Реактивно движение в технологиите. Реактивни двигатели. Реактивното задвижване в природата и техниката

Въпроси.

1. Въз основа на закона за запазване на импулса обяснете защо балонсе движи противоположно на излизащата от него струя сгъстен въздух.

2. Дайте примери за струйно движение на тела.

В природата, като пример, реактивното задвижване в растенията може да се цитира: узрелите плодове на луда краставица; и животни: калмари, октоподи, медузи, сепии и др. (животните се движат, като изхвърлят водата, която смучат). В инженерството най-простият пример за реактивно задвижване е сегнерно колело, Повече ▼ сложни примериса: движението на ракети (космически, прахови, военни), водни превозни средства с реактивен двигател (хидромотоциклети, лодки, моторни кораби), въздушни превозни средства с въздушно-реактивен двигател (реактивен самолет).

3. Каква е целта на ракетите?

Ракетите се използват в различни областинаука и технологии: във военното дело, в научно изследване, в космонавтиката, в спорта и развлеченията.

4. Използвайки фигура 45, избройте основните части на всяка космическа ракета.

Космически кораб, инструментално отделение, резервоар за окислител, резервоар за гориво, помпи, горивна камера, дюза.

5. Опишете принципа на ракетата.

В съответствие със закона за запазване на импулса, ракетата лети поради факта, че газове с определен импулс се изтласкват от нея с висока скорост и на ракетата се дава импулс със същата величина, но насочен в обратна посока . Газовете се изхвърлят през дюза, в която горивото изгаря, достигайки едновременно висока температураи натиск. Дюзата получава гориво и окислител, изпомпвани там от помпи.

6. Какво определя скоростта на една ракета?

Скоростта на ракетата зависи преди всичко от скоростта на изтичане на газове и масата на ракетата. Скоростта на изтичане на газове зависи от вида на горивото и вида на окислителя. Масата на една ракета зависи например от това каква скорост искат да й кажат или от това колко далеч трябва да лети.

7. Какво е предимството на многостепенните ракети пред едностепенните?

Многостепенните ракети са способни да развиват по-голяма скорост и да летят по-далеч от едностепенните.

8. Как се приземява космическият кораб?

Кацането на космическия кораб се извършва по такъв начин, че скоростта му намалява при приближаване до повърхността. Това се постига чрез използване на спирачна система, която може да бъде или парашутна спирачна система, или спирането може да се извърши с помощта на ракетен двигател, докато дюзата е насочена надолу (към Земята, Луната и т.н.), поради което скоростта е погасено.

Упражнения.

1. От лодка, движеща се със скорост 2 m / s, човек хвърля гребло с маса 5 kg с хоризонтална скорост 8 m / s, противоположна на движението на лодката. С каква скорост се е движила лодката след хвърлянето, ако нейната маса заедно с масата на човек е 200 kg?

2. Каква скорост ще получи моделът на ракетата, ако масата на снаряда й е 300 g, масата на барута в нея е 100 g, а газовете излизат от дюзата със скорост 100 m/s? (Считайте изтичането на газ от дюзата мигновено).

3. На какво оборудване и как се провежда експериментът, показан на фигура 47? Който физическо явлениев този случай се демонстрира какво представлява и какъв физичен закон стои в основата на това явление?
Забележка:гумената тръба беше поставена вертикално, докато водата премина през нея.

Фуния с гумена тръба, прикрепена към нея отдолу с усукана дюза в края, беше прикрепена към статив с помощта на държач, а отдолу беше поставена тава. След това отгоре започнаха да изливат вода от контейнера във фунията, докато водата се изливаше от тръбата в тавата, а самата тръба от вертикално положениеизместен. Този опит служи като илюстрация на реактивно задвижване, базирано на закона за запазване на импулса.

4. Направете експеримента, показан на фигура 47. Когато гумената тръба се отклони максимално от вертикалата, спрете да наливате вода във фунията. Докато водата, останала в тръбата, изтича, наблюдавайте как ще се промени: а) обхватът на водата в струята (спрямо отвора в стъклената тръба); б) позицията на гумената тръба. Обяснете и двете промени.

а) обхватът на полета на водата в струята ще намалее; б) докато водата изтича, тръбата ще се приближи хоризонтално положение. Тези явления се дължат на факта, че налягането на водата в тръбата ще намалее, а оттам и импулсът, с който водата се изхвърля.

Реактивно задвижванев природата и техниката

РЕЗЮМЕ ПО ФИЗИКА

Реактивно задвижване- движението, което възниква, когато част от него се отдели от тялото с определена скорост.

Реактивната сила възниква без взаимодействие с външни тела.

Приложение на реактивното задвижване в природата

Много от нас в живота си са се срещали, докато плуват в морето с медузи. Така или иначе в Черно море ги има достатъчно. Но малко хора са мислили, че медузите също използват реактивно задвижване, за да се движат. Освен това по този начин се движат ларвите на водните кончета и някои видове морски планктон. И често ефективността на морските безгръбначни при използване на реактивно задвижване е много по-висока от тази на техническите изобретения.

Реактивното задвижване се използва от много мекотели - октоподи, калмари, сепия. Например мекотелото на морски миди се движи напред поради реактивната сила на струя вода, изхвърлена от черупката по време на рязко компресиране на нейните клапи.

октопод

Сепия

Сепията, както повечето главоноги, се движи във водата по следния начин. Тя поема вода в хрилната кухина през страничен процеп и специална фуния пред тялото и след това енергично хвърля поток вода през фунията. Сепията насочва тръбата на фунията отстрани или назад и, бързо изстисквайки вода от нея, може да се движи в различни посоки.

Salpa е морско животно с прозрачно тяло, когато се движи, получава вода през предния отвор и водата навлиза в широка кухина, вътре в която хрилете са опънати диагонално. Веднага щом животното отпие голяма глътка вода, дупката се затваря. Тогава надлъжните и напречните мускули на салпата се свиват, цялото тяло се свива и водата се изтласква през задния отвор. Реакцията на изтичащата струя избутва салпата напред.

