>>Fizica: propulsie cu reacție
Legile lui Newton ajută la explicarea unui fenomen mecanic foarte important - propulsie cu reacție.
Acesta este numele dat mișcării unui corp care are loc atunci când o parte a acestuia este separată de el cu orice viteză.
Să luăm, de exemplu, o minge de cauciuc pentru copii, să o umflem și să o eliberăm. Vom vedea că atunci când aerul începe să-l părăsească într-o direcție, mingea însăși va zbura în cealaltă. Aceasta este mișcarea reactivă.
Unii reprezentanți ai lumii animale se mișcă după principiul propulsiei cu reacție, precum calmarii și caracatițele. Aruncând periodic apa pe care o absorb, sunt capabili să atingă viteze de până la 60-70 km/h. Meduzele, sepia și câteva alte animale se mișcă în mod similar.
Exemple de propulsie cu reacție pot fi găsite și în lumea plantelor. De exemplu, fructele coapte ale unui castravete „nebun”, cu cea mai ușoară atingere, sar de pe tulpină și din gaura formată la locul tulpinii desprinse, un lichid amar cu semințe este aruncat cu forță, în timp ce castraveții înșiși zboară. oprit în direcția opusă.
Mișcarea reactivă care are loc atunci când apa este eliberată poate fi observată în următorul experiment. Se toarnă apă într-o pâlnie de sticlă conectată la un tub de cauciuc cu vârf în formă de L (Fig. 20). Vom vedea că atunci când apa începe să curgă din tub, tubul în sine va începe să se miște și să devieze în direcția opusă direcției de curgere a apei.
Zborurile se bazează pe principiul propulsiei cu reacție rachete. O rachetă spațială modernă este un avion foarte complex format din sute de mii și milioane de piese. Masa rachetei este enormă. Constă din masa fluidului de lucru (adică gazele fierbinți formate ca urmare a arderii combustibilului și emise sub formă de curent cu jet) și finalul sau, după cum se spune, „uscat”. ” masa rachetei rămasă după ejectarea fluidului de lucru din rachetă.
Masa „uscata” a unei rachete, la rândul ei, constă din masa structurii (adică, carcasa rachetei, motoarele și sistemul de control) și masa sarcinii utile (adică echipamentul științific, corpul rachetei). nave spațiale lansate pe orbită, echipajul și sistemul de susținere a vieții navei).
Pe măsură ce lichidul de lucru expiră, tancurile eliberate, părțile în exces ale carcasei etc. încep să încarce racheta cu încărcături inutile, ceea ce face dificilă accelerarea. Prin urmare, pentru a atinge viteze cosmice, se folosesc rachete compozite (sau cu mai multe etape) (Fig. 21). La început, numai blocurile din prima etapă 1 funcționează în astfel de rachete Când rezervele de combustibil din ele se epuizează, acestea sunt separate și a doua etapă 2 este pornită. după ce combustibilul din acesta este epuizat, acesta este, de asemenea, separat și a treia etapă 3 este pornită. Satelitul sau orice altă navă spațială situată în capul rachetei este acoperită cu un caren de cap 4, a cărui formă simplificată ajută la reducerea. rezistența aerului atunci când racheta zboară în atmosfera Pământului.
Atunci când un jet de gaz este aruncat dintr-o rachetă cu viteză mare, racheta însăși se repezi în direcția opusă. De ce se întâmplă asta?
Conform celei de-a treia legi a lui Newton, forța F cu care racheta acționează asupra fluidului de lucru este egală ca mărime și opusă ca direcție forței F” cu care fluidul de lucru acționează asupra corpului rachetei:
F" = F (12,1)
Forța F” (care se numește forță reactivă) accelerează racheta.
Trimis de cititorii de pe site-uri de internet
Biblioteca online cu manuale si carti, planuri de lectii pentru fizica clasa a VIII-a, descarca teste de fizica, carti si manuale conform planificarii calendarului de fizica clasa a VIII-a
Conținutul lecției notele de lecție sprijinirea metodelor de accelerare a prezentării lecției cadru tehnologii interactive Practica sarcini și exerciții ateliere de autotestare, instruiri, cazuri, întrebări teme pentru acasă întrebări de discuție întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini, grafice, tabele, diagrame, umor, anecdote, glume, benzi desenate, pilde, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole trucuri pentru pătuțurile curioși manuale dicționar de bază și suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment dintr-un manual, elemente de inovație în lecție, înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte planul calendaristic pentru anul recomandări metodologice programe de discuții Lecții integrateIntroducere…………………………………………………………………………………………….3
1. K.E Tsiolkovsky – fondatorul teoriei zborului spațial………..4
2. Motor cu reacție………………………………………………………..5
3. Proiectarea unei rachete balistice………………………………………………………7
3.1. Motor de rachete balistice…………………………………………..8
3.2. Pompe…………………………………………………………………………………………… 9
3.4. Alternativă la cârmele cu gaz……………………………………………………..10
4. Pad de lansare……………………………………………………………………..11
5. Calea de zbor……………………………………………………………………..12
6 . Concluzie…………………………………………………………………………………13
7. Lista literaturii utilizate:…………………………………………….14
8. Fişa de evaluare.……………………………………………………………..15
Introducere
Eu, elev de clasa a 9-a „B”, Dmitri Vyacheslavovich Egorov, vă prezint eseul meu pe tema: „Propulsie cu reacție. Rachete.” Cred că omenirea a visat întotdeauna să călătorească în spațiu. Cel mai mult mijloace diferite Pentru a atinge acest obiectiv, scriitorii - scriitori de science fiction, oameni de știință, visători - și-au propus. Dar, timp de multe secole, nici un om de știință sau un scriitor de science fiction nu a fost capabil să inventeze singurele mijloace de care dispune o persoană prin care se poate depăși forța gravitației și zbura în spațiu. De exemplu, eroul poveștii scriitorului francez Cyrano de Bergerac, scrisă în secolul al XVII-lea, a ajuns pe Lună aruncând un magnet puternic peste căruța de fier în care se afla. Trăsura s-a ridicat din ce în ce mai sus deasupra Pământului, atrasă de magnet, până a ajuns pe Lună, baronul Munchausen a spus că a urcat pe Lună de-a lungul unei tulpini de fasole.
