych odległości, rozpędzania się do prędkości ponaddźwiękowych, dzięki zainstalowanym nowoczesnym silnikom odrzutowym na nich. Konstruktorzy i inżynierowie opracowali możliwość zastosowania napędu odrzutowego w silnikach. Fantasty również nie odstawały z boku, proponując najbardziej niewiarygodne pomysły i sposoby na osiągnięcie tego celu. Co zaskakujące, ta zasada ruchu jest szeroko rozpowszechniona w dzikiej przyrodzie. Wystarczy się rozejrzeć, można zauważyć mieszkańców mórz i lądów, wśród których są rośliny, których podstawą jest zasada reaktywności.
Fabuła
Już w starożytności naukowcy z zainteresowaniem badali i analizowali zjawiska związane z napędem odrzutowym w przyrodzie. Jednym z pierwszych, którzy teoretycznie uzasadnili i opisali jego istotę, był Heron, mechanik i teoretyk Starożytna Grecja który wynalazł pierwszy silnik parowy nazwany jego imieniem. Chińczykom udało się znaleźć reaktywną metodę praktyczne użycie. Byli pierwsi, opierając się na sposobie poruszania się mątwy i ośmiornicy, już w XIII wieku wynaleźli rakiety. Wykorzystywano je w fajerwerkach, robiąc duże wrażenie, a także jako flary, być może były też żywe rakiety, które służyły jako artyleria rakietowa. Z czasem technologia ta dotarła do Europy.
N. Kibalchich stał się odkrywcą nowego czasu, wynalazł schemat prototypowego samolotu z silnikiem odrzutowym. Był wybitnym wynalazcą i przekonanym rewolucjonistą, za co siedział w więzieniu. To właśnie w więzieniu przeszedł do historii, tworząc swój projekt. Po egzekucji za aktywną działalność rewolucyjną i wystąpienie przeciwko monarchii, jego wynalazek poszedł w zapomnienie na archiwalnych półkach. Jakiś czas później K. Ciołkowski był w stanie udoskonalić idee Kibalczicza, udowadniając możliwość eksploracji kosmosu poprzez ruch odrzutowy statków kosmicznych.
Później, podczas Wielkiego Wojna Ojczyźniana, pojawiły się słynne Katiusza, systemy artylerii rakiet polowych. Więc pieszczotliwe imię ludzie nieoficjalnie nazywali potężne instalacje, z których korzystały siły ZSRR. Nie wiadomo na pewno, w związku z czym broń otrzymała tę nazwę. Powodem tego była albo popularność piosenki Blantera, albo litera „K” na korpusie moździerza. Z czasem żołnierze pierwszej linii zaczęli nadawać przydomki innej broni, tworząc w ten sposób nową tradycję. Niemcy z kolei nazywali tę bojową wyrzutnię rakiet „organami Stalina” ze względu na jej wygląd, który przypominał instrument muzyczny i przenikliwy dźwięk wystrzeliwanych rakiet.
Świat warzyw
Z praw napędu odrzutowego korzystają również przedstawiciele fauny. Bardzo rośliny o takich właściwościach to rośliny jednoroczne i młodociane: kolczasty, petiolate czosnek, drażliwe serce, podwójnie nacięty pikulnik, trzyżyłkowa mehringia.
Ogórek kolczasty, inaczej ogórek wściekły, należy do rodziny dyniowatych. Ta roślina sięga duże rozmiary, ma gruby korzeń z szorstką łodygą i dużymi liśćmi. Rośnie na terytorium Azji Środkowej, Morza Śródziemnego, Kaukazu, jest dość powszechny na południu Rosji i Ukrainy. Wewnątrz owocu w okresie dojrzewania nasiona zamieniają się w śluz, który pod wpływem temperatury zaczyna fermentować i uwalniać gaz. Bliżej dojrzewania ciśnienie wewnątrz płodu może osiągnąć 8 atmosfer. Następnie przy lekkim dotknięciu owoc odrywa się od podstawy, a nasiona wraz z płynem wylatują z owocu z prędkością 10 m/s. Ze względu na możliwość strzelania na odległość 12 m roślina została nazwana „damskim pistoletem”.