Най-голям интерес представлява реактивният двигател squid. Калмарът е най-големият безгръбначен обитател на океанските дълбини. Squids са достигнали най-високото ниво на съвършенство в реактивната навигация. Те дори имат собствени тела. външни формикопира ракетата (или по-добре, ракетата копира калмара, тъй като има безспорен приоритет в случая). Когато се движи бавно, калмарът използва голяма перка с форма на диамант, която периодично се огъва. За бързо хвърляне той използва реактивен двигател. Мускулна тъкан - мантията обгражда тялото на мекотелото от всички страни, обемът на неговата кухина е почти половината от обема на тялото на калмара. Животното засмуква вода в кухината на мантията, след което рязко изхвърля струя вода през тясна дюза и се движи назад с висока скорост. В този случай всичките десет пипала на калмара се събират във възел над главата и той придобива опростена форма. Дюзата е оборудвана със специален клапан и мускулите могат да го завъртят, променяйки посоката на движение. Двигателят на калмари е много икономичен, той може да достигне скорост до 60 - 70 км / ч. (Някои изследователи смятат, че дори до 150 км / ч!) Не напразно калмарът се нарича „живо торпедо“. Огъвайки пипалата, сгънати в сноп, надясно, наляво, нагоре или надолу, калмарите се обръщат в една или друга посока. Тъй като такъв волан, в сравнение със самото животно, има много големи размери, тогава лекото му движение е достатъчно, за да може калмарът, дори и при пълна скорост, лесно да избегне сблъсък с препятствие. Рязко завъртане на волана - и плувецът вече се втурва обратна страна. Сега той е огънал края на фунията назад и сега се плъзга с главата напред. Той го изви надясно и реактивната тяга го хвърли наляво. Но когато трябва да плувате бързо, фунията винаги стърчи точно между пипалата и калмарът се втурва с опашката си напред, както би тичал рак - бегач, надарен с пъргавината на кон.

Ако няма нужда да бързате, калмарите и сепията плуват, размахвайки перките си - миниатюрни вълни преминават през тях отпред назад и животното грациозно се плъзга, като от време на време се натиска и с струя вода, изхвърлена изпод мантията. Тогава отделните удари, които мекотелото получава по време на изригването на водни струи, са ясно видими. Някои главоноги могат да достигнат скорост до петдесет и пет километра в час. Изглежда никой не е правил директни измервания, но това може да се съди по скоростта и обхвата на летящите калмари. А такива, оказва се, има таланти в роднините на октоподите! Най-добрият пилот сред мекотелите е калмарът stenoteuthis. Английските моряци го наричат ​​- летящ калмар ("летящ калмар"). Това е малко животно с размерите на херинга. Той преследва риба с такава бързина, че често изскача от водата, втурвайки се по повърхността й като стрела. Той също прибягва до този трик, за да спаси живота си от хищници - тон и скумрия. След като е развил максимална реактивна тяга във водата, пилотният калмар излита във въздуха и лети над вълните на повече от петдесет метра. Апогеят на полета на жива ракета е толкова високо над водата, че летящите калмари често падат върху палубите на океанските кораби. Четири-пет метра не е рекордна височина, до която калмарите се издигат в небето. Понякога летят дори по-високо.

Английският изследовател на миди д-р Рис, описан в научна статиякалмари (само 16 сантиметра дълги), които, след като прелетяха доста разстояние във въздуха, паднаха върху моста на яхтата, който се извисяваше почти седем метра над водата.

Случва се много летящи калмари да паднат на кораба в искряща каскада. Древният писател Требиус Нигер веднъж разказа тъжна история за кораб, който уж дори потънал под тежестта на летящи калмари, паднали на палубата му. Калмарите могат да излитат без ускорение.

Октоподите също могат да летят. Френският натуралист Жан Верани видя как обикновен октопод се ускори в аквариум и внезапно изскочи от водата назад. Описвайки във въздуха дъга с дължина около пет метра, той се хвърли обратно в аквариума. Набирайки скорост за скок, октоподът се движеше не само благодарение на реактивната тяга, но и гребеше с пипала.
Торбестите октоподи плуват, разбира се, по-лошо от калмарите, но в критични моменти могат да покажат рекорден клас за най-добрите спринтьори. Служителите на калифорнийския аквариум се опитаха да заснемат октопод, нападащ рак. Октоподът се втурна към плячка с такава скорост, че във филма, дори когато се снима с най-висока скорост, винаги имаше смазки. И така, хвърлянето продължи стотни от секундата! Обикновено октоподите плуват сравнително бавно. Джоузеф Сигнъл, който изучава миграцията на октоподите, изчислява: октопод с размер половин метър плува през морето с Средната скоростоколо петнадесет километра в час. Всяка струя вода, изхвърлена от фунията, я тласка напред (или по-скоро назад, тъй като октоподът плува назад) два до два метра и половина.

Реактивното движение може да се открие и в растителния свят. Например, узрелите плодове на „лудата краставица“ при най-малкото докосване отскачат от дръжката, а лепкава течност със семена се изхвърля със сила от образуваната дупка. Самата краставица лети в обратна посока до 12 m.

Познавайки закона за запазване на импулса, можете да промените собствената си скорост на движение в открито пространство. Ако сте в лодка и имате тежки камъни, тогава хвърлянето на камъни в определена посока ще ви премести в обратната посока. Същото ще се случи и в открития космос, но за това се използват реактивни двигатели.

Всеки знае, че изстрелът от пистолет е придружен от откат. Ако теглото на куршума беше равно на теглото на пистолета, те щяха да се разлетят със същата скорост. Откатът възниква, защото изхвърлената маса от газове създава реактивна сила, благодарение на която може да се осигури движение както във въздушно, така и в безвъздушно пространство. И колкото по-голяма е масата и скоростта на изтичащите газове, толкова голяма силаОткатът се усеща от рамото ни, колкото по-силна е реакцията на пистолета, толкова по-голяма е реактивната сила.