Ţintă eseul meu este o cunoaștere a științei, care, la rândul său, se dezvoltă și astăzi și se creează modele mai noi de știință a rachetelor.
Subiect este foarte comun și interesant pentru studenți să studieze în acest moment.
Cred că eseul va fi cu adevărat de interes pentru mulți oameni, deoarece rachetele se află în arsenalul țării noastre și este, de asemenea, o siguranță comună împotriva atacului inamic.
1.K.E.Tsiolkovsky - fondatorul teoriei zborului spațial
Pentru prima dată, visul și aspirațiile multor oameni au fost aduse mai aproape de realitate de către omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), care a arătat că singurul aparat capabil să depășească gravitația este o rachetă, a prezentat pentru prima dată. dovada stiintifica posibilitatea de a folosi racheta pentru zboruri în spațiul cosmic, dincolo de atmosfera Pământului și către alte planete sistem solar. Tsiolkovsky a numit o rachetă un dispozitiv cu un motor cu reacție care folosește combustibilul și oxidantul de pe ea.
2. Motor cu reacție
Un motor cu reacție este un motor care poate transforma energia chimică a combustibilului în energie cinetică jet de gaz și, în același timp, dobândesc viteză în direcția opusă.
Pe ce principii și legi fizice se bazează funcționarea unui motor cu reacție?
După cum știți de la un curs de fizică, o lovitură de la o armă este însoțită de recul. Conform legilor lui Newton, glonțul și pistolul ar zbura separat laturi diferite cu aceeași viteză dacă ar avea aceeași masă. Masa ejectată de gaze creează o forță reactivă, datorită căreia se poate asigura mișcarea, atât în aer, cât și în spațiul fără aer, și astfel are loc recul. Cu cât este mai mare forța de recul pe care o simte umărul nostru, cu atât este mai mare masa și viteza gazelor care scapă și, prin urmare, cu cât reacția pistolului este mai puternică, cu atât forța reactivă este mai mare. Aceste fenomene sunt explicate prin legea conservării impulsului:
- suma vectorială (geometrică) a impulsurilor corpurilor care alcătuiesc un sistem închis rămâne constantă pentru orice mișcări și interacțiuni ale corpurilor sistemului.
Viteza maximă pe care o poate dezvolta o rachetă este calculată folosind formula Tsiolkovsky:
v max – viteza maximă a rachetei,
v 0 – viteza inițială,
v r – viteza fluxului de gaz din duză,
m – masa inițială a combustibilului,
M este masa rachetei goale.
Formula Tsiolkovsky prezentată este baza pe care se bazează întregul calcul al rachetelor moderne. Numărul Tsiolkovsky este raportul dintre masa combustibilului și masa rachetei la sfârșitul funcționării motorului - la greutatea rachetei goale.
Astfel, am constatat că viteza maximă realizabilă a rachetei depinde în primul rând de viteza fluxului de gaz din duză. Iar debitul gazelor duzei, la rândul său, depinde de tipul de combustibil și de temperatura jetului de gaz. Aceasta înseamnă că, cu cât temperatura este mai mare, cu atât viteza este mai mare. Apoi, pentru o rachetă adevărată, trebuie să selectați combustibilul cel mai bogat în calorii care oferă cel mai mare număr căldură. Formula arată că, printre altele, viteza rachetei depinde de masa inițială și finală a rachetei, de ce parte din greutatea acesteia este combustibil și ce parte este inutilă (din punct de vedere al vitezei de zbor) structuri: corp, mecanisme etc. d.
Concluzia principală a acestei formule Tsiolkovsky pentru determinarea vitezei unei rachete spațiale este că în spațiul fără aer, racheta se va dezvolta cu cât viteza este mai mare, cu atât viteza de ieșire a gazului este mai mare și număr mai mare Ciolkovski.
Să ne imaginăm în schiță generală o rachetă modernă cu rază ultra-lungă.
O astfel de rachetă trebuie să fie pe mai multe niveluri. Încărcătura de luptă este amplasată în cap, iar în spatele ei sunt amplasate dispozitive de control, tancuri și un motor. Greutatea de lansare a rachetei depășește greutatea încărcăturii utile de 100-200 de ori, în funcție de combustibil! Astfel, o rachetă adevărată ar trebui să cântărească câteva sute de tone, iar lungimea ei ar trebui să atingă cel puțin înălțimea unei clădiri cu zece etaje. O serie de cerințe sunt impuse pentru proiectarea rachetei. Deci, este necesar, de exemplu, ca forța de împingere să treacă prin centrul de greutate al rachetei. Racheta se poate abate de la cursul prevăzut sau chiar poate începe să se rotească dacă nu sunt îndeplinite condițiile specificate.
Restabili curs corect posibil cu ajutorul cârmelor. În aerul rarefiat, cârmele de gaz funcționează, deviând direcția jetului de gaz, propus de Ciolkovski. Cârmele aerodinamice funcționează atunci când o rachetă zboară în aer dens.
3. Proiectarea unei rachete balistice
3.1. Motor cu rachete balistice
Rachetele balistice moderne operează în principal pe motoare care utilizează combustibil lichid. Kerosenul, alcoolul, hidrazina și anilina sunt de obicei folosite ca combustibil, iar ca agenți oxidanți se folosesc acizii nitric și percloric, oxigenul lichid și peroxidul de hidrogen. Cei mai activi agenți oxidanți sunt fluorul și ozonul lichid, dar sunt rar utilizați datorită explozivității lor extreme.
Motor - cel mai mult element important rachete. Cel mai important element al motorului este camera de ardere și duza. În camerele de ardere, datorită faptului că temperatura de ardere a combustibilului atinge 2500-3500 ° C, în special materiale rezistente la căldură și metode complexe răcire. Materialele convenționale nu pot rezista la astfel de temperaturi.