Serce drażliwego jest rocznym szeroko rozpowszechnionym gatunkiem. Z reguły występuje w zacienionych lasach, wzdłuż brzegów rzek. Kiedyś w północno-wschodniej części Ameryki Północnej iw Afryka Południowa, pomyślnie osiedlił się. Drażliwe serce jest rozmnażane przez nasiona. Nasiona w drażliwym rdzeniu są małe, ważą nie więcej niż 5 mg, które są wyrzucane na odległość 90 cm Dzięki tej metodzie dystrybucji nasion roślina ma swoją nazwę.
Świat zwierząt
Napęd odrzutowy - ciekawostki o świecie zwierząt. U głowonogów ruch reaktywny zachodzi poprzez wodę wydychaną przez syfon, który zwykle zwęża się do małego otworu, aby uzyskać maksymalną prędkość wydechu. Woda przepływa przez skrzela przed wydechem, spełniając podwójny cel oddychania i poruszania się. Zające morskie, inaczej ślimaki, używają podobne środki ruchy, ale bez złożonego aparatu neurologicznego głowonogów poruszają się bardziej niezdarnie.
Niektóre rycerki wyewoluowały również napęd odrzutowy, przepuszczając wodę przez skrzela, aby uzupełnić napęd płetw.
U larw ważek moc bierną uzyskuje się poprzez wypieranie wody z wyspecjalizowanej jamy ciała. Przegrzebki i kardidy, syfonofory, tuniki (takie jak salpy) i niektóre meduzy również używają napędu odrzutowego.
Przez większość czasu przegrzebki spokojnie leżą na dnie, ale w razie niebezpieczeństwa szybko zamykają zawory w muszlach, dzięki czemu wypychają wodę. Ten mechanizm zachowania mówi również o zastosowaniu zasady przemieszczania strumienia. Dzięki niemu przegrzebki mogą unosić się w górę i przemieszczać na duże odległości, wykorzystując technikę otwierania-zamykania muszli.
Kałamarnica również wykorzystuje tę metodę, wchłaniając wodę, a następnie przepychając ją przez lejek z ogromną siłą, porusza się z prędkością co najmniej 70 km/h. Zbierając macki w jeden węzeł, ciało kałamarnicy tworzy opływowy kształt. Biorąc za podstawę taki silnik kałamarnicy, inżynierowie zaprojektowali armatkę wodną. Znajdująca się w nim woda jest zasysana do komory, a następnie wyrzucana przez dyszę. Więc statek zmierza do Odwrotna strona z wyrzucanego odrzutowca.
W porównaniu z kałamarnicami, salpy używają najbardziej wydajnych silników, zużywając o rząd wielkości mniej energii niż kałamarnice. Poruszając się, salpa wypuszcza wodę do otworu z przodu, a następnie wchodzi do szerokiej jamy, w której rozciągają się skrzela. Po łyku otwór się zamyka, a za pomocą kurczących się mięśni podłużnych i poprzecznych, które ściskają ciało, woda jest wyrzucana przez otwór od tyłu.
Najbardziej niezwykłym ze wszystkich mechanizmów ruchu jest zwykły kot. Marcel Desprez zasugerował, że ciało jest w stanie poruszać się i zmieniać swoje położenie nawet za pomocą samych sił wewnętrznych (bez odpychania się czy polegania na czymkolwiek), z czego można by wywnioskować, że prawa Newtona mogą być błędne. Dowodem jego przypuszczeń może być kot, który spadł z wysokości. Podczas upadku do góry nogami nadal wyląduje na wszystkich łapach, to już stało się swego rodzaju aksjomatem. Po szczegółowym sfotografowaniu ruchu kota mogliśmy zobaczyć wszystko, co robiła w powietrzu klatka po klatce. Widzieliśmy jej ruch łapą, co powodowało reakcję organizmu, obracanie się w kierunku przeciwnym do ruchu łapy. Postępując zgodnie z prawami Newtona, kot wylądował pomyślnie.