Използването на реактивно задвижване в технологиите

От много векове човечеството мечтае за космически полети. Писатели на научна фантастика са предложили различни средства за постигане на тази цел. През 17 век се появява разказ на френския писател Сирано дьо Бержерак за полет до Луната. Героят на тази история стигна до Луната в желязна каруца, върху която постоянно хвърляше силен магнит. Привлечена от него, каруцата се издигаше все по-високо над Земята, докато стигна до Луната. И барон Мюнхаузен каза, че се е изкачил на луната върху стръка на боб.

В края на първото хилядолетие от н. е. Китай изобретява реактивно задвижване, което задвижва ракети - бамбукови тръби, пълни с барут, те се използват и за забавление. Един от първите проекти за автомобили също беше с реактивен двигател и този проект принадлежеше на Нютон

Автор на първия в света проект на реактивен самолет, предназначен за човешки полет, е руският революционер Н.И. Кибълчич. Екзекутиран е на 3 април 1881 г. за участие в атентата срещу император Александър II. Той разработва проекта си в затвора след смъртната присъда. Кибалчич пише: „В затвора, няколко дни преди смъртта си, пиша този проект. Вярвам в осъществимостта на моята идея и тази вяра ме подкрепя в моята ужасна позиция ... Спокойно ще посрещна смъртта, знаейки, че моята идея няма да умре с мен.

Идеята за използване на ракети за космически полети е предложена в началото на нашия век от руския учен Константин Едуардович Циолковски. През 1903 г. статия на учител от Калужката гимназия К.Е. Циолковски "Изследване на световните пространства с реактивни устройства". Тази работа съдържа най-важното математическо уравнение за астронавтиката, сега известно като „формулата на Циолковски“, което описва движението на тяло с променлива маса. Впоследствие той разработи схема за ракетен двигател с течно гориво, предложи многостепенна конструкция на ракета и изрази идеята за възможността за създаване на цели космически градове в околоземна орбита. Той показа, че единственият апарат, способен да преодолее гравитацията, е ракета, т.е. апарат с реактивен двигател, използващ гориво и окислител, разположен върху самия апарат.

Реактивното задвижване в природата и техниката е много често срещано явление. В природата това се случва, когато една част от тялото се отдели с определена скорост от друга част. В този случай реактивната сила възниква без взаимодействието на даден организъм с външни тела.

За да разберете какво е заложено, най-добре е да се обърнете към примери. в природата и технологията са многобройни. Първо ще говорим за това как животните го използват, а след това как се прилага в технологиите.

Медузи, ларви на водни кончета, планктон и мекотели

Мнозина, плувайки в морето, срещнаха медузи. Поне в Черно море ги има достатъчно. Не всички обаче смятат, че медузите се движат само с помощта на реактивно задвижване. Ларвите на водните кончета, както и някои представители на морския планктон, прибягват до същия метод. Ефективността на безгръбначните морски животни, които го използват, често е много по-висока от тази на техническите изобретения.

Много мекотели се движат по начин, който ни интересува. Примерите включват сепия, калмари, октопод. По-специално, морският мекотел миди може да се движи напред с помощта на струя вода, която се изхвърля от черупката, когато нейните клапани са рязко компресирани.

И това са само няколко примера от живота на животинския свят, които могат да бъдат цитирани, разкривайки темата: "Реактивно задвижване в ежедневието, природата и технологиите."

Как се движат сепията

Много интересна в това отношение е и сепията. Подобно на много главоноги, той се движи във водата, използвайки следния механизъм. Чрез специална фуния, разположена в предната част на тялото, както и през странична цепка, сепията поема вода в хрилната си кухина. След това тя енергично го изхвърля през фунията. Сепията насочва тръбата на фунията назад или настрани. В този случай движението може да се извършва в различни посоки.

Методът, който използва салпата

Любопитен е и методът, използван от салпата. Това е името на морско животно, което има прозрачно тяло. Салпата, когато се движи, изтегля вода, използвайки предния отвор за това. Водата е в широка кухина, а хрилете са разположени диагонално вътре в нея. Дупката се затваря, когато салпата отпие голяма глътка вода. Неговите напречни и надлъжни мускули се свиват, цялото тяло на животното се свива. През задния отвор водата се изтласква. Животното се движи напред поради реакцията на изтичащата струя.

Калмари - "живи торпеда"

Може би най-интересен е реактивният двигател, който има калмарите. Това животно се счита за най-големият представител на безгръбначните, живеещи на големи океански дълбочини. В реактивната навигация калмарите са достигнали истинско съвършенство. Дори тялото на тези животни прилича на ракета с външните си форми. Или по-скоро тази ракета копира калмарите, тъй като именно той притежава безспорното превъзходство по този въпрос. Ако трябва да се движите бавно, животното използва за това голяма перка с форма на диамант, която се огъва от време на време. Ако имате нужда от бързо хвърляне, на помощ идва реактивен двигател.

От всички страни тялото на мекотелото е заобиколено от мантия - мускулна тъкан. Почти половината от общия обем на тялото на животното пада върху обема на неговата кухина. Калмарът използва кухината на мантията, за да се задвижи, като засмуква вода в нея. След това рязко изхвърля натрупаната водна струя през тясна дюза. В резултат на това той се движи с резки движения назад с висока скорост. В същото време калмарът сгъва всичките си 10 пипала на възел над главата си, за да придобие опростена форма. Накрайникът има специален клапан и мускулите на животното могат да го завъртят. Така посоката на движение се променя.

Впечатляваща скорост на движение на калмари

Трябва да кажа, че калмарният двигател е много икономичен. Скоростта, която той може да развие, може да достигне 60-70 км / ч. Някои изследователи дори смятат, че може да достигне до 150 км/ч. Както можете да видите, калмарът се нарича "живо торпедо" с причина. Може да се завърти в желаната посока, навеждайки надолу, нагоре, наляво или надясно пипала, сгънати на сноп.