3. Proiectarea unei rachete balistice
3.2. Pompe
Unitățile rămase sunt, de asemenea, foarte complexe. De exemplu, pompele care trebuie să furnizeze oxidant și combustibil la duzele camerei de ardere, aflate deja în racheta V-2, una dintre primele, au fost capabile să pompeze 125 kg de combustibil pe secundă.
În unele cazuri, în loc de butelii convenționale, se folosesc cilindri cu aer comprimat sau alt gaz care pot înlocui combustibilul din rezervoare și îl pot conduce în camera de ardere.
3. Proiectarea unei rachete balistice
3.3. Alternativă la volanele pe gaz
Cârmele cu gaz trebuie să fie realizate din grafit sau ceramică, deci sunt foarte fragile și casante, așa că designerii moderni încep să renunțe la utilizarea cârmelor cu gaz, înlocuindu-le cu mai multe duze suplimentare sau rotind cea mai importantă duză. Într-adevăr, la începutul zborului, la densitate mare aer, viteza rachetei este scăzută, deci cârmele controlează slab, iar acolo unde racheta capătă viteză mare, densitatea aerului este scăzută.
Pe o rachetă americană construită conform proiectului Avangard, motorul este suspendat pe balamale și poate fi deviat cu 5-7 DESPRE. Puterea fiecărei etape ulterioare și timpul său de funcționare sunt mai mici, deoarece fiecare treaptă a rachetei funcționează perfect. conditii diferite, care îi determină structura, astfel încât designul rachetei în sine poate fi mai simplu.
4. Pad de lansare
O rachetă balistică este lansată dintr-un dispozitiv special de lansare. De obicei, acesta este un catarg metalic ajurat sau chiar un turn, în jurul căruia racheta este asamblată bucată cu bucată de macarale. Secțiuni ale unui astfel de turn sunt situate vizavi de trapele de inspecție necesare pentru verificarea și depanarea echipamentelor. Turela se îndepărtează pe măsură ce racheta este alimentată.
5. Calea de zbor
Racheta pornește vertical și apoi încet începe să se încline și în curând descrie o traiectorie aproape strict eliptică. Cele mai multe Calea de zbor a unor astfel de rachete se află la o altitudine de peste 1000 km deasupra Pământului, unde practic nu există rezistență a aerului. Apropiindu-se de țintă, atmosfera începe să încetinească brusc mișcarea rachetei, în timp ce carcasa ei devine foarte fierbinte, iar dacă nu se iau măsuri, racheta se poate prăbuși și încărcarea ei poate exploda prematur.
6. Concluzie
Descrierea prezentată a unei rachete balistice intercontinentale este depășită și corespunde nivelului de dezvoltare a științei și tehnologiei din anii 60, dar din cauza accesului limitat la materialele științifice moderne, nu este posibil să se ofere o descriere exactă a funcționării unei rachete moderne. rachetă balistică intercontinentală cu rază ultra-lungă. În ciuda acestui fapt, lucrarea a evidențiat proprietățile generale inerente tuturor rachetelor. Lucrarea poate fi, de asemenea, interesantă pentru a mă familiariza cu istoria dezvoltării și utilizării rachetelor descrise, de asemenea, m-a ajutat să învăț mai multe despre știința rachetelor.
7. Lista referințelor
Deryabin V. M. Legile de conservare în fizică. – M.: Educație, 1982.
Gelfer Ya M. Legile de conservare. – M.: Nauka, 1967.
Corpul K. Lumea fără forme. – M.: Mir, 1976.
Enciclopedie pentru copii. – M.: Editura Academiei de Științe a URSS, 1959.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%E0%EA%E5%F2%E0
http://yandex.ru/yandsearch?text=%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0 %B5%20%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D1%80%D0%B0%D0%BA %D0%B5%D1%82%D1%8B&clid=2071982&lr=240
8. Fişa de evaluare
1. Cea mai simplă informație a fost dată despre utilizarea rachetelor pentru a afla cum și în ce constau acestea, a trebuit să se uite în materiale de carte; Lucrarea a fost ușoară și interesantă.
2. Susțin și știința precum fizica. Explică o mulțime de fenomene și, de asemenea, acesta este viitorul nostru... Eseul a ieșit grozav și totul este într-o formă de înțeles, astfel încât studenților să le placă foarte mult materialul.
Nave spațiale de mai multe tone se înalță spre cer și ape marii Meduzele transparente, gelatinoase, sepiele și caracatițele manevrează cu dibăcie - ce au în comun? Rezultă că în ambele cazuri se folosește principiul propulsiei cu reacție pentru deplasare. Acesta este subiectul căruia îi este dedicat articolul nostru de astăzi.
Să ne uităm în istorie
Cel mai mult Primele informații sigure despre rachete datează din secolul al XIII-lea. Au fost folosite de indieni, chinezi, arabi și europeni în luptă ca arme de luptă și semnalizare. Au urmat apoi secole de uitare aproape completă a acestor dispozitive.
În Rusia, ideea de a folosi un motor cu reacție a fost reînviată datorită muncii revoluționarului Nikolai Kibalchich. Stând în temnițele regale, el a dezvoltat un proiect rusesc al unui motor cu reacție și o aeronavă pentru oameni. Kibalcich a fost executat, și proiectul său de multi ani adunând praf în arhivele poliției secrete țariste.
S-au primit ideile principale, desenele și calculele acestui om talentat și curajos dezvoltare ulterioarăîn lucrările lui K. E. Tsiolkovsky, care a propus să le folosească pentru comunicațiile interplanetare. Din 1903 până în 1914, a publicat o serie de lucrări în care a dovedit în mod convingător posibilitatea utilizării propulsiei cu reacție pentru explorarea spațiului și a justificat fezabilitatea utilizării rachetelor cu mai multe etape.
Multe dintre dezvoltările științifice ale lui Tsiolkovsky sunt încă folosite în știința rachetelor până în prezent.
Rachete biologice
Cum a apărut? ideea de a vă deplasa împingând propriul curent cu jet? Poate că, observând îndeaproape viața marine, locuitorii de pe coastă au observat cum se întâmplă acest lucru în lumea animală.