U zwierząt wszystko dzieje się na poziomie instynktu, człowiek z kolei robi to świadomie. Zawodowi pływacy, skacząc z wieży, mają czas, aby trzykrotnie obrócić się w powietrzu, a po zatrzymaniu obrotu prostują się pionowo i nurkują w wodzie. Ta sama zasada dotyczy gimnastyków w cyrkach powietrznych.
Bez względu na to, jak bardzo człowiek stara się prześcignąć naturę, ulepszając stworzone przez nią wynalazki, w każdym razie nie osiągnęliśmy jeszcze tej doskonałości technologicznej, kiedy samoloty mogły powtarzać działania ważki: unosić się w powietrzu, natychmiast cofać lub lecieć do strona. A wszystko to dzieje się z dużą prędkością. Być może jeszcze trochę czasu minie i samolot dzięki poprawkom na charakterystykę aerodynamiki i zdolności reaktywne ważek będzie mógł wykonywać ostre zakręty i stać się mniej podatny na warunki zewnętrzne. Zerkając z natury, człowiek może jeszcze wiele ulepszyć z korzyścią dla postępu technicznego.
W niebo wzbijają się wielotonowe statki kosmiczne wody morskie przezroczyste, galaretowate meduzy, mątwy i ośmiornice zręcznie manewrują – co mają ze sobą wspólnego? Okazuje się, że w obu przypadkach do poruszania się wykorzystywana jest zasada napędu odrzutowego. Właśnie temu tematowi poświęcony jest nasz dzisiejszy artykuł.
Zajrzyjmy do historii
Bardzo Pierwsze wiarygodne informacje o rakietach pochodzą z XIII wieku. Były używane przez Indian, Chińczyków, Arabów i Europejczyków w operacjach bojowych jako broń wojskowa i sygnałowa. Potem nastąpiły wieki niemal całkowitego zapomnienia tych urządzeń.
W Rosji pomysł wykorzystania silnika odrzutowego odrodził się dzięki pracy rewolucjonisty Narodnaja Wola Nikołaja Kibalczicza. Siedząc w królewskich lochach, rozwijał rosyjski projekt silnika odrzutowego i samolotu dla ludzi. Kibalchich został stracony, a jego projekt długie lata kurzem w archiwach carskiej bezpieki.
Otrzymano główne pomysły, rysunki i obliczenia tej utalentowanej i odważnej osoby dalszy rozwój w pracach K. E. Ciołkowskiego, który zaproponował wykorzystanie ich do komunikacji międzyplanetarnej. Od 1903 do 1914 opublikował szereg prac, w których przekonująco dowodzi możliwości wykorzystania napędu odrzutowego do eksploracji kosmosu oraz uzasadnia wykonalność wykorzystania rakiet wielostopniowych.
Wiele osiągnięć naukowych Ciołkowskiego jest nadal wykorzystywanych w nauce o rakietach.
rakiety biologiczne
Jak to się stało pomysł poruszania się, odpychając własny prąd strumieniowy? Być może, uważnie obserwując życie morskie, mieszkańcy stref przybrzeżnych zauważyli, jak to się dzieje w świecie zwierząt.
Na przykład, przegrzebek porusza się pod wpływem siły reakcji strumienia wody wyrzucanego ze skorupy podczas gwałtownego ściskania jego zaworów. Ale nigdy nie dotrzyma kroku najszybszym pływakom - kałamarnicom.
Ich ciała w kształcie rakiety pędzą ogonem do przodu, wyrzucając zmagazynowaną wodę ze specjalnego lejka. poruszają się na tej samej zasadzie, wyciskając wodę, kurcząc swoją przezroczystą kopułę.
