Този спинер може да се нарече първата в света парна турбина.

китайска ракета

Още по-рано, много години преди Херон от Александрия, Китай също изобретил реактивен двигателмалко по-различно устройство, което сега се нарича фойерверк ракета. Ракетите за фойерверки не трябва да се бъркат с техните съименници - сигнални ракети, които се използват в армията и флота, а също така се изстрелват на национални празници под рева на артилерийски салют. Сигналните ракети са просто куршуми, компресирани от вещество, което гори с цветни пламъци. Те се стрелят от едрокалибрени пистолети - ракетни установки.

Сигнални ракети - куршуми, компресирани от вещество, което гори с цветен пламък

китайска ракетаТова е картонена или метална тръба, затворена от единия край и пълна с прахообразен състав. Когато тази смес се запали, струя от газове, излизаща с висока скорост от отворения край на тръбата, кара ракетата да лети в посока, обратна на посоката на газовата струя. Такава ракета може да излети без помощта на ракетна установка. Пръчка, завързана за тялото на ракетата, прави полета й по-стабилен и прав.

Фойерверки с китайски ракети

Морски обитатели

В животинския свят:

Има и реактивно задвижване. Сепията, октоподите и някои други главоноги нямат нито перки, нито мощни опашки, но плуват също толкова добре, колкото и другите морски обитатели. Тези същества с меко тяло имат доста просторна торба или кухина в тялото. Водата се изтегля в кухината и след това животното изтласква тази вода с голяма сила. Реакцията на изхвърлената вода кара животното да плува в посока, обратна на посоката на струята.

Октопод - обитател на морето, който използва реактивно задвижване

падаща котка

Но най-интересният начин на движение беше демонстриран от обикновен котка.

Преди сто и петдесет години известен френски физик Марсел Депрезаяви:

И знаете ли, законите на Нютон не са съвсем правилни. Тялото може да се движи с помощта на вътрешни сили, без да разчита на нищо и без да се отблъсква от нищо.

Къде са доказателствата, къде са примерите? – протестираха слушатели.

искаш ли доказателство Моля те. Котка, която случайно падна от покрива - това е доказателството! Без значение как котката пада, дори и с наведена глава, тя определено ще стои на земята с четирите си лапи. Но в крайна сметка падаща котка не се обляга на нищо и не отблъсква нищо, а се преобръща бързо и сръчно. (Съпротивлението на въздуха може да се пренебрегне - то е твърде незначително.)

Всъщност всеки знае това: котки, падане; винаги успяват да се изправят на крака.

Котките правят това инстинктивно, но човек може да направи същото съзнателно. Плувците, скачащи от кула във водата, могат да изпълнят сложна фигура - тройно салто, тоест да се обърнат три пъти във въздуха и след това внезапно да се изправят, да спрат въртенето на тялото си и да се гмурнат във водата по права линия .

Същите движения, без взаимодействие с чужд предмет, се наблюдават в цирка по време на изпълнение на акробати - въздушни гимнастици.

Изпълнение на акробати - въздушни гимнастички

Падаща котка беше заснета с филмова камера и след това кадър по кадър беше разгледано на екрана какво прави котката, когато лети във въздуха. Оказа се, че котката бързо върти лапата си. Въртенето на крака предизвиква ответно движение - реакцията на цялото тяло и то се завърта в посока, обратна на движението на крака. Всичко се случва в строго съответствие със законите на Нютон и благодарение на тях котката се изправя на крака.

Същото се случва във всички случаи, когато живо същество без видима причина промени движението си във въздуха.

джет лодка

Изобретателите имаха идея защо да не възприемат техния начин на плуване от сепия. Те решиха да построят самоходен кораб с реактивен двигател. Идеята определено е осъществима. Вярно, нямаше сигурност в късмета: изобретателите се съмняваха дали е такъв джет лодкапо-добре от обикновен винт. Беше необходимо да се направи опит.

Водометна лодка - самоходен плавателен съд с водометен двигател

Те избраха стар теглещ параход, ремонтираха корпуса му, премахнаха витлата и монтираха помпа-струя в машинното отделение. Тази помпа изпомпваше извънбордова вода и я изтласкваше от кърмата със силна струя през тръба. Параходът плаваