За счет чего происходит реактивное движение

Физика. 10 класс

Конспект урока

Урок 12. Реактивное движение

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) практическое применение закона сохранения импульса;

2) реактивное движение, реактивная сила;

3) использование реактивного движения в природе и технике;

4) этапы исторического развития освоения космоса;

Реактивное движение – это движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно него.

Реактивная сила – сила, возникающая при реактивном движении.

Особенность реактивной силы – возникновение без взаимодействия с внешними телами.

Скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и отношение массы топлива к массе ракеты.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 126 – 127;

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.-М.:Дрофа,2014. – С.47-48.

Открытые электронные ресурсы:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Движение тела, которое возникает при отделении с определённой скоростью какой-либо его части, называется реактивным.

Реактивное движение издревле существует в природе. Его для своего перемещения используют некоторые живые существа: кальмары, осьминоги, каракатицы, медузы и т.д. Они всасывают, а затем с силой выталкивают из себя воду, за счёт этого они движутся. Реактивное движение встречается и в быту. Примеры: движение резинового шланга, когда мы включаем воду, салюты и т.д.

Сила, с которой ракета действует на газы, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой газы отталкивают от себя ракету:

При реактивном движении возникает сила, которая называется реактивной. Сила — это реактивная сила.

Особенностью реактивной силы является то, что она возникает без взаимодействия с внешними телами.

Согласно закону сохранения импульса: импульс вырывающихся газов равен импульсу ракеты.

Закон сохранения импульса позволяет оценить скорость ракеты.

Закон сохранения импульса для реактивного движения:

откуда скорость ракеты:

Скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и отношение массы топлива к массе ракеты. Эта формула справедлива для случая мгновенного сгорания топлива. На самом деле топливо сгорает постепенно, т.к. мгновенное сгорание приводит к взрыву.

Точная формула для скорости ракеты была получена в 1897 году К.Э. Циолковским.

Первую конструкцию ракеты для космических полётов предложил Константин Эдуардович Циолковский – русский учёный, основоположник теоретической космонавтики. Он обосновал использование ракет для полётов в космос, сделал вывод о необходимости использования многоступенчатых ракет.

Идеи Циолковского воплотил в жизнь советский учёный, инженер-конструктор С.П. Королёв. 4 октября 1957 года считается началом космической эры. В этот день конструкторский коллектив под руководством Королёва осуществил запуск первого искусственного спутника Земли.

12 апреля 1961 г. впервые в мире на орбиту Земли был выведен космический корабль, в котором находился лётчик-космонавт СССР Юрий Алексеевич Гагарин. Он открыл дорогу в космос. В космосе нельзя использовать другие двигатели, кроме реактивных, так как там нет опоры, отталкиваясь от которой космический корабль мог бы получить ускорение. Реактивные двигатели применяют для самолётов и ракет, не выходящих за пределы атмосферы, чтобы максимально увеличить скорость полёта.

Примеры и разбор решения заданий

1. Чему равна реактивная сила тяги двигателя, выбрасывающего каждую секунду 15 кг продуктов сгорания топлива со скоростью 3 км/с относительно ракеты?

Дано: m = 15 кг, v = 3 км/с = 3000 м/с, ∆t = 1 с. Найти F.

2. Из пороховой ракеты, летящей со скоростью 16 м/с, вылетают продукты сгорания массой 24 г со скоростью 600 м/с. Вычислите массу ракеты.

Дано: v₁ = 16 м / с, m₂ = 24 г = 0,024 кг, v₂ = 600 м/с. Найти m₁.

Запишем закон сохранения импульса для реактивного движения: m₁v₁ = m₂v₂, выразим массу ракеты: m₁ = m₂v₂ / v₁.

Делаем расчёт: m₁ = (0,024 кг·600 м/с) / 16 м / с = 0,9 кг. Ответ: m₁ = 0,9 кг.

Источник

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.

Источник

Реактивное движение

Всего получено оценок: 114.

Всего получено оценок: 114.

Большинство перемещений в Природе происходит при наличии опоры. Однако, существует одна возможность перемещаться без опоры – это реактивное движение. Рассмотрим эту тему подробнее.

Физические основы реактивного движения

Третий Закон Ньютона

Как правило, для начала движения телу необходима опора. Теперь если приложить силу со стороны тела к опоре – то в соответствии с Третьим Законом Ньютона со стороны опоры на тело возникнет сила, равная по модулю первой, и направленная в противоположную сторону. Благодаря этой возникающей силе (реакции опоры) тело начнет движение. Именно так происходят прыжки в физкультуре.