Natura obdarzyła "silnikiem odrzutowym" i rośliną tzw „tryskający ogórek”. Kiedy jej owoce są w pełni dojrzałe, w odpowiedzi na najlżejsze dotknięcie wystrzeliwuje gluten wraz z nasionami. Sam płód jest wyrzucany w przeciwnym kierunku na odległość nawet 12 m!
Ani życie morskie, ani rośliny nie znają praw fizycznych leżących u podstaw tego sposobu poruszania się. Spróbujemy to ustalić.
Fizyczne podstawy zasady napędu odrzutowego
Zacznijmy od prostego eksperymentu. Napompuj gumową piłkę i bez wiązania puścimy do swobodnego lotu. Gwałtowny ruch piłki będzie trwał tak długo, jak długo wypływający z niej strumień powietrza będzie wystarczająco silny.
Aby wyjaśnić wyniki tego doświadczenia, powinniśmy zwrócić się do trzeciego prawa, które to stwierdza dwa ciała oddziałują na siebie siłami o równych wartościach i przeciwnych zwrotach. Dlatego siła, z jaką piłka działa na uciekające z niej strumienie powietrza, jest równa sile, z jaką powietrze odpycha piłkę od siebie.
Przenieśmy to rozumowanie na rakietę. Te urządzenia z dużą prędkością wyrzucają część swojej masy, w wyniku czego same otrzymują przyspieszenie w przeciwnym kierunku.
Z punktu widzenia fizyki, to proces ten jest jasno wyjaśniony przez prawo zachowania pędu. Pęd jest iloczynem masy ciała i jego prędkości (mv). Kiedy rakieta jest w spoczynku, jej prędkość i pęd wynoszą zero. Jeśli strumień strumienia zostanie z niego wyrzucony, to pozostała część, zgodnie z zasadą zachowania pędu, musi osiągnąć taką prędkość, aby całkowity pęd nadal był równy zeru.
Spójrzmy na formuły:
m sol v sol + m p v p = 0;
m g v g \u003d - m p v p,
Gdzie m g v g pęd wytworzony przez strumień gazów, m p v p pęd otrzymany przez rakietę.
Znak minus pokazuje, że kierunek ruchu rakiety i strumienia są przeciwne.
Urządzenie i zasada działania silnika odrzutowego
W technologii silniki odrzutowe napędzają samoloty, rakiety i umieszczają statki kosmiczne na orbicie. W zależności od przeznaczenia mają inne urządzenie. Ale każdy z nich ma zapas paliwa, komorę do jego spalania i dyszę, która przyspiesza strumień strumienia.
Automatyczne stacje międzyplanetarne są również wyposażone w przedział na instrumenty i kabiny z systemem podtrzymywania życia dla astronautów.
Nowoczesne rakiety kosmiczne to złożone, wielostopniowe statki powietrzne, które wykorzystują najnowsze osiągnięcia inżynierii. Po wystrzeleniu najpierw pali się paliwo w dolnym stopniu, po czym oddziela się od rakiety, zmniejszając jej całkowitą masę i zwiększając jej prędkość.
Następnie paliwo jest zużywane w drugim etapie itd. W końcu samolot zostaje sprowadzony na zadaną trajektorię i rozpoczyna samodzielny lot.
Pomarzymy trochę
Wielki marzyciel i naukowiec K. E. Ciołkowski dał przyszłym pokoleniom pewność, że silniki odrzutowe pozwolą ludzkości wyrwać się z ziemskiej atmosfery i polecieć w kosmos. Jego przewidywania się sprawdziły. Księżyc, a nawet odległe komety są z powodzeniem badane przez statki kosmiczne. 
W astronautyce stosowane są silniki na paliwo ciekłe. Używanie produktów ropopochodnych jako paliwa, ale prędkości, które można uzyskać za ich pomocą, są niewystarczające do bardzo długich lotów.
Być może Wy, nasi drodzy czytelnicy, będziecie świadkami lotów Ziemian do innych galaktyk pojazdami z silnikami jądrowymi, termojądrowymi lub jonowymi.