Как калмарът контролира движението

Тъй като воланът е много голям в сравнение с размера на самото животно, за да може калмарът лесно да избегне сблъсък с препятствие, дори и да се движи с максимална скорост, е достатъчно само леко движение на волана. Ако го завъртите рязко, животното веднага ще се втурне в обратната посока. Калмарът извива края на фунията и в резултат на това може да се плъзне с главата напред. Ако го извие надясно, той ще бъде изхвърлен наляво от реактивна тяга. Въпреки това, когато е необходимо да плувате бързо, фунията винаги се намира директно между пипалата. Животното в този случай се втурва с опашката си напред, като бягане на бързо ходещ рак, ако имаше ловкостта на кон.

В случаите, когато няма нужда да бързате, сепията и калмарите плуват, докато размахват перките си. Миниатюрни вълни преминават през тях отпред назад. Калмарите и сепията се плъзгат грациозно. Те само от време на време се подпъхват със струя вода, която излиза изпод мантията им. В такива моменти ясно се виждат отделни удари, които мекотелото получава по време на изригването на водни струи.

летящи калмари

Някои главоноги могат да ускорят до 55 км/ч. Изглежда, че никой не е правил директни измервания, но можем да дадем такава цифра въз основа на обхвата и скоростта на полета на летящите калмари. Оказва се, че има и такива. Калмарът stenoteuthis е най-добрият пилотот всички миди. Английските моряци го наричат ​​летящ калмар (летящ калмар). Това животно, чиято снимка е представена по-горе, е малко, с размерите на херинга. Той преследва рибата толкова бързо, че често изскача от водата, летейки по повърхността й като стрела. Той използва този трик и когато е в опасност от хищници - скумрия и тон. Развивайки максимална реактивна тяга във водата, калмарът се издига във въздуха и след това лети на повече от 50 метра над вълните. Когато лети, той е толкова висок, че летящите калмари често падат върху палубите на корабите. Височина от 4-5 метра за тях в никакъв случай не е рекорд. Понякога летящите калмари летят дори по-високо.

Д-р Рийс, изследовател на черупчести мекотели от Обединеното кралство, в своята научна статия описва представител на тези животни, чиято дължина на тялото е само 16 см. Въпреки това той успя да лети на доста голямо разстояние във въздуха, след което се приземи на мост на яхтата. А височината на този мост беше почти 7 метра!

Има моменти, когато много летящи калмари падат на кораба наведнъж. Требиус Нигер, древен писател, веднъж разказал тъжна история за кораб, който изглежда не могъл да понесе тежестта на тези морски животни и потънал. Интересното е, че калмарите могат да излитат дори без ускорение.

летящи октоподи

Октоподите също имат способността да летят. Жан Верани, френски натуралист, наблюдава как един от тях ускорява в аквариума си и след това внезапно изскача от водата. Животното описа дъга във въздуха от около 5 метра, след което се хвърли в аквариума. Октоподът, набирайки скоростта, необходима за скока, се движеше не само благодарение на реактивното задвижване. Той също гребеше с пипалата си. Октоподите са торбести, така че плуват по-лошо от калмарите, но в критични моменти тези животни са в състояние да дадат шансове на най-добрите спринтьори. Служители на калифорнийския аквариум искаха да направят снимка на октопод, който напада рак. Въпреки това, октоподът, който се втурна към плячката си, разви такава скорост, че дори при използване на снимки специално отношениебяха намазани. Това означава, че хвърлянето е продължило за части от секундата!

Въпреки това октоподите обикновено плуват доста бавно. Ученият Джоузеф Сигнъл, който изучава миграцията на октоподите, установи, че октоподът, чийто размер е 0,5 м, плува със средна скорост от около 15 км / ч. Всяка струя вода, която той изхвърля от фунията, го премества напред (по-точно назад, тъй като той плува назад) с около 2-2,5 m.

"Пръскаща краставица"

Реактивното задвижване в природата и технологията може да се разгледа, като се използват примери от растителния свят, за да се илюстрира. Едни от най-известните са узрелите плодове на т.нар Те отскачат от стъблото при най-малкото докосване. След това от дупката, образувана в резултат на това, с голяма сила се изхвърля специална лепкава течност, в която се намират семената. Самата краставица лети в обратна посока на разстояние до 12 m.

Закон за запазване на импулса

Не забравяйте да разкажете за това, като имате предвид реактивното задвижване в природата и технологията. Познаването на закона за запазване на импулса ни позволява да променяме по-специално собствената си скорост на движение, ако сме в открито пространство. Например, вие седите в лодка и имате няколко камъни със себе си. Ако ги хвърлите в определена посока, лодката ще се движи в обратната посока. Този закон действа и в космоса. Въпреки това, за тази цел те използват

Какви други примери за реактивно задвижване в природата и технологията могат да бъдат отбелязани? Много добре илюстрирано с примера на пистолет.

Както знаете, изстрелът от него винаги е придружен от откат. Да кажем, че теглото на куршума е равно на теглото на пистолета. В този случай те ще се разлетят със същата скорост. Откатът се случва, защото се създава реактивна сила, тъй като има изхвърлена маса. Благодарение на тази сила се осигурява движение както в безвъздушно пространство, така и във въздуха. Колкото по-голяма е скоростта и масата на изтичащите газове, толкова по-голяма е силата на отката, усетена от нашето рамо. Съответно, колкото по-висока е реактивната сила, толкова по-силна е реакцията на пистолета.

Мечти за полет в космоса

Реактивното задвижване в природата и технологията е източник на нови идеи за учените от много години. В продължение на много векове човечеството е мечтало да лети в космоса. Използването на реактивното задвижване в природата и технологията, трябва да се приеме, в никакъв случай не е изчерпано.