Единственная возможность начать направленное движение при отсутствии внешней опоры – создать эту опору, отделить от тела некоторую часть и оттолкнуться от нее. В результате – эта часть начнет движение по направлению воздействия, а оставшаяся часть, в соответствии с Третьим Законом Ньютона – в противоположную сторону. Движение, совершаемое по такому принципу, называется реактивным.

Закон сохранения импульса

Чтобы получить формулу реактивного движения, необходимо использовать один из законов сохранения – закон сохранения импульса. Теория законов сохранения гласит, что в замкнутой системе сумма импульсов всех материальных точек остается постоянной.

Особенности реактивного движения

Из приведенной формулы можно сделать важные выводы.

Природе тоже встречается реактивное движение. Пример неуправляемого реактивного движения – это плоды некоторых растений, в том числе обычный огурец. Если не снимать урожай, то в спелых плодах огурца начинаются процессы брожения, поднимается давление, в конце концов плодоножка обламывается, и содержимое огурца вместе с семенами «выстреливает» из образовавшегося «сопла», сам же огурец отбрасывается в другую сторону. Пример управляемого реактивного движения в Природе – это стрекающие (медузы) и головоногие (кальмары). Они выбрасывают воду резким сокращением мантийной полости и движутся в противоположном направлении.

Что мы узнали?

Реактивное движение – это движение, состоящее в отбрасывании телом своей части, и движение остальной части в противоположном направлении. В основе реактивного движения лежат Третий Закон Ньютона и Закон сохранения импульса.

Источник

Реактивное движение

Содержание:

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

По этой ссылке вы сможете найти много готовых курсовых работ по физике:

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

Введение:

Реактивная сила возникает без какого-либо взаимодействия с внешними телами.

Применение реактивных двигателей в природе

Многие из нас в своей жизни встречались с медузами во время купания в море. В любом случае, их достаточно в Черном море. Но мало кто думал, что медузы используют реактивные двигатели для движения. Кроме того, таким образом перемещаются личинки стрекозы и некоторые виды морского планктона. И часто эффективность морских беспозвоночных при использовании реактивных двигателей значительно выше, чем у технологических изобретений.

Каракатицы, как и большинство головоногих, движутся в воде следующим образом. Он втягивает воду в полость жабры через боковую щель и специальную воронку перед телом, а затем энергично выбрасывает поток воды через воронку. Каракатица направляет трубу воронки в сторону или назад и, быстро выдавливая из нее воду, может двигаться в разных направлениях.

Английский исследователь моллюсков д-р Рис описал в научной статье кальмара (длиной всего 16 сантиметров), который, пролетев довольно большое расстояние в воздухе, упал на мостик яхты, который был почти на семь метров над водой.

Бывает, что многие летающие кальмары падают на корабль в сверкающем каскаде. Древний писатель Требий Нигер однажды рассказал печальную историю о корабле, который даже затонул под тяжестью летающих кальмаров, упавших на его палубу. Кальмары могут взлетать без ускорения.

Осьминоги тоже могут летать. Французский натуралист Жан Верани увидел, как обыкновенный осьминог ускорился в аквариуме и внезапно выпрыгнул из воды назад. Описав в воздухе дугу длиной пять метров, он вернулся в аквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только из-за реактивной тяги, но и гребал с щупальцами. Мешковатые осьминоги плавают, конечно, хуже, чем кальмары, но в критические моменты они могут показать рекордный класс для лучших спринтеров. Сотрудники Калифорнийского аквариума пытались сфотографировать осьминога, нападающего на краба. Осьминог бросился на свою жертву так быстро, что на пленке всегда была смазка, даже при съемке на самых высоких скоростях. Так бросок длился сотые доли секунды! Обычно осьминоги плавают относительно медленно. Джозеф Сейнл, изучавший миграцию осьминога, подсчитал, что осьминог размером в полметра плывет по морю со средней скоростью около пятнадцати километров в час. Каждый поток воды, выбрасываемый из воронки, толкает ее вперед (точнее назад, так как осьминог плывет назад) на два-два с половиной метра.

Реактивный двигатель также можно найти в растительном мире. Например, спелые плоды «безумного огурца» при малейшем прикосновении отскакивают от стебля, а из отверстия выбрасывается липкая жидкость с семенами. В то же время сам огурец летит в обратном направлении до 12 метров.

Зная закон сохранения импульса, вы можете изменить собственную скорость движения в открытом космосе. Если вы находитесь в лодке и имеете несколько тяжелых камней, то, бросая камни в определенном направлении, вы будете двигаться в противоположном направлении. То же самое произойдет в космосе, но для этого используются реактивные двигатели.