Jeśli ta wiadomość była dla Ciebie przydatna, chętnie się z Tobą spotkam
Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej
FGOU SPO „Perevozsky Construction College”
Praca pisemna
dyscyplina:
Fizyka
temat: Napęd odrzutowy
Zakończony:
Student
Grupy 1-121
Okunewa Alena
Sprawdzony:
PL Vineaminovna
Miasto Perewoz
2011
Treść:
- Wprowadzenie: Co to jest napęd odrzutowy…………………………………………………………………………………………………………..3
Zasada zachowania pędu………………………………………………………………….4
Zastosowanie napędu odrzutowego w przyrodzie…………………………..….…....5
Zastosowanie napędu odrzutowego w technice…….………………………..….….6
Napęd odrzutowy „Pocisk międzykontynentalny”…………..……………7
Fizyczne podstawy silnika odrzutowego..................... .................... 8
Klasyfikacja silników odrzutowych i cechy ich zastosowania……………………………………………………………………….………….…….9
Cechy projektowania i tworzenia statku powietrznego…..…10
Zakończenie……………………………………………………………………………………………….11
Spis wykorzystanej literatury………………………………..12
"Napęd odrzutowy"
Ruch odrzutowy - ruch ciała spowodowany oddzieleniem się od niego z określoną prędkością jakiejś jego części. Ruch strumienia jest opisany w oparciu o prawo zachowania pędu.
Napęd odrzutowy, który jest obecnie używany w samolotach, rakietach i pociskach kosmicznych, jest charakterystyczny dla ośmiornic, kałamarnic, mątw, meduz - wszystkie bez wyjątku wykorzystują reakcję (odrzut) wyrzucanego strumienia wody do pływania.
Przykłady napędu odrzutowego można znaleźć również w świecie roślin.
W krajach południowych rośnie roślina zwana „wściekłym ogórkiem”. Wystarczy lekko dotknąć dojrzałego owocu, podobnie jak ogórek, gdyż odbija się on od łodygi, a przez powstały w nim otwór płyn z nasionami wylatuje z prędkością do 10 m/s.
Same ogórki odlatują w przeciwnym kierunku. Strzela do wściekłego ogórka (inaczej nazywa się go „pistoletem damskim”) na odległość ponad 12 m.
„Prawo zachowania pędu”
W układzie zamkniętym suma wektorów impulsów wszystkich ciał wchodzących w skład układu pozostaje stała dla wszelkich interakcji ciał tego układu ze sobą.
To fundamentalne prawo natury nazywa się prawem zachowania pędu. Jest to konsekwencja drugiego i trzeciego prawa Newtona. Rozważmy dwa oddziałujące ze sobą ciała, które są częścią zamkniętego systemu.
Siły oddziaływania między tymi ciałami będą oznaczone przez i Zgodnie z trzecim prawem Newtona. Jeśli te ciała oddziałują w czasie t, to impulsy sił oddziaływania są identyczne pod względem wartości bezwzględnej i skierowane w przeciwnych kierunkach: Zastosujmy drugie prawo Newtona do tych ciał :
Ta równość oznacza, że w wyniku oddziaływania dwóch ciał ich całkowity pęd nie uległ zmianie. Rozważając teraz wszystkie możliwe oddziaływania par ciał wchodzących w skład układu zamkniętego, możemy stwierdzić, że siły wewnętrzne układu zamkniętego nie mogą zmienić jego całkowitego pędu, tj. sumy wektorowej pędów wszystkich ciał wchodzących w skład tego układu. Znaczne zmniejszenie masy startowej rakiety można osiągnąć stosującrakiety wielostopniowegdy stopnie rakiety rozdzielają się w miarę wypalania paliwa. Masy zbiorników zawierających paliwo, zużyte silniki, układy sterowania itp. są wyłączone z procesu późniejszego rozpędzania rakiety.Właśnie na ścieżce tworzenia ekonomicznych rakiet wielostopniowych rozwija się współczesna nauka o rakietach.