И всичко започна с една мечта. Писателите на научна фантастика преди няколко века ни предложиха различни средствакак да постигнете тази желана цел. През 17 век Сирано дьо Бержерак, френски писател, създава история за полет до Луната. Неговият герой достига спътника на Земята с помощта на желязна каруца. Над този дизайн той постоянно хвърляше силен магнит. Каруцата, привлечена от него, се издигаше все по-високо и по-високо над Земята. В крайна сметка тя стигна до луната. Друг известен герой, барон Мюнхаузен, се изкачи на Луната на бобено стъбло.

Разбира се, по това време малко се знаеше как използването на реактивно задвижване в природата и технологията може да улесни живота. Но полетът на фантазията, разбира се, отвори нови хоризонти.

По пътя към едно изключително откритие

В Китай в края на 1-во хилядолетие от н.е. д. изобретил реактивно задвижване, което задвижвало ракети. Последните бяха просто бамбукови тръби, пълни с барут. Тези ракети бяха изстреляни за забавление. Реактивният двигател е използван в един от първите дизайни на автомобили. Тази идея принадлежи на Нютон.

N.I. също мисли за това как реактивното задвижване възниква в природата и технологията. Кибълчич. Това е руски революционер, автор на първия проект на реактивен самолет, който е предназначен да лети на него. Революционерът, за съжаление, е екзекутиран на 3 април 1881 г. Кибалчич е обвинен в участие в покушението срещу Александър II. Вече в затвора, докато чакаше изпълнението на смъртна присъда, той продължи да учи такива интересен феномен, като реактивно движение в природата и в техниката, което възниква при отделяне на част от обект. В резултат на тези проучвания той разработи своя проект. Кибалчич пише, че тази идея го подкрепя в позицията му. Той е готов да посрещне смъртта си спокойно, знаейки, че такова важно откритиеняма да умре с него.

Осъществяване на идеята за космически полет

Проявлението на реактивното задвижване в природата и технологията продължава да се изучава от К. Е. Циолковски (неговата снимка е представена по-горе). Още в началото на 20 век този велик руски учен предложи идеята за използване на ракети за космически полети. Неговата статия по този въпрос се появява през 1903 г. Той представя математическо уравнение, което става най-важното за космонавтиката. В наше време е известна като "формулата на Циолковски". Това уравнение описва движението на тяло с променлива маса. В по-нататъшните си трудове той представя схема за ракетен двигател, работещ с течно гориво. Циолковски, изучавайки използването на реактивно задвижване в природата и технологията, разработи многостепенна конструкция на ракета. Той също така притежава идеята за възможността за създаване на цели космически градове в околоземна орбита. Това са откритията, до които ученият стигна, докато изучаваше реактивното задвижване в природата и технологиите. Ракетите, както е показано от Циолковски, са единствените превозни средства, които могат да преодолеят Ракетата, той определи като механизъм, който има реактивен двигател, който използва горивото и окислителя, разположени върху него. Този апарат преобразува химическата енергия на горивото, което се превръща в кинетична енергия на газовата струя. Самата ракета започва да се движи обратна посока.

Най-накрая учените, след като са изследвали реактивното движение на телата в природата и технологиите, преминаха към практиката. Имаше мащабна задача за реализиране на дългогодишната мечта на човечеството. И група съветски учени, начело с академик С. П. Королев, се справи с това. Тя реализира идеята на Циолковски. Първият изкуствен спътник на нашата планета е изстрелян в СССР на 4 октомври 1957 г. Естествено, в този случай е използвана ракета.

Ю. А. Гагарин (на снимката по-горе) е човекът, който има честта да бъде първият, който лети в открития космос. Това важно за света събитие се случва на 12 април 1961 г. Гагарин на сателитния кораб "Восток" обиколи целия Земята. СССР беше първата държава, чиито ракети достигнаха Луната, облетяха я и заснеха невидимата от Земята страна. Освен това руснаците първи посетиха Венера. Те донесоха научни инструменти на повърхността на тази планета. Американският астронавт Нийл Армстронг е първият човек, стъпил на повърхността на Луната. Той кацна на него на 20 юли 1969 г. През 1986 г. Вега-1 и Вега-2 (кораби, принадлежащи на СССР) изучават отблизо Халеевата комета, която се доближава до Слънцето само веднъж на 76 години. Космическите изследвания продължават...

Както виждате, физиката е много важна и полезна наука. Реактивното задвижване в природата и техниката е само един от интересните въпроси, които се разглеждат в него. И постиженията на тази наука са много, много значими.

Как реактивното задвижване се използва днес в природата и технологиите

Във физиката през последните няколко века са направени особено важни открития. Докато природата остава практически непроменена, технологиите се развиват с бързи темпове. В наши дни принципът на реактивното задвижване се използва широко не само от различни животни и растения, но и в космонавтиката и авиацията. В космоса няма среда, която тялото да използва за взаимодействие, за да промени модула и посоката на скоростта си. Ето защо само ракети могат да се използват за летене във вакуум.

Днес реактивното задвижване се използва активно в бита, природата и технологиите. Вече не е мистерия, както беше преди. Човечеството обаче не трябва да спира дотук. Предстоят нови хоризонти. Бих искал да вярвам, че реактивното задвижване в природата и технологията, описано накратко в статията, ще вдъхнови някого за нови открития.

Реактивността и движението с помощта на това е доста широко разпространено явление в природата. Е, учените и изобретателите са го „надникнали“ и са го използвали в своите технически разработки. Примери могат да се видят навсякъде. Често ние самите не обръщаме внимание на факта, че този или онзи обект - живо същество, технически механизъм - се движи с помощта на това явление.

Какво е реактивно задвижване?

В дивата природа реактивността е движение, което може да възникне в случай на отделяне на всяка частица от тялото с определена скорост. В технологиите той използва същия принцип - закона за запазване на импулса. Примери за технология за реактивно задвижване: в ракета, състояща се от обвивка (която също включва двигател, контролни устройства, използваема площ за преместване на товари) и гориво с окислител, горивото изгаря, превръщайки се в газове, които избухват през дюзи в мощна струя, придаваща на цялата конструкция скорост в обратна посока.

