Что называют реактивным движением
Реактивное движение
История реактивного движения
Реактивное перемещение — это движение тела, которое возникает благодаря отделению некоторой его части (массы) с определенной скоростью относительно него.
Самыми ранними упоминаниями о реактивном движении считаются записи древнегреческого механика и математика Герона.
На практике примеры реактивного движения появились еще в Китае в XII веке. Китайцы в это время решили заимствовать принцип такого движения для первых ракет у каракатиц и осьминогов.
Естественно, что первые описанные ракеты условно с реактивным движением были по конструкции простыми и несколько столетий оставались в стагнации.
Истинным и главным первооткрывателем реактивного движения называют российского революционера Николая Кибальчина. Он, находясь в заключении в царской тюрьме, создавал собственный проект по созданию реактивного двигателя.
После казни Николая Кибальчина, работы революционера дополнил ученый Циолковский. Ученый несколько лет писал ряд трудов, где он доказывал возможность использования реактивного движения для космических ракет.
Физические основы реактивного движения
В основе реактивного движения лежит закон сохранения импульса.
Закон сохранения импульса — это сумма импульсов всех тел, которые входят в данную замкнутую систему и остаются постоянной при любых взаимодействиях этих всех тел между собой внутри этой системы.
Данный закон является следствием из второго и третьего законов Ньютона.
Также реактивное движение тесно связано с реактивной тягой.
Реактивная тяга — это такая сила, которая возникает из сопла летательного аппарата в результате истечения газов с определенной скоростью.
Знание закона сохранения импульса позволяет изменять скорость перемещения тела. К примеру, если человек при движении в лодке будет бросать камни в определенную сторону, то движение лодки будет осуществляться в противоположном направлении. В космическом пространстве закон сохранения импульса не пропадает. Для изменения направления движения используют реактивные двигатели.
Формула, описывающая реактивное движение:
Особенность реактивного движения заключается в том, что в результате взаимодействия между собой частей системы, в которой возникает движение, без какого-либо взаимодействия с внешними телами.
Сила, сообщая ускорение телу, возникает за счет взаимодействия этих тел с землей, воздухом или водой.
Движение тела можно получить, например, с помощью вытекании струи жидкости или газа.
Реактивное движение в технике используется в автомобилестроении, в речном транспорте, в военном деле, в космонавтике и авиации.
Законы Ньютона в реактивном движении
Законы Ньютона в нашей жизни описывают механизмы гравитации и то, что происходит с телами при движении.
Второй закон Ньютона объясняет, что сила движущегося тела зависит от его массы и ускорения (изменения скорости движения). Получается, по второму закону Ньютона, чтобы создать ракету большой мощности, нужно, чтобы она постоянно выпускала большое количество высокоскоростной энергии.
Третий закон Ньютона гласит, что на действие будет равная по силе, но противоположная сила будет противодействием. В природе и технике реактивные двигатели работают по этим законам. В случае с реактивным двигателем ракеты сила действия будет вылетать из выхлопной трубы. Противодействием будет являться толчок ракеты вперед. Именно сила выбросов толкает ракету вверх. В космическом пространстве, где ракета практически не имеет веса, даже незначительная работа реактивных двигателей будет способна большую ракету быстро лететь вперед.
Как устроена ракета
В качестве примера рассмотрим ракету «Союз-У».
Схема устройства ракеты:
Для преодоления земного притяжения необходимо большое количество топлива, при этом нужно учесть, что чем больше топлива в ракете, тем больше его масса. Поэтому для уменьшения массы ракеты их строят многоступенчатыми. Каждая ступень рассматривается как отдельная ракета с собственным запасом топлива и ракетным двигателем. Каждая ступень легче и меньше предыдущей.
Первая ступень космической ракеты самая большая. Данная ступень самая мощная, именно она открывает ракету от Земли.
Вторая ступень называется разгонной, так как именно она разгоняет ракету до первой космической скорости, которой достаточно для выхода на околоземную орбиту.
Следующие ступени ракеты также нужны для набора скорости, чтобы вывести ее на орбиту.
Последняя ступень ракеты предназначена для маневрирования и доставки космонавтов и полезного груза к месту назначения.
Примеры реактивного движения в природе
В природе, в основном, реактивное движение присутствуют у животных, обитающих в водной среде.
Многие морские животные для передвижения используют реактивное движение.
Среди этих животных:
Все эти животные используют реакцию выбрасываемой струи воды.