„Zastosowanie napędu odrzutowego w przyrodzie”
Napęd odrzutowy jest używany przez wiele mięczaków - ośmiornice, kalmary, mątwy. Na przykład mięczak przegrzebka morskiego porusza się do przodu z powodu siły reakcji strumienia wody wyrzucanego z muszli podczas gwałtownego ściskania jego zaworów.
Ośmiornica
Mątwa, podobnie jak większość głowonogów, porusza się w wodzie w następujący sposób. Wodę do jamy skrzelowej pobiera przez boczną szczelinę i specjalny lejek przed ciałem, a następnie energicznie wyrzuca przez lejek strumień wody. Mątwa kieruje rurkę lejka na bok lub do tyłu i szybko wyciskając z niej wodę, może poruszać się w różnych kierunkach.
Salpa jest zwierzęciem morskim o przezroczystym ciele; poruszając się, pobiera wodę przez przedni otwór, a woda wpływa do szerokiej jamy, wewnątrz której skrzela są rozciągnięte po przekątnej. Gdy tylko zwierzę weźmie duży łyk wody, dziura się zamyka. Następnie mięśnie podłużne i poprzeczne salpy kurczą się, całe ciało kurczy się, a woda jest wypychana przez tylny otwór. Reakcja wypływającego strumienia popycha salpę do przodu. Największym zainteresowaniem cieszy się silnik odrzutowy kałamarnicy. Kałamarnica jest największym bezkręgowcem zamieszkującym głębiny oceaniczne. Kałamarnice osiągnęły najwyższy poziom doskonałości w nawigacji odrzutowej. Mają nawet ciało, które kopiuje rakietę z jej zewnętrznymi formami. Znając prawo zachowania pędu, możesz zmienić własną prędkość poruszania się w otwartej przestrzeni. Jeśli jesteś na łodzi i masz ciężkie kamienie, rzucanie kamieniami w określonym kierunku przesunie cię w przeciwnym kierunku. To samo stanie się w kosmosie, ale do tego służą silniki odrzutowe.
„Zastosowanie napędu odrzutowego w technice”
Pod koniec pierwszego tysiąclecia naszej ery Chiny wynalazły napęd odrzutowy napędzający rakiety - bambusowe rurki wypełnione prochem strzelniczym, służyły też do zabawy. Jeden z pierwszych projektów samochodów był również z silnikiem odrzutowym i ten projekt należał do Newtona.
Autorem pierwszego na świecie projektu samolotu odrzutowego przeznaczonego do lotu człowieka był rosyjski rewolucjonista N.I. Kibalczicz. Został stracony 3 kwietnia 1881 roku za udział w zamachu na cesarza Aleksandra II. Swój projekt rozwijał w więzieniu po wyroku śmierci. Kibalchich napisał: „W więzieniu, na kilka dni przed śmiercią, piszę ten projekt. Wierzę w wykonalność mojego pomysłu i to przekonanie podtrzymuje mnie w mojej fatalnej sytuacji… Ze spokojem zmierzę się ze śmiercią, wiedząc, że mój pomysł nie umrze razem ze mną.
Pomysł wykorzystania rakiet do lotów kosmicznych został zaproponowany na początku naszego stulecia przez rosyjskiego naukowca Konstantina Eduardowicza Ciołkowskiego. W 1903 r. artykuł nauczyciela gimnazjum w Kałudze K.E. Ciołkowskiego „Badania przestrzeni świata za pomocą urządzeń odrzutowych”. Praca ta zawierała najważniejsze równanie matematyczne dla astronautyki, znane obecnie jako „wzór Ciołkowskiego”, opisujące ruch ciała o zmiennej masie. Następnie opracował schemat silnika rakietowego na paliwo ciekłe, zaproponował wielostopniową konstrukcję rakiety i wyraził pomysł możliwości stworzenia całych miast kosmicznych na orbicie okołoziemskiej. Pokazał, że jedynym aparatem zdolnym do pokonania grawitacji jest rakieta, tj. aparat z silnikiem odrzutowym wykorzystujący paliwo i utleniacz umieszczony na samym aparacie. Radzieckie rakiety jako pierwsze dotarły do Księżyca, okrążyły Księżyc i sfotografowały jego niewidoczną z Ziemi stronę, jako pierwsze dotarły do planety Wenus i dostarczyły instrumenty naukowe na jej powierzchnię. W 1986 roku dwa radzieckie statki kosmiczne „Vega-1” i „Vega-2” badały kometę Halleya z bliskiej odległości, zbliżając się do Słońca raz na 76 lat.