Примери за реактивно задвижване в природата

Доста живи същества използват този принципдвижение. Характерен е за ларвите на някои видове водни кончета, медузи, мекотели - миди, сепии, октоподи, калмари. И в флора- флора на Земята - има и видове, които използват това явление за осеменяване.

"Пръскаща краставица"

Флора ни дава примери за реактивно задвижване. Само на външен вид това растение със странен псевдоним е подобно на краставиците, с които сме свикнали. И се сдоби с епитета "луд" заради не съвсем познатия начин на разпространение на семената му. Когато узреят, плодовете на растението отскачат от дръжките. В резултат на това се образува дупка, през която краставицата изстрелва течност, съдържаща семена, подходящи за размножаване, използвайки реактивност. А самият плод може да излети на разстояние до 12 метра в посока, обратна на изстрела.

Как се движи сепия?

Примерите за реактивно задвижване са доста широко представени във фауната. Сепията е главоного мекотело със специална фуния, която се намира в предната част на тялото. През него (а също и през допълнителен страничен прорез) водата навлиза в тялото на животното, в хрилната кухина. След това течността рязко се изхвърля през фунията и сепията може да насочи специалната тръба настрани или назад. Получената обратна сила осигурява движение в различни посоки.

Салпа

Тези животни от семейството на ципестите - ярки примериреактивно задвижване в природата. Те имат полупрозрачни цилиндрични тела с малък размер и живеят в повърхностните води на океаните. Когато се движи, животното изтегля вода през дупка, разположена в предната част на тялото. Течността се поставя в широка кухина на тялото му, в която диагонално са разположени хрилете. Салпата отпива глътка вода, като в същото време дупката се затваря плътно, а мускулите на тялото - напречни и надлъжни - се свиват. От това цялото тяло на салпата се компресира и водата рязко се изтласква от задния отвор. Така салпите използват принципа на реактивността при движението си във водната стихия.

Медузи, ракообразни, планктон

В морето има и други обитатели, които се движат по този начин. Всеки поне веднъж със сигурност, докато си почиваше на брега, беше срещнат във водата различни видовемедуза Но те също се движат, използвайки реактивност. Морският планктон, по-точно част от него и мидите - всички се движат така.

Примери за реактивно задвижване на тела. Калмари

Калмарът има уникална структура на тялото. Всъщност в структурата му природата е включила мощен реактивен двигател с отлична ефективност. Този представител на фауната на моретата и океаните понякога продължава да живее големи дълбочинии достига огромни размери. Дори тялото на животното по своите форми наподобява ракета. По-точно, тази модерна ракета, изобретена от учените, имитира формите на калмари, създадени от природата. Освен това за спокойни движения във водната среда се използва перка, но ако е необходим ритник, тогава принципът на реактивност!

Ако ви помолят: дайте примери за реактивно задвижване в природата, тогава първо можете да говорите за този мекотел. Неговата мускулна мантия обгражда кухина в тялото. Водата се засмуква отвън и след това се изхвърля доста рязко през тясна дюза (наподобяваща ракета). Резултат: калмарите се движат в обратна посока. Тази функция позволява на животното да се движи с доста високи скорости, изпреварвайки плячката си или напускайки преследването. Той може да достигне скорост, съответстваща на добре оборудван модерен кораб: до 70 километра в час. А някои учени, които подробно изучават явлението, говорят за скорости, достигащи 150 км/ч! В допълнение, този представител на океана има добра маневреност поради пипалата, сгънати в сноп, огъващи се при движение в правилната посока.

За повечето хора терминът "реактивно задвижване" се представя като модерен прогрес в науката и технологиите, особено в областта на физиката. Реактивното задвижване в технологиите се свързва от мнозина с Космически кораби, сателити и реактивни самолети. Оказва се, че феноменът на реактивното задвижване е съществувал много по-рано от самия човек и независимо от него. Хората успяха да разберат, използват и развият само това, което е подчинено на законите на природата и Вселената.

Какво е реактивно задвижване?

На английски езикдумата "джет" звучи като "джет". Означава движение на тяло, което се образува в процеса на отделяне на част от него с определена скорост. Появява се сила, която движи тялото в посока, обратна на посоката на движение, отделяйки част от него. Всеки път, когато материята избухне от обект и обектът се движи в обратна посока, има реактивно задвижване. За да вдигнат обекти във въздуха, инженерите трябва да проектират мощна ракетна установка. Изпускайки струи пламък, двигателите на ракетата я издигат в околоземната орбита. Понякога ракетите изстрелват сателити и космически сонди.

Що се отнася до самолетите и военните самолети, принципът на тяхната работа донякъде напомня на излитане на ракета: физическото тяло реагира на изхвърлена мощна струя газ, в резултат на което се движи в обратна посока. Това е основният принцип на реактивните самолети.

Законите на Нютон в реактивното задвижване

Инженерите базират своите разработки на принципите на Вселената, описани за първи път подробно в трудовете на изключителния британски учен Исак Нютон, живял в края на 17 век. Законите на Нютон описват механиката на гравитацията и ни казват какво се случва, когато нещата се движат. Те особено ясно обясняват движението на телата в пространството.

Вторият закон на Нютон определя, че силата на движещ се обект зависи от това колко материя съдържа, с други думи, неговата маса и промените в скоростта на движение (ускорение). Това означава, че за да се създаде мощна ракета, е необходимо тя постоянно да се освобождава голям бройвисокоскоростна енергия. Третият закон на Нютон казва, че за всяко действие ще има равна, но противоположна реакция - реакция. Реактивните двигатели в природата и технологията се подчиняват на тези закони. В случай на ракета силата на действие е материята, която излита от изпускателната тръба. Реакцията е да избутате ракетата напред. Именно силата на емисиите от него тласка ракетата. В космоса, където една ракета има малко или никакво тегло, дори малък тласък от ракетните двигатели може да накара голям кораб да полети бързо напред.