В качестве примера можно рассмотреть каракатиц и осьминогов. Они забирают воду в жаберную полость, а затем выбрасывают энергично струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки назад или в бок и, выдавливая из нее воду, может быстро двигаться в разные стороны. Осьминоги придают своему телу обтекаемую форму, благодаря складыванию щупальцев над головой, и могут таким образов управлять своим движением.
Большинство медуз пользуются реактивным способом движения, выталкивая воду из полости своего зонтика.
Некоторые представители насекомых также используют для перемещения реактивное движение. Так, например, личинки стрекоз длиннобрюхие используют реактивное движение в минуту опасности. Данные личинки используют свою заднюю кишку. Они наполняют ее водой, затем силой выбрасывают ее, тем самым личинка перемещается по принципу реактивного движения.
Историческая справка
Различные механизмы на основе рассматриваемого физического явления начали возникать давно. Стоит выделить некоторые моменты:
Тогда казалось, что работы по развитию теории и практики движения замерли. Но в XIX веке случился настоящий прорыв, который связывают с общим развитием физики как науки в практическом и теоретическом плане.
Явление в новейшем времени
Лавры открывателя реактивного движения в природе и технике иногда присваивают талантливому изобретателю и революционеру Николаю Кибальчичу. Собственный проект двигателя и летательного аппарата, предшествующего появлению самолета, он смог основать, когда отбывал тюремное заключение. В итоге Кибальчич был казнен за революционные действия, а проект осел на полках царских охранных органов.
Работы Кибальчича, какие могли использоваться в указанном направлении, открыты и дополнены с помощью трудов великого ученого Константина Циолковского.
В период с 1903 по 1914 год он опубликовал значительную часть работ с доказательствами реальной возможности применения реактивного передвижения для постройки космических устройств по исследованию межзвездных пространств.
Также Циолковским сформулирован принцип создания ракет. В настоящее время ряд идей Циолковского применяется для решения задач в плане ракетостроения.
Природные примеры движения
Наглядно формулы реактивного движения на практике можно увидеть в природе. Наиболее ярко в этом плане выделяют некоторых морских обитателей:
В природе также встречаются обладатели естественных реактивных двигателей. Одним из таких является бешеный огурец. При созревании плодов даже при легком касании он стреляет клейковиной с семенами.
Закон и уравнение
Важно разобрать суть такого движения и дать ему грамотное определение, так как от этого зависит дальнейшее рассмотрение физических явлений в науке.
Есть достаточно простой способ, с помощью которого можно наглядно продемонстрировать это явление. Обычный шарик надувают воздухом и сразу выпускают. Действие будет развиваться стремительно до момента, когда полностью уйдет запас воздуха. Объяснение кроется в третьем законе Ньютона. Согласно ему, два тела взаимодействуют между собой с равными по значению и противоположными по направлению силами.
Сила, действующая на выходящие потоки воздуха, и сила отталкивания шарика равняются между собой. Аналогично действует ракета, выбрасывая на высокой скорости часть собственной массы. Притом наблюдается сильное ускорение в другом направлении.
С помощью физики можно объяснить реактивное движение законом о сохранении импульса (произведение массы тела и скорости). Ракета в покое имеет импульс и скорость в нулевых значениях. При выбросе реактивной струи оставшаяся часть по закону сохранения импульса приобретает ту скорость, когда суммарный импульс равняется нулю.
В целом такое движение возможно описывать следующим уравнением: m s v s +m р v р =0 m s v s =-m р v s, где m s v s — импульс воссоздаваемой струей газов, m р v р — импульс, создающийся ракетой.
Знак минус показывает, что направление движения ракеты и сила движения струи лежат в разных плоскостях.
Техническая область
Для новейшей техники указанное движение играет значительную роль, поскольку реактивные двигатели способны привести в движение различные конструкции, от самолетов до кораблей. Хотя непосредственно конструкция двигателя может значительно отличаться по сравнению с конкурентами, в каждом должен лежать один из элементов:
Циолковским было рекомендовано задействовать спирт, бензин или водород. Они горят в чистом кислороде или ином окислителе. Это приняли все, поскольку лучшего варианта на тот момент не было. Первая ракета весом в 16 килограммов испытана в 1929 году в Германии. Опытный образец улетел в воздух и скрылся из вида до того, как можно было бы отследить траекторию: поиски были безуспешны. Нужно было думать над доработкой модели.
Вторая попытка сопровождалась небольшой хитростью. К ракете привязали веревку длиной в 4 километра. Взвившись, ракета вытянула половину веревки и улетела в неизвестном направлении. Поиски также оказались безрезультатны. Первая успешная попытка запуска ракеты на жидком топливе осуществилась 17 августа 1933 года. После запуска ракета она пролетела положенные километры и успешно села. В действии подтвердились законы Ньютона. В дальнейшем успешное применение летательных объектов продолжилось.