Napęd odrzutowy „Pocisk międzykontynentalny”
Ludzkość od zawsze marzyła o podróży w kosmos. Bardzo różne środki pisarze science fiction, naukowcy, marzyciele oferowali osiągnięcie tego celu. Ale przez wiele stuleci ani jeden naukowiec, ani jeden pisarz science fiction nie mógł wymyślić jedynego środka, jakim dysponuje człowiek, za pomocą którego można pokonać siłę grawitacji i polecieć w kosmos. K. E. Ciołkowski jest twórcą teorii lotów kosmicznych.
Po raz pierwszy marzenia i aspiracje wielu ludzi po raz pierwszy przybliżyć do rzeczywistości mógł rosyjski naukowiec Konstanty Eduardowicz Ciołkowski (1857-1935), który wykazał, że jedynym aparatem zdolnym do pokonania grawitacji jest rakieta. jako pierwszy przedstawił naukowy dowód na możliwość wykorzystania rakiety do lotu w przestrzeń kosmiczną, poza ziemską atmosferę i na inne planety Układ Słoneczny. Tsoilkovsky nazwał rakietę urządzeniem z silnikiem odrzutowym, który zużywa na nim paliwo i utleniacz.
Jak wiadomo z kursu fizyki, strzałowi z pistoletu towarzyszy odrzut. Zgodnie z prawami Newtona kula i pistolet rozleciałyby się w różnych kierunkach z tą samą prędkością, gdyby miały tę samą masę. Odrzucona masa gazów tworzy siłę reaktywną, dzięki której można zapewnić ruch zarówno w powietrzu, jak iw przestrzeni pozbawionej powietrza, tak powstaje odrzut. Im większą siłę odrzutu odczuwa nasz bark, tym większa masa i prędkość wypływających gazów, a co za tym idzie, im silniejsza reakcja działa, tym większa siła reakcji. Zjawiska te wyjaśnia prawo zachowania pędu:
suma wektorowa (geometryczna) impulsów ciał tworzących układ zamknięty pozostaje stała dla dowolnych ruchów i interakcji ciał układu.
Przedstawiona formuła Ciołkowskiego jest fundamentem, na którym opiera się cała kalkulacja współczesnych pocisków rakietowych. Liczba Ciołkowskiego to stosunek masy paliwa do masy rakiety pod koniec pracy silnika - do masy pustej rakiety.
Tym samym stwierdzono, że maksymalna osiągalna prędkość rakiety zależy przede wszystkim od prędkości wypływu gazów z dyszy. Z kolei prędkość gazów spalinowych dyszy zależy od rodzaju paliwa i temperatury strumienia gazu. Więc im wyższa temperatura, tym większa prędkość. Następnie dla prawdziwej rakiety musisz wybrać najbardziej kaloryczne paliwo, które daje największą ilość ciepła. Ze wzoru wynika, że prędkość rakiety zależy między innymi od masy początkowej i końcowej rakiety, od tego, jaka część jej ciężaru przypada na paliwo, a jaka na bezużyteczne (z punktu widzenia prędkości lotu) konstrukcje: ciało, mechanizmy itp. d.
Główny wniosek płynący z tego wzoru Ciołkowskiego na wyznaczenie prędkości rakiety kosmicznej jest taki, że w przestrzeni pozbawionej powietrza rakieta rozwinie się im większa prędkość, tym większa prędkość wypływu gazów i więcej numerów Ciołkowski.