Технология за реактивно задвижване

Физиката на струйното движение е, че ускорението или забавянето на тялото става без влиянието на околните тела. Процесът възниква поради отделянето на част от системата.

Примери за реактивно задвижване в технологиите са:

1. явлението откат при изстрел;
2. експлозии;
3. удари по време на аварии;
4. откат при използване на мощен маркуч;
5. лодка с реактивен двигател;
6. реактивен самолет и ракета.

Телата създават затворена система, ако взаимодействат само помежду си. Такова взаимодействие може да доведе до промяна в механичното състояние на телата, които образуват системата.

Какъв е законът за запазване на импулса?

За първи път този закон е обявен от френския философ и физик Р. Декарт. При взаимодействие на две или повече тела между тях се образува затворена система. Всяко тяло в движение има свой собствен импулс. Това е масата на тялото, умножена по неговата скорост. Общият импулс на системата е равен на векторната сума на импулсите на телата в нея. Инерцията на всяко от телата в системата се променя поради тяхното взаимно влияние. Общият импулс на телата в затворена система остава непроменен при различни движения и взаимодействия на телата. Това е законът за запазване на импулса.

Всякакви сблъсъци на тела (билярдни топки, коли, елементарни частици), както и счупвания на тела и стрелба могат да бъдат примери за действието на този закон. При изстрел от оръжие се получава откат: снарядът се втурва напред, а самото оръжие се отблъсква назад. Защо се случва това? Куршумът и оръжието образуват затворена система помежду си, където действа законът за запазване на импулса. При стрелба импулсите на самото оръжие и на куршума се променят. Но общият импулс на оръжието и куршума в него преди изстрел ще бъде равен на общия импулс на откатното оръжие и изстреляния куршум след изстрел. Ако куршумът и пистолетът имаха еднаква маса, те щяха да летят в противоположни посоки с еднаква скорост.

Законът за запазване на импулса има широк обхват практическа употреба. Тя ви позволява да обясните реактивното задвижване, поради което се постигат най-високите скорости.

Реактивно задвижване във физиката

Най-яркият пример за закона за запазване на импулса е реактивното задвижване, осъществявано от ракета. Най-важната част от двигателя е горивната камера. В една от стените му има струйна дюза, приспособена да освобождава газа, който се получава при изгарянето на горивото. Под действието на висока температура и налягане газът излиза от дюзата на двигателя с голяма скорост. Преди изстрелването на ракета нейният импулс спрямо Земята е нула. В момента на изстрелване ракетата също получава импулс, равен на импулса на газа, но противоположен по посока.

Пример за физика на реактивното задвижване може да се види навсякъде. По време на празнуването на рожден ден балонът може да се превърне в ракета. как? Надуйте балона, като прищипнете отворения отвор, за да предотвратите излизането на въздух. Сега го пусни. Балонс голяма скорост ще се движи из стаята, задвижван от излитащия от нея въздух.

История на реактивното задвижване

Историята на реактивните двигатели започва още през 120 г. пр. н. е., когато Херон от Александрия проектира първия реактивен двигател, еолипил. В метална топка се налива вода, която се нагрява на огън. Парата, която излиза от тази топка, я върти. Това устройство показва реактивно задвижване. Свещениците успешно използваха двигателя на Heron, за да отварят и затварят вратите на храма. Модификация на еолипила - колелото на Segner, което се използва ефективно в наше време за напояване на земеделски земи. През 16 век Джовани Бранка представя на света първата парна турбина, която работи на принципа на реактивното задвижване. Исак Нютон предложи един от първите проекти за парен автомобил.

Първите опити за използване на реактивно задвижване в технологиите за придвижване по земята датират от 15-17 век. Още преди 1000 години китайците са имали ракети, които са използвали като военно оръжие. Например през 1232 г., според хрониката, във войната с монголите са използвали стрели, оборудвани с ракети.

Първите опити за изграждане на реактивен самолет започват през 1910 г. За основа са взети ракетни изследвания от минали векове, които описват подробно използването на прахови ускорители, което може значително да намали продължителността на последващото изгаряне и излитане. Главен конструктор е румънският инженер Анри Коанда, който построява самолет, задвижван от бутален двигател. Пионерът на реактивното задвижване в технологиите с право може да се нарече инженер от Англия - Франк Уитъл, който предлага първите идеи за създаване на реактивен двигател и получава патента си за тях през г. края на XIXвек.

Първите реактивни двигатели

За първи път разработването на реактивен двигател в Русия се заема в началото на 20 век. Теорията за движението на реактивни превозни средства и ракетна техника, способни да развиват свръхзвукова скорост, е представена от известния руски учен К. Е. Циолковски. Талантливият дизайнер А. М. Люлка успя да претвори тази идея в живота. Именно той създава проекта на първия реактивен самолет в СССР, работещ с помощта на реактивна турбина. Първият реактивен самолет е създаден от немски инженери. Проектирането и производството се извършват тайно в камуфлажни фабрики. Хитлер, с идеята си да стане световен владетел, свързва най-добрите немски дизайнери, за да произвежда мощни оръжия, включително високоскоростни самолети. Най-успешният от тях е първият германски реактивен самолет Месершмит-262. Това самолетстана първият в света, който премина успешно всички тестове, свободно се издигна във въздуха и след това започна да се произвежда масово.

Самолетът имаше следните характеристики:

• Устройството имаше два турбореактивни двигателя.
• В носа беше разположен радар.
• максимална скоростсамолетът достигна 900 км/ч.

Благодарение на всички тези показатели и характеристики на дизайнапървият реактивен самолет "Messerschmitt-262" беше страхотно средство за борба с други самолети.

Прототипи на съвременни самолети

В следвоенния период руските дизайнери създадоха реактивни самолети, които по-късно станаха прототипи на съвременните самолети.