Рассматриваемое движение успешно применяется в ракетостроении и физике в целом. Даже природа показывает, насколько обширно его применение.
Что называют реактивным движением
Учебник Физика 7 класс Кривченко И.В., размещённый в этой рубрике, включён в федеральный перечень учебников в соответствии с ФГОС. Учебник в цветном полиграфическом исполнении с твёрдым переплетом объёмом 150 страниц вышел из печати в июле 2015 г. в пятом издании. Учебник физики 7 класса рассчитан на 2 урока в неделю и содержит 6 тем курса физики, которые перечислены ниже.
Физика. Физическая величина. Измерение физических величин.
Цена делений шкалы прибора. Погрешность прямых и косвенных измерений.
Формулы и вычисления по ним. Единицы физических величин.
Метод построения графика.
Явление тяготения и масса тела. Свойство инертности и масса тела.
Плотность вещества. Таблицы плотностей некоторых веществ.
Средняя плотность тел и их плавание.
Метод научного познания.
Сила и динамометр. Виды сил.
Уравновешенные силы и равнодействующая.
Сила тяжести и вес тела. Сила упругости и сила трения.
Закон Архимеда. Вычисление силы Архимеда.
Простые механизмы. Правило равновесия рычага.
Определение давления. Давление жидкости. Закон Паскаля. Давление газа.
Атмосферное давление. Барометр Торричелли. Барометр-анероид.
Вакуумметры. Манометры: жидкостные и деформационные.
Пневматические и гидравлические механизмы.
Механическая работа. Коэффициент полезного действия. Мощность.
Энергия. Кинетическая и потенциальная энергия.
Механическая энергия. Внутренняя энергия.
Взаимные превращения энергии.
Температура и термометры. Количество теплоты и калориметр.
Теплота плавления/кристаллизации и парообразования/конденсации.
Первый закон термодинамики. Двигатель внутреннего сгорания.
Теплота сгорания топлива и КПД тепловых двигателей.
Теплообмен. Второй закон термодинамики.
 |
Учебник Физика 8 класс Кривченко И.В., размещённый в этой рубрике, включён в федеральный перечень учебников в соответствии с ФГОС. Учебник в цветном полиграфическом исполнении с твёрдым переплетом объёмом 150 стр. вышел из печати в июле 2015 г. в четвёртом издании. Учебник физики 8 класса рассчитан на 2 урока в неделю и содержит 5 тем курса физики, которые перечислены ниже.
Из истории МКТ. Частицы вещества. Движение частиц вещества.
Взаимодействие частиц вещества. Систематизирующая роль МКТ.
Кристаллические тела. Аморфные тела. Жидкие тела. Газообразные тела.
Агрегатные превращения. Насыщенный пар. Влажность воздуха.
Строение атомов и ионов. Электризация тел и заряд.
Объяснение электризации. Закон сохранения электрического заряда.
Электрическое поле. Электрический конденсатор. Электрический ток.
Электропроводность жидкостей, газов и полупроводников.
Электрическая цепь. Сила тока. Электрическое напряжение. Работа тока.
Закон Ома для участка цепи. Сопротивление соединений проводников.
Закон Джоуля-Ленца. Электронагревательные приборы.
Полупроводниковые приборы. Переменный ток.
Магнитное поле. Соленоид и электромагнит. Постоянные магниты.
Действие магнитного поля на ток. Электродвигатель на постоянном токе.
Электромагнитная индукция. Электротрансформатор. Передача электроэнергии.
Электродвигатель на переменном токе.
Период, частота и амплитуда колебаний. Нитяной и пружинный маятники.
Механические волны. Свойства механических волн. Звук.
Электромагнитные колебания. Излучение и прием электромагнитных волн.
Свойства электромагнитных волн. Принципы радиосвязи и телевидения.
 |
Учебник Физика 9 класс Кривченко И.В., размещённый в этой рубрике, включён в федеральный перечень учебников в соответствии с ФГОС. Учебник в цветном полиграфическом исполнении с твёрдым переплетом объёмом 150 стр. вышел из печати в июле 2015 г. в третьем издании. Учебник физики 9 класса рассчитан на 2 урока в неделю и содержит 4 темы курса физики, которые перечислены ниже.
Для перехода к параграфам кликайте нумерацию 01 02 03 04 05 и т.д. вверху страницы. Параграфы каждой темы курса физики снабжены интерактивными вопросами и заданиями.