De exemplu, scoică se deplasează datorită forței reactive a unui jet de apă aruncat din carcasă în timpul comprimării rapide a supapelor sale. Dar nu va ține niciodată pasul cu cei mai rapizi înotători - calmarii.
Corpurile lor în formă de rachetă se repezi cu coada mai întâi, aruncând apa depozitată dintr-o pâlnie specială. se mișcă după același principiu, stoarce apa prin contractarea cupolei lor transparente.
Natura a dotat o plantă numită „motor cu reacție” „castraveți stropiți”. Când fructele sale sunt complet coapte, ca răspuns la cea mai mică atingere, elimină glutenul cu semințe. Fructul în sine este aruncat în direcția opusă la o distanță de până la 12 m!
Nici locuitorii mării, nici plantele nu cunosc legile fizice care stau la baza acestei metode de mișcare. Vom încerca să ne dăm seama.
Baza fizică a principiului propulsiei cu reacție
În primul rând, să trecem la cea mai simplă experiență. Să umflam o minge de cauciucși, fără oprire, vă vom lăsa să zburați în voie. Mișcarea rapidă a mingii va continua atâta timp cât fluxul de aer care curge din ea este suficient de puternic.
Pentru a explica rezultatele acestui experiment trebuie să apelăm la cea de-a treia lege, care afirmă că două corpuri interacționează cu forțe egale ca mărime și opuse ca direcție.În consecință, forța cu care mingea acționează asupra jeturilor de aer care ies din ea este egală cu forța cu care aerul împinge mingea departe de sine.
Să transferăm aceste argumente într-o rachetă. Aceste dispozitive ejectează o parte din masa lor cu o viteză enormă, drept urmare ele însele primesc accelerație în direcția opusă.
Din punct de vedere al fizicii, asta procesul este explicat clar prin legea conservării impulsului. Momentul este produsul dintre masa unui corp și viteza acestuia (mv) În timp ce racheta este în repaus, viteza și impulsul său sunt zero. Dacă un curent cu jet este ejectat din acesta, atunci partea rămasă, conform legii conservării impulsului, trebuie să dobândească o astfel de viteză încât impulsul total să fie în continuare egal cu zero.
Să ne uităm la formule:
m g v g + m r v r =0;
m g v g =- m r v r,
Unde m g v g impulsul creat de jetul de gaze, m p v p impulsul primit de rachetă.
Semnul minus indică faptul că direcția de mișcare a rachetei și a curentului cu jet sunt opuse.
Proiectarea și principiul de funcționare a unui motor cu reacție
În tehnologie, motoarele cu reacție propulsează avioane, rachete și lansează nave spațiale pe orbită. În funcție de scopul lor, au dispozitive diferite. Dar fiecare dintre ele are o sursă de combustibil, o cameră pentru arderea sa și o duză care accelerează curentul cu jet.
Stațiile automate interplanetare sunt, de asemenea, echipate cu un compartiment pentru instrumente și cabine cu sistem de susținere a vieții pentru astronauți.
Rachetele spațiale moderne sunt avioane complexe, cu mai multe etape, care utilizează cele mai recente progrese în inginerie. După lansare, combustibilul din treapta inferioară arde mai întâi, după care se separă de rachetă, reducându-i masa totală și crescând viteza.
Apoi, combustibilul este consumat în a doua etapă etc. În cele din urmă, aeronava este lansată pe o traiectorie dată și își începe zborul independent.
Hai sa visam putin
Marele visător și om de știință K. E. Tsiolkovsky a oferit generațiilor viitoare încrederea că motoarele cu reacție vor permite omenirii să evadeze dincolo de atmosfera Pământului și să se grăbească în spațiu. Previziunea lui s-a adeverit. Luna și chiar cometele îndepărtate sunt explorate cu succes de nave spațiale. 
Motoarele cu reacție lichidă sunt folosite în astronautică. Folosind produse petroliere drept combustibil, dar vitezele care pot fi atinse cu ajutorul lor sunt insuficiente pentru zboruri foarte lungi.
Poate că voi, dragii noștri cititori, veți asista la zboruri ale pământenilor către alte galaxii pe dispozitive cu motoare nucleare, termonucleare sau ionice.
Dacă acest mesaj ți-a fost de folos, m-aș bucura să te văd
Conceptul de propulsie cu reacție și tracțiune cu jet
Propulsie cu reacție (din punct de vedere, exemple în natură)- mișcare care apare atunci când orice parte a acesteia este separată de corp la o anumită viteză.
Principiul propulsiei cu reacție se bazează pe legea conservării impulsului unui sistem mecanic izolat de corpuri:
Adică, impulsul total al unui sistem de particule este o valoare constantă. În absența influențelor externe, impulsul sistemului este nul și poate fi modificat din interior datorită împingerii jetului.
Jet Thrust (din punct de vedere al exemplelor din natură)- forța de reacție a particulelor separate, care se aplică în punctul centrului de evacuare (pentru o rachetă - centrul ieșirii duzei motorului) și este direcționată opus vectorului viteză al particulelor separate.
Masa fluidului de lucru (racheta)
Accelerația generală a fluidului de lucru
Debitul particulelor separate (gaze)
Consumul de combustibil la fiecare secundă
Exemple de propulsie cu reacție în natură neînsuflețită
Mișcarea cu jet poate fi găsită și în lumea plantelor. În țările din sud (și aici pe coasta Mării Negre) crește o plantă numită „castraveți nebuni”.
Numele latin al genului Ecballium provine din cuvântul grecesc care înseamnă „aruncă”, conform structurii fructului, care aruncă semințele.
Fructele castravetelui nebun sunt verzi-albăstrui sau verzi, suculente, alungite sau alungite-ovoide, lungi de 4-6 cm, lățime de 1,5-2,5 cm, perișoare, tocite la ambele capete, cu multe semințe (Figura 1). Semințele sunt alungite, mici, comprimate, netede, mărginite îngust, de aproximativ 4 mm lungime. Pe măsură ce semințele se coc, țesutul înconjurător se transformă într-o masă vâscoasă. În același timp, în fruct se formează multă presiune, în urma căreia fructul este separat de tulpină, iar semințele, împreună cu mucusul, sunt aruncate cu forță prin orificiul rezultat. Castraveții înșiși zboară în direcția opusă. Castravetele nebun (altfel numit „pistolul doamnelor”) trage la mai mult de 12 m (Fig. 2).