Применение реактивных двигателей в технике

На протяжении многих веков человечество мечтало о космических путешествиях. Писатели-фантасты предложили различные средства для достижения этой цели. В 17 веке появилась история французского писателя Сирано де Бержерака о полете на Луну. Герой этой истории достиг луны в железной тележке, над которой он постоянно бросал сильный магнит. Тянувшись к нему, повозка поднималась все выше и выше над Землей, пока не достигла Луны. И барон Мюнхгаузен сказал, что он поднялся на луну на стебле бобов.

Идея использования ракет для космических полетов была предложена еще в начале этого века русским ученым Константином Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году статья учителя калужской гимназии К.Е. Циолковский «Исследование мировых пространств реактивными приборами». Эта работа содержала важнейшее математическое уравнение для космонавтики, известное сейчас как «формула Циолковского», в котором описывалось движение тела переменной массы. В дальнейшем он разработал схему ракетного двигателя на жидком топливе, предложил конструкцию многоступенчатой ​​ракеты и высказал идею о возможности создания целых космических городов на околоземной орбите. Он показал, что единственным устройством, способным преодолевать гравитацию, является ракета, то есть устройство с реактивным двигателем, использующим топливо и окислитель, расположенное на самом устройстве.

Идея К.Е. Циолковский был внедрен советскими учеными под руководством академика Сергея Павловича Королева. Первый в истории искусственный спутник Земли был запущен ракетой в Советском Союзе 4 октября 1957 года.

Принцип реактивного движения широко используется в авиации и космонавтике. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль его скорости, поэтому для космических полетов могут использоваться только реактивные самолеты, т.е. ракеты.

Ракетное устройство

Движение ракеты основано на законе сохранения импульса. Если в какой-то момент какое-либо тело будет выброшено из ракеты, оно получит тот же импульс, но направленный в противоположном направлении.

В любой ракете, независимо от ее конструкции, всегда есть оболочка и топливо с окислителем. Оболочка ракеты включает в себя полезную нагрузку (в данном случае космический корабль), приборный отсек и двигатель (камеру сгорания, насосы и т. д.).

Перед запуском ракеты ее импульс равен нулю. В результате взаимодействия газа в камере сгорания и всех других частях ракеты газ, выходящий через сопло, получает определенный импульс. Тогда ракета является замкнутой системой, и ее суммарный импульс должен быть нулевым даже после запуска. Следовательно, оболочка ракеты, все, что в ней находится, получает импульс, равный по величине импульсу газа, но противоположный по направлению.

Вывод:

Самая массивная часть ракеты, предназначенная для запуска и ускорения всей ракеты, называется первой ступенью. Когда во время ускорения на первой массивной ступени многоступенчатой ​​ракеты заканчивается топливо, оно отделяется. Дальнейшее ускорение продолжается на второй, менее массивной ступени, и это добавляет еще большую скорость к скорости, ранее достигнутой на первой ступени, а затем отделяется. Третий этап продолжает увеличивать скорость до требуемого значения и доставляет полезную нагрузку на орбиту.

Первым человеком, который полетел в космос, был гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. 12 апреля 1961 года он облетел земной шар на борту спутника Восток

Советские ракеты первыми достигли Луны, облетели вокруг Луны и сфотографировали ее невидимую сторону от Земли, первыми достигли планеты Венера и доставили научные приборы на ее поверхность. В 1986 году два советских космических корабля, Vega-1 и Vega-2, исследовали комету Галлея с близкого расстояния, приближаясь к Солнцу каждые 76 лет.

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Источник

Реактивное движение в природе и технике

Содержание:

У многих людей само понятие «реактивного движения» крепко ассоциируется с современными достижениями науки и техники, в особенности физики, а в голове появляются образы реактивных самолетов или даже космических кораблей, летающих на сверхзвуковых скоростях с помощью пресловутых реактивных двигателей. На самом же деле явление реактивного движения намного более древнее, чем даже сам человек, ведь оно появилось задолго до нас, людей. Да, реактивное движение активно представлено в природе: медузы, осьминоги, каракатицы вот уже миллионы лет плавают в морских пучинах по тому же самому принципу, по которому сегодня летают современные сверхзвуковые реактивные самолеты.

История

С древних времен различные ученые наблюдали явления реактивного движения в природе, так раньше всех о нем писал древнегреческий математик и механик Герон, правда, дальше теории он так и не зашел.

Если же говорить о практическом применении реактивного движения, то первыми здесь были изобретательные китайцы. Примерно в XIII веке они догадались позаимствовать принцип движения осьминогов и каракатиц при изобретении первых ракет, которые они начали использовать, как для фейерверков, так и для боевых действий (в качестве боевого и сигнального оружия). Чуть позднее это полезное изобретение китайцев переняли арабы, а от них уже и европейцы.