„Fizyczne podstawy silnika odrzutowego”
Sercem nowoczesnych, potężnych silników odrzutowych różnych typów jest zasada bezpośredniej reakcji, tj. zasada tworzenia siły napędowej (lub ciągu) w postaci reakcji (odrzutu) strumienia „substancji roboczej” wypływającej z silnika, zwykle gorących gazów. We wszystkich silnikach zachodzą dwa procesy konwersji energii. Najpierw energia chemiczna paliwa jest zamieniana na energię cieplną produktów spalania, a następnie energia cieplna jest wykorzystywana do wykonania pracy mechanicznej. Takie silniki obejmują silniki tłokowe samochodów, lokomotyw spalinowych, turbin parowych i gazowych elektrowni itp. Po powstaniu gorących gazów w silniku cieplnym, zawierających dużą energię cieplną, energia ta musi zostać zamieniona na energię mechaniczną. W końcu silniki służą do wykonywania pracy mechanicznej, do „przesuwania” czegoś, do uruchamiania, nie ma znaczenia, czy jest to dynamo na zamówienie, aby uzupełnić rysunki elektrowni, diesla lokomotywa, samochód lub samolot. Aby energia cieplna gazów mogła zostać przekształcona w energię mechaniczną, ich objętość musi wzrosnąć. Przy takiej ekspansji gazy wykonują pracę, na którą wydatkowana jest ich energia wewnętrzna i cieplna.
Dysza strumieniowa może mieć różne kształty, a ponadto inną konstrukcję, w zależności od typu silnika. Najważniejsze jest prędkość, z jaką gazy wypływają z silnika. Jeśli ta prędkość wypływu nie przekracza prędkości, z jaką fale dźwiękowe rozchodzą się w wypływających gazach, to dysza jest prostym cylindrycznym lub zwężającym się odcinkiem rury. Jeżeli prędkość wypływu musi przekraczać prędkość dźwięku, wówczas dyszy nadaje się kształt rozszerzającej się rury lub najpierw zwężającej się, a następnie rozszerzającej (dysza Love'a). Tylko w tubie o takim kształcie, jak pokazuje teoria i doświadczenie, możliwe jest rozprowadzenie gazu do prędkości ponaddźwiękowych, przekroczenie „bariery dźwiękowej”.
„Klasyfikacja silników odrzutowych i cechy ich zastosowania”
Jednak ten potężny pień, zasada bezpośredniej reakcji, dała życie ogromnej koronie „drzewa genealogicznego” rodziny silników odrzutowych. Aby zapoznać się z głównymi gałęziami jego korony, zwieńczającymi „pień” bezpośredniej reakcji. Wkrótce, jak widać na rysunku (patrz poniżej), ten pień jest podzielony na dwie części, jakby rozdarty przez uderzenie pioruna. Oba nowe pnie są równie ozdobione potężnymi koronami. Podział ten nastąpił ze względu na fakt, że wszystkie „chemiczne” silniki odrzutowe dzielą się na dwie klasy, w zależności od tego, czy wykorzystują do swojej pracy powietrze atmosferyczne, czy też nie.
W bezsprężarkowym silniku innego typu, strumieniowym, nie ma nawet tej siatki zaworów, a ciśnienie w komorze spalania rośnie w wyniku działania ciśnienia dynamicznego, tj. spowolnienie nadlatującego strumienia powietrza wpływającego do silnika w locie. Oczywiste jest, że taki silnik jest w stanie pracować tylko wtedy, gdy samolot leci już z odpowiednio dużą prędkością, nie będzie rozwijał ciągu na parkingu. Ale z drugiej strony, przy bardzo dużej prędkości, 4-5 razy większej niż prędkość dźwięku, silnik strumieniowy rozwija bardzo duży ciąg i zużywa mniej paliwa niż jakikolwiek inny „chemiczny” silnik odrzutowy w tych warunkach. Dlatego silniki strumieniowe.
itp.................