Exemple de propulsie cu reacție în regnul animal
Animale marine
Multe animale marine folosesc propulsia cu reacție pentru mișcare, inclusiv meduze, scoici, caracatițe, calmari, sepie, salpe și unele tipuri de plancton. Toate folosesc reacția unui flux de apă ejectat, diferența constă în structura corpului și, prin urmare, în metoda de absorbție și eliberare a apei.
Molusca scoici de mare (Fig. 3) se mișcă datorită forței reactive a unui curent de apă aruncat din coajă în timpul unei compresii puternice a supapelor sale. El folosește acest tip de mișcare în caz de pericol.
Sepie (Figura 4) și caracatițele (Figura 5) iau apă în cavitatea branhiale printr-o fantă laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă în mod energic un jet de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlnie în lateral sau în spate și, storcând rapid apa din el, se poate mișca în direcții diferite. Caracatitele, prin plierea tentaculelor peste cap, dau corpului lor o forma aerodinamica si isi pot controla astfel miscarea, schimbandu-i directia.
Caracatițele pot zbura chiar. Naturalistul francez Jean Verani a văzut cum o caracatiță obișnuită a accelerat într-un acvariu și a sărit brusc din apă pe spate. După ce a descris un arc lung de aproximativ cinci metri în aer, s-a aruncat înapoi în acvariu. Când a luat viteză pentru a sări, caracatița s-a mișcat nu numai din cauza propulsiei jetului, ci și a vâslit cu tentaculele sale.
Salpa (Fig. 6) este un animal marin cu corp transparent când se deplasează, primește apă prin deschiderea frontală, iar apa pătrunde într-o cavitate largă, în interiorul căreia branhiile sunt întinse în diagonală. Imediat ce animalul ia o înghițitură mare de apă, gaura se închide. Apoi mușchii longitudinali și transversali ai salpei se contractă, întregul corp se contractă și apa este împinsă afară prin deschiderea posterioară.
Calamari (Fig. 7). Țesut muscular- mantaua înconjoară corpul moluștei pe toate părțile, volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calmarului. Animalul aspiră apă în cavitatea mantalei și apoi aruncă brusc un curent de apă printr-o duză îngustă și se mișcă înapoi cu împingeri de mare viteză. În același timp, toate cele zece tentacule ale calmarului sunt adunate într-un nod deasupra capului său și capătă o formă simplă. Duza este echipată cu o supapă specială, iar mușchii o pot roti, schimbând direcția de mișcare. Motorul de calmar este foarte economic și poate atinge viteze de până la 60 - 70 km/h. Prin îndoirea tentaculelor strânse la dreapta, la stânga, în sus sau în jos, calmarul se întoarce într-o direcție sau alta. Deoarece un astfel de volan, în comparație cu animalul în sine, are o foarte dimensiuni mari, atunci mișcarea sa ușoară este suficientă pentru ca calmarul, chiar și la viteză maximă, să evite cu ușurință o coliziune cu un obstacol. Dar când trebuie să înoți rapid, pâlnia iese întotdeauna chiar între tentacule, iar calmarul se repezi cu coada mai întâi.
Inginerii au creat deja un motor similar cu motorul calmarului. Se numește tun cu apă. În ea, apa este aspirată în cameră. Și apoi este aruncat din el printr-o duză; vasul se deplasează în direcția opusă direcției de emisie a jetului. Apa este aspirată folosind un motor convențional pe benzină sau diesel (vezi Anexa).
Cel mai bun pilot dintre moluște este calmarul Stenoteuthis. Marinarii îl numesc „calamar zburător”. Alungă peștii cu atâta viteză încât sare adesea din apă, trecând peste suprafața lui ca o săgeată. El recurge la acest truc pentru a-și salva viața de prădători - ton și macrou. După ce a dezvoltat forța maximă a jetului în apă, calamarul pilot decolează în aer și zboară peste valuri mai mult de cincizeci de metri. Apogeul zborului unei rachete vii se află atât de sus deasupra apei, încât calmarii zburători ajung adesea pe punțile navelor oceanice. Patru până la cinci metri nu este o înălțime record la care se ridică calmarii pe cer. Uneori zboară chiar mai sus.
Cercetatorul englez de moluște Dr. Rees a descris în articol științific un calmar (numai 16 centimetri lungime), care, zburând o distanță considerabilă prin aer, a căzut pe podul iahtului, care s-a ridicat cu aproape șapte metri deasupra apei.
Se întâmplă ca o mulțime de calmari zburători să cadă pe navă într-o cascadă sclipitoare. Scriitorul antic Trebius Niger a povestit odată o poveste tristă despre o navă care s-ar fi scufundat sub greutatea calmarilor zburători care i-au căzut pe punte.
Insecte
Larvele de libelule se mișcă într-un mod similar. Și nu toate, ci larve de ape stătătoare (familia Rocker) și curgătoare (familia Cordulegaster), cu burtă lungă, care înoată activ, precum și larve de apă stătătoare cu burtă scurtă târâtoare. Larva folosește mișcarea cu jet mai ales în momentele de pericol pentru a se muta rapid în alt loc. Această metodă de mișcare nu asigură manevre precise și nu este potrivită pentru urmărirea prăzii. Dar larvele rocker nu urmăresc pe nimeni - ei preferă să vâneze din ambuscadă.
Intestinul posterior al larvei de libelule, pe lângă funcția sa principală, servește și ca organ de mișcare. Apa umple intestinul posterior, apoi este aruncată cu forță, iar larva se mișcă conform principiului mișcării jetului cu 6-8 cm.
tehnologia naturii de propulsie cu reacție
Aplicație
Această placă turnantă poate fi numită prima turbină cu jet de abur din lume.
rachetă chineză
Chiar și mai devreme, cu mulți ani înainte de Heron din Alexandria, China a inventat și ea motor cu reacție un dispozitiv ușor diferit, numit acum racheta cu artificii. Rachetele de artificii nu trebuie confundate cu omonimurile lor - rachete de semnal, care sunt folosite în armată și marina și sunt, de asemenea, lansate de sărbătorile naționale sub vuietul artificiilor de artilerie. Rachetele sunt pur și simplu gloanțe comprimate dintr-o substanță care arde cu o flacără colorată. Sunt trase din pistoale de calibru mare - lansatoare de rachete.
Rachetele sunt gloanțe comprimate dintr-o substanță care arde cu o flacără colorată. rachetă chineză Este un tub de carton sau metal, închis la un capăt și umplut cu o compoziție de pulbere. Când acest amestec este aprins, un flux de gaze care scapă cu viteză mare de la capătul deschis al tubului face ca racheta să zboare în direcția opusă direcției curentului de gaz. O astfel de rachetă poate decola fără ajutorul unui lansator de rachete. Un băț legat de corpul rachetei îi face zborul mai stabil și mai drept.
Artificii folosind rachete chinezești Locuitorii mării
În lumea animalelor:
Propulsia cu reacție se găsește și aici. Sepie, caracatițe și alte cefalopode nu au nici aripioare și nici o coadă puternică, dar nu înoată mai rău decât alții locuitorii mării. Aceste creaturi cu corp moale au un sac sau o cavitate destul de încăpătoare în corpul lor. Apa este atrasă în cavitate, iar apoi animalul împinge această apă afară cu mare forță. Reacția apei ejectate determină animalul să înoate în direcția opusă direcției curentului.
Caracatița este o creatură marine care folosește propulsia cu reacție Pisica care cade
Dar cel mai mult mod interesant mişcările erau demonstrate de un obişnuit pisică.
Acum aproximativ o sută cincizeci de ani, un fizician francez celebru Marcel Depres a declarat:
Dar știi, legile lui Newton nu sunt în întregime adevărate. Corpul se poate mișca cu ajutorul forțelor interne, fără să se bazeze pe nimic sau să se îndepărteze de nimic.
Unde sunt dovezile, unde sunt exemplele? – au protestat ascultătorii.
Vrei dovezi? Dacă vă rog. O pisică care cade accidental de pe acoperiș este o dovadă! Indiferent cum cade o pisică, chiar și cu capul în jos, cu siguranță va sta pe pământ cu toate cele patru labe. Dar o pisică care cade nu se bazează pe nimic și nu se îndepărtează de nimic, ci se întoarce rapid și cu dibăcie. (Rezistența aerului poate fi neglijată - este prea nesemnificativă.)
Într-adevăr, toată lumea știe asta: pisici, căzând; reușesc mereu să se ridice pe picioare.
Pisicile fac acest lucru instinctiv, dar oamenii pot face același lucru în mod conștient. Înotătorii care sar de pe o platformă în apă știu să efectueze o figură complexă - o triplă capotaie, adică se întorc de trei ori în aer, apoi se îndreaptă brusc, opresc rotația corpului și se scufundă în apă. o linie dreaptă.
Aceleași mișcări, fără interacțiune cu niciun obiect străin, pot fi observate în circ în timpul performanței acrobaților - gimnaste aeriene.
Performanță de acrobați - gimnaste de trapez Pisica care cădea a fost fotografiată cu o cameră de film și apoi pe ecran au examinat, cadru cu cadru, ce face pisica când zboară în aer. S-a dovedit că pisica își învârtea repede laba. Rotirea labei provoacă o mișcare de răspuns - o reacție a întregului corp și se întoarce în direcția opusă mișcării labei. Totul se întâmplă în strictă conformitate cu legile lui Newton și datorită lor pisica se ridică în picioare.
Același lucru se întâmplă în toate cazurile în care o ființă vie, fără niciuna motiv aparentîși schimbă mișcarea în aer.
Barcă cu reacție
Inventatorii au avut o idee, de ce să nu adopte metoda lor de înot de la sepie. Au decis să construiască o navă autopropulsată cu motor cu reacție. Ideea este cu siguranță fezabilă. Adevărat, nu a existat încredere în succes: inventatorii se îndoiau dacă așa ceva se va întâmpla barca cu reacție mai bine decât un șurub obișnuit. A fost necesar să se facă un experiment.
Barcă cu reacție - navă autopropulsată cu motor cu reacție Au ales un vechi remorcher cu abur, i-au reparat corpul, au scos elicele și au instalat o pompă cu jet de apă în sala motoarelor. Această pompă pompa apa de mare și printr-o țeavă o împingea în spatele pupei cu un jet puternic. Aburul plutea, dar tot s-a mișcat mai lent decât aburul cu șurub. Și acest lucru se explică simplu: o elice obișnuită se rotește în spatele pupei, neconstrâns, doar cu apă în jurul ei; Apa din pompa cu jet de apă era condusă de aproape exact același șurub, dar nu se mai rotea pe apă, ci într-o țeavă strânsă. S-a produs frecarea jetului de apă de pereți. Frecarea a slăbit presiunea jetului. Un vapor cu aburi cu propulsie cu jet de apă naviga mai lent decât unul cu propulsie cu șurub și consuma mai mult combustibil.
Cu toate acestea, nu au abandonat construcția unor astfel de aburi: aveau avantaje importante. O barcă echipată cu elice trebuie să stea adânc în apă, altfel elicea va spuma inutil apa sau va învârti în aer. Prin urmare, vapoarele cu abur cu șurub se tem de adâncimi și rupturi nu pot naviga în apă puțin adâncă. Iar aburii cu jet de apă pot fi construite cu tiraj redus și cu fundul plat: nu au nevoie de adâncime - acolo unde se duce barca, va merge vaporul cu jet de apă.
Primele bărci cu jet de apă din Uniunea Sovietică au fost construite în 1953 la șantierul naval Krasnoyarsk. Sunt proiectate pentru râuri mici în care bărcile obișnuite cu aburi nu pot naviga.