Разумеется, первые условно реактивные ракеты имели сравнительно примитивную конструкцию и на протяжении нескольких веков они практически никак не развивались, казалось, что история развития реактивного движения замерла. Прорыв в этом деле произошел только в XIX веке.

Открытие

Пожалуй, лавры первооткрывателя реактивного движения в «новом времени» можно присудить Николаю Кибальчичу, не только талантливому российскому изобретателю, но и по совместительству революционеру-народовольцу. Свой проект реактивного двигателя и летательного аппарата для людей он создал сидя в царской тюрьме. Позднее Кибальчич был казнен за свою революционную деятельность, а его проект так и остался пылиться на полках в архивах царской охранки.

Позднее работы Кибальчича в этом направлении были открыты и дополнены трудами еще одного талантливого ученого К. Э. Циолковского. С 1903 по 1914 год им было опубликовано ряд работ, в которых убедительно доказывалась возможность использования реактивного движения при создании космических кораблей для исследования космического пространство. Им же был сформирован принцип использования многоступенчатых ракет. И по сей день многие идеи Циолковского применяются в ракетостроении.

Примеры в природе

Наверняка купаясь в море, Вы видели медуз, но вряд ли задумывались, что передвигаются эти удивительные (и к тому же медлительные) существа как раз таки с благодаря реактивному движению. А именно с помощью сокращения своего прозрачного купола они выдавливают воду, которая служит своего рода «реактивных двигателем» медуз.

Похожий механизм движения имеет и каракатица – через особую воронку впереди тела и через боковую щель она набирает воду в свою жаберную полость, а затем энергично выбрасывает ее через воронку, направленную взад либо в бок (в зависимости от направления движения нужного каракатице).

Но самый интересный реактивный двигатель созданный природой имеется у кальмаров, которых вполне справедливо можно назвать «живыми торпедами». Ведь даже тело этих животных по своей форме напоминает ракету, хотя по правде все как раз с точностью наоборот – это ракета своей конструкцией копирует тело кальмара.

Если кальмару необходимо совершить быстрый бросок, он использует свой природный реактивный двигатель. Тело его окружено мантией, особой мышечной тканью и половина объема всего кальмара приходится на мантийную полость, в которую тот всасывает воду. Потом он резко выбрасывает набранную струю воды через узкое сопло, при этом складывая все свои десть щупалец над головой таким образом, чтобы приобрести обтекаемую форму. Благодаря столь совершенной реактивной навигации кальмары могут достигать впечатляющей скорости – 60-70 км в час.

Среди обладателей реактивного двигателя в природе есть и растения, а именно так званный «бешеный огурец». Когда его плоды созревают, в ответ на самое легкое прикосновение он выстреливает клейковиной с семенами

Закон реактивного движения

Кальмары, «бешеные огурцы», медузы и прочие каракатицы издревле пользуются реактивным движением, не задумываясь о его физической сути, мы же попробуем разобрать, в чем суть реактивного движения, какое движение называют реактивным, дать ему определение.

Для начала можно прибегнуть к простому опыту – если обычный воздушный шарик надуть воздухом и, не завязывая отпустить в полет, он будет стремительно лететь, пока у него не израсходуется запас воздуха. Такое явление поясняет третий закон Ньютона, говорящий, что два тела взаимодействуют с силами равными по величине и противоположными по направлению.

То есть сила воздействия шарика на вырывающиеся из него потоки воздуха равна силе, которой воздух отталкивает от себя шарик. По схожему с шариком принципу работает и ракета, которая на огромной скорости выбрасывает часть своей массы, при этом получая сильное ускорение в противоположном направлении.

Закон сохранения импульса

Физика поясняет процесс реактивного движения законом сохранения импульса. Импульс это произведение массы тела на его скорость (mv). Когда ракета находится в состоянии покоя ее импульс и скорость равны нулю. Когда же из нее начинает выбрасываться реактивная струя, то остальная часть согласно закону сохранения импульса, должна приобрести такую скорость, при которой суммарный импульс будет по прежнему равен нулю.

Формула

где m_sv_s импульс создаваемой струей газов, m_рv_р импульс, полученный ракетой.

Знак минус показывает, что направление движения ракеты и сила реактивного движения струи противоположны.

Применение в технике – принцип работы реактивного двигателя

В современной технике реактивное движение играет очень важную роль, так реактивные двигатели приводят в движение самолеты, космические корабли. Само устройство реактивного двигателя может отличаться в зависимости от его размера и назначения. Но так или иначе в каждом из них есть

Так выглядит реактивный двигатель.

Видео

И в завершение занимательное видео о физических экспериментах с реактивным движением.

Источник