I-250, по-известен като легендарния МиГ-13, е изтребител, разработен от А. И. Микоян. Първият полет е извършен през пролетта на 1945 г., тогава реактивният изтребител показва рекордна скорост от 820 км/ч. Пуснати са в производство реактивните самолети МиГ-9 и Як-15.

През април 1945 г. за първи път реактивен самолет Сухой Су-5 се издига в небето, издигайки се и летейки благодарение на въздушно-реактивен мотор-компресор и бутален двигател, разположен в опашната част на конструкцията.

След края на войната и капитулацията на нацистка Германия съветски съюзкато трофеи отидоха при немски самолети с реактивни двигатели JUMO-004 и BMW-003.

Прототипи от първия свят

Не само немски и съветски дизайнери се занимаваха с разработването, тестването на нови самолети и тяхното производство. Инженери от САЩ, Италия, Япония и Великобритания също създадоха много успешни проекти, използващи реактивно задвижване в технологиите. Сред първите разработки различни видоведвигателите включват:

• Не-178 - немски самолет с турбореактивна електроцентрала, излетял през август 1939 г.
• ГлостърЕ. 28/39 - самолет, произхождащ от Обединеното кралство, с турбореактивен двигател, издигнат за първи път в небето през 1941 г.
• Not-176 - изтребител, създаден в Германия с помощта на ракетен двигател, направи първия си полет през юли 1939 г.
• БИ-2 е първият съветски самолет, задвижван от ракетна електроцентрала.
• Campini N.1 е реактивен самолет, създаден в Италия, който стана първият опит на италианските дизайнери да се отдалечат от буталния аналог.
• Yokosuka MXY7 Ohka ("Oka") с двигател Tsu-11 е японски изтребител-бомбардировач, така нареченият самолет за еднократна употреба с пилот камикадзе на борда.

Използването на реактивно задвижване в технологиите послужи като рязък тласък за бързото създаване на следващите реактивни самолети и по-нататъшното развитие на военното и гражданското самолетостроене.

1. GlosterMeteor, изтребител с дишане на въздух, произведен във Великобритания през 1943 г., изигра значителна роля във Втората световна война и след нейното завършване изпълняваше задачата да прехваща германски ракети V-1.
2. Lockheed F-80 е реактивен самолет, произведен в САЩ с двигател тип AllisonJ. Тези самолети са участвали в японско-корейската война повече от веднъж.
3. B-45 Tornado е прототип на съвременните американски бомбардировачи B-52, създадени през 1947 г.
4. МиГ-15 - последовател на признатия реактивен изтребител МиГ-9, който активно участва във военния конфликт в Корея, е произведен през декември 1947 г.
5. Ту-144 е първият съветски свръхзвуков реактивен пътнически самолет.

Съвременни реактивни превозни средства

Всяка година самолетите се подобряват, защото дизайнери от цял ​​свят работят за създаването на ново поколение самолети, способни да летят със скоростта на звука и свръхзвукови скорости. Сега има лайнери, които могат да поберат голям брой пътници и товари, с огромен размери невъобразима скорост над 3000 км/ч, военни самолети, оборудвани с модерна бойна техника.

Но сред това разнообразие има няколко дизайна на реактивни рекордьори:

1. Airbus A380 е най-просторният самолет, способен да побере 853 пътници на борда, което се осигурява от двупалубен дизайн. Той е и един от най-луксозните и скъпи самолети на нашето време. Най-големият пътнически самолет във въздуха.
2. Boeing 747 - повече от 35 години се смяташе за най-просторния двуетажен самолет и можеше да превозва 524 пътници.
3. АН-225 "Мрия" е товарен самолет с товароподемност от 250 тона.
4. LockheedSR-71 е реактивен самолет, който достига скорост от 3529 км/ч по време на полет.

Авиационните изследвания не стоят неподвижни, защото реактивните самолети са в основата на бързо развиващата се съвременна авиация. Сега се проектират няколко западни и руски пилотирани, пътнически, безпилотни самолети с реактивни двигатели, пускането на които е планирано за следващите няколко години.

Руските иновационни разработки на бъдещето включват изтребителя 5-то поколение ПАК ФА - Т-50, първите екземпляри от който ще постъпят във войските вероятно в края на 2017 г. или началото на 2018 г. след тестване на нов реактивен двигател.

Природата е пример за реактивно задвижване

Реактивният принцип на движение първоначално е предложен от самата природа. Неговото действие се използва от ларвите на някои видове водни кончета, медузи, много мекотели - миди, сепии, октоподи, калмари. Те прилагат един вид "принцип на отблъскване". Сепията поема вода и я изхвърля толкова бързо, че самите те правят скок напред. Калмарите, използващи този метод, могат да достигнат скорост до 70 километра в час. Ето защо този метод на движение позволи да се нарекат калмари "биологични ракети". Инженерите вече са изобретили двигател, който работи на принципа на движението на калмарите. Един пример за използване на реактивно задвижване в природата и технологията е водно оръдие.

Това е устройство, което осигурява движение с помощта на силата на водата, изхвърлена под силен натиск. В устройството водата се изпомпва в камерата и след това се освобождава от нея през дюза, а съдът се движи в посока, обратна на изхвърлянето на струята. Водата се засмуква от двигател, работещ с дизел или бензин.

Светът на растенията също ни предлага примери за реактивно задвижване. Сред тях има видове, които използват подобно движение, за да разпръснат семена, като лудата краставица. Само външно това растение е подобно на познатите ни краставици. А характеристиката „лудо“ получи заради странния начин на размножаване. Узрявайки, плодовете отскачат от дръжките. В резултат на това се отваря дупка, през която краставицата изстрелва вещество, съдържащо семена, подходящи за покълване, прилагайки реактивност. А самата краставица в същото време отскача до дванадесет метра в посока, обратна на изстрела.

Проявлението в природата и технологията на реактивното задвижване е подчинено на същите закони на Вселената. Човечеството все повече използва тези закони, за да постигне целите си не само в земната атмосфера, но и в космоса, а реактивното задвижване е отличен пример за това.