Inginerii, inventatorii și oamenii de știință au început să studieze propulsia cu reacție mai ales când arme de foc. Primele pistoale - tot felul de pistoale, muschete și pistoale autopropulsate - au lovit o persoană cu putere în umăr la fiecare lovitură. După câteva zeci de focuri, umărul a început să doară atât de tare, încât soldatul nu a mai putut ținti. Primele tunuri – scârțâituri, unicorni, cuverine și bombarde – au sărit înapoi când au fost trase, astfel încât s-a întâmplat să schilodeze trăgătorii de artilerie dacă nu au avut timp să se ferească și să sară în lateral.
Recul pistolului a interferat cu tragerile precise, deoarece pistolul a tresărit înainte ca ghiulele sau grenada să părăsească țeava. Acest lucru a aruncat conducerea. Tragerea s-a dovedit a fi fără scop.
Trage cu arme de foc Inginerii de artizanat au început să combată recul cu mai bine de patru sute cincizeci de ani în urmă. În primul rând, trăsura a fost echipată cu un brăzdar, care s-a prăbușit în pământ și a servit drept suport puternic pentru pistol. Apoi s-au gândit că, dacă pistolul este susținut corespunzător din spate, astfel încât să nu fie unde să se rostogolească, atunci recul ar dispărea. Dar a fost o greșeală. Legea conservării impulsului nu a fost luată în considerare. Pistoalele au spart toate suporturile, iar trăsurile au devenit atât de libere încât pistolul a devenit nepotrivit pentru munca de luptă. Atunci inventatorii și-au dat seama că legile mișcării, ca orice lege ale naturii, nu pot fi refăcute în felul lor, ele pot fi „depășite” doar cu ajutorul științei - mecanică.
Ei au lăsat un deschizător relativ mic la cărucior pentru sprijin și au așezat țeava tunului pe o „sanie”, astfel încât doar o țeavă să se rostogolească, și nu întregul pistol. Butoiul era conectat la un piston al compresorului, care se mișcă în cilindrul său în același mod ca un piston al unui motor cu abur. Dar în cilindrul unui motor cu abur există abur, iar într-un compresor cu pistol există ulei și un arc (sau aer comprimat).
Când țeava pistolului se rostogolește înapoi, pistonul comprimă arcul. În acest moment, uleiul este forțat prin găuri mici din pistonul de pe cealaltă parte a pistonului. Are loc o frecare puternică, care absoarbe parțial mișcarea cilindrului de rulare, făcându-l mai lent și mai fin. Apoi arcul comprimat se îndreaptă și readuce pistonul și odată cu el și țeava pistolului loc vechi. Uleiul apasă pe supapă, o deschide și curge liber înapoi sub piston. În timpul tragerii rapide, țeava pistolului se mișcă aproape continu înainte și înapoi.
Într-un compresor de pistol, recul este absorbit prin frecare.
Frână de gură
Când puterea și raza de acțiune a armelor au crescut, compresorul nu a fost suficient pentru a neutraliza recul. A fost inventat pentru a-l ajuta frână de gură.
Frâna de gură este doar o țeavă scurtă de oțel montată la capătul țevii și servește drept continuare. Diametrul său este mai mare decât diametrul țevii și, prin urmare, nu interferează în niciun fel cu proiectilul care zboară din țevi. Mai multe găuri alungite sunt tăiate în jurul circumferinței pereților tubului.
Frână de gură - reduce recul armei de foc Gazele pulbere care zboară din țeava pistolului în urma proiectilului diverg imediat în lateral, iar unele dintre ele cad în găurile frânei de gură. Aceste gaze lovesc cu mare forță pereții găurilor, sunt respinse de ele și zboară afară, dar nu înainte, ci ușor înclinate și înapoi. În același timp, ei apăsă înainte pe pereți și îi împing, iar odată cu ei toată țeava armei. Ele ajută monitorul de incendiu, deoarece tind să facă țeava să se rostogolească înainte. Și în timp ce erau în țeavă, au împins pistolul înapoi. Frâna de gură reduce și atenuează semnificativ recul.
Alți inventatori au luat o cale diferită. În loc să lupte mișcarea reactivă a țeviiși încearcă să-l stingă, au decis să folosească derularea armei cu efect bun. Acești inventatori au creat multe tipuri de arme automate: puști, pistoale, mitraliere și tunuri, în care recul servește la ejectarea cartușului uzat și la reîncărcarea armei.
Artilerie cu rachete
Nu trebuie să lupți deloc cu recul, dar folosește-l: la urma urmei, acțiunea și reacția (recul) sunt echivalente, egale în drepturi, egale ca amploare, așa că acţiunea reactivă a gazelor pulbere, în loc să împingă țeava pistolului înapoi, trimite proiectilul înainte spre țintă. Așa a fost creat artilerie cu rachete. În ea, un flux de gaze lovește nu înainte, ci înapoi, creând o reacție direcționată înainte în proiectil.
Pentru pistol-rachetă butoiul scump și greu se dovedește a fi inutil. O țeavă de fier mai ieftină și simplă funcționează perfect pentru a direcționa zborul proiectilului. Puteți face deloc fără țeavă și faceți proiectilul să alunece de-a lungul a două șipci metalice.
În designul său, un proiectil de rachetă este similar cu o rachetă de artificii, este doar mai mare ca dimensiune. În partea capului, în loc de compoziția pentru culoare scânteietor se pune o sarcină explozivă de mare putere distructivă. Mijlocul proiectilului este umplut cu praf de pușcă, care, atunci când este ars, creează un flux puternic de gaze fierbinți care împinge proiectilul înainte. În acest caz, arderea prafului de pușcă poate dura o parte semnificativă a timpului de zbor și nu doar perioada scurtă de timp în care un proiectil obișnuit avansează în țeava unui pistol obișnuit. Lovitura nu este însoțită de un sunet atât de puternic.
Artileria cu rachete nu este mai tânără decât artileria obișnuită și poate chiar mai veche: cărțile antice chineze și arabe scrise cu mai bine de o mie de ani în urmă raportează despre utilizarea rachetelor în luptă.
În descrierile bătăliilor din vremuri ulterioare, nu, nu și se va menționa rachetele de luptă. Când trupele britanice au cucerit India, războinicii indieni cu rachete, cu săgețile lor cu coadă de foc, i-au îngrozit pe invadatorii britanici care le-au înrobit patria. Pentru britanici la acea vreme, armele cu reacție erau o noutate.
Grenade-rachetă inventate de general K. I. Constantinov, curajoșii apărători ai Sevastopolului în anii 1854-1855 au respins atacurile trupelor anglo-franceze.
Rachetă
Uriașul avantaj față de artileria convențională - nu era nevoie să purtați tunuri grele - a atras atenția liderilor militari asupra artileriei cu rachete. Dar un dezavantaj la fel de major a împiedicat îmbunătățirea acestuia.
Faptul este că sarcina de propulsie, sau, după cum se spunea, sarcina de forță, putea fi făcută doar din pulbere neagră. Iar pulberea neagră este periculos de manevrat. S-a întâmplat că în timpul producției rachete propulsorul a explodat și muncitorii au murit. Uneori, racheta a explodat la lansare, ucigând tunerii. Fabricarea și folosirea unor astfel de arme era periculoasă. De aceea nu s-a răspândit.
Lucrările începute cu succes nu au dus însă la construcția unei nave spațiale interplanetare. Fasciștii germani au pregătit și au declanșat un război mondial sângeros.
Rachetă
Neajunsurile în producția de rachete au fost eliminate de designerii și inventatorii sovietici. În timpul Marelui Războiul Patriotic au dat armatei noastre arme excelente de rachete. Au fost construite mortare de gardă - au fost inventate "Katyusha" și RS ("eres") - rachete.
Rachetă În ceea ce privește calitatea, artileria sovietică de rachete a depășit toate modelele străine și a provocat pagube enorme inamicilor.
Apărând Țara Mamă, poporul sovietic a fost forțat să pună în slujba apărării toate realizările tehnologiei rachetelor.
În statele fasciste, mulți oameni de știință și ingineri, chiar înainte de război, dezvoltau intens proiecte pentru arme inumane de distrugere și ucidere în masă. Acest lucru l-au considerat scopul științei.
Aeronavă cu conducere autonomă
În timpul războiului, inginerii lui Hitler au construit câteva sute aeronave cu conducere autonomă: proiectile V-1 și rachete V-2. Acestea erau scoici în formă de trabuc, lungi de 14 metri și diametrul de 165 de centimetri. Trabucul mortal cântărea 12 tone; din care 9 tone combustibil, 2 tone carcasă și 1 tonă explozivi. „V-2” a zburat cu viteze de până la 5.500 de kilometri pe oră și se putea ridica la o înălțime de 170-180 de kilometri.
Aceste mijloace de distrugere nu diferă în ceea ce privește precizia loviturilor și erau potrivite doar pentru a trage în ținte atât de mari precum orașele mari și dens populate. Fasciștii germani au produs V-2 la 200-300 de kilometri de Londra în credința că orașul este mare - ar lovi undeva!
Este puțin probabil ca Newton să-și fi imaginat că experiența sa plină de spirit și legile mișcării pe care le-a descoperit vor sta la baza armelor create de furia bestială față de oameni, iar blocuri întregi din Londra s-ar transforma în ruine și s-ar transforma în mormintele oamenilor capturați de către oameni. raid al orbilor „FAU”.
Nave spațiale
Timp de multe secole, oamenii au prețuit visul de a zbura în spațiul interplanetar, de a vizita Luna, Marte misterios și Venus înnorat. Pe această temă au fost scrise multe romane științifico-fantastice, romane și nuvele. Scriitorii și-au trimis eroii pe cer pe lebede antrenate, baloane, în obuze de tun sau într-un alt mod incredibil. Cu toate acestea, toate aceste metode de zbor s-au bazat pe invenții care nu aveau suport în știință. Oamenii credeau doar că într-o zi vor putea părăsi planeta noastră, dar nu știau cum vor putea face acest lucru.
Minunat om de știință Konstantin Eduardovici Ciolkovskiîn 1903 pentru prima dată a dat baza științifică ideii de călătorie în spațiu. A demonstrat că oamenii pot părăsi globul și vehicul o rachetă va servi pentru aceasta, deoarece o rachetă este singurul motor care nu are nevoie de niciun suport extern pentru mișcarea sa. De aceea rachetă capabil să zboare în spațiu fără aer.
Omul de știință Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky a demonstrat că oamenii pot părăsi globul pe o rachetă În ceea ce privește structura sa, nava spațială ar trebui să fie similară cu o rachetă, doar în capul său va exista o cabină pentru pasageri și instrumente, iar restul spațiului va fi ocupat de o sursă de amestec combustibil și un motor.
Pentru a da nava viteza dorită, este necesar un combustibil adecvat. Praful de pușcă și alți explozivi nu sunt în niciun caz potriviti: ambele sunt periculoase și ard prea repede, nefiind o mișcare pe termen lung. K. E. Tsiolkovsky a recomandat utilizarea combustibilului lichid: alcool, benzină sau hidrogen lichefiat, arderea într-un curent oxigen pur sau un alt agent oxidant. Toată lumea a recunoscut corectitudinea acestui sfat, pentru că nu cunoșteau cel mai bun combustibil în acel moment.
Prima rachetă cu combustibil lichid, cântărind șaisprezece kilograme, a fost testată în Germania pe 10 aprilie 1929. Racheta experimentală a decolat în aer și a dispărut din vedere înainte ca inventatorul și toți cei prezenți să poată urmări unde a zburat. Nu a fost posibil să găsim racheta după experiment. Data viitoare, inventatorul a decis să „depășească” racheta și a legat de ea o frânghie lungă de patru kilometri. Racheta a decolat, trăgându-și coada de frânghie în spatele ei. Ea a scos doi kilometri de frânghie, a rupt-o și și-a urmat predecesorul într-o direcție necunoscută. Și nici acest fugar nu a putut fi găsit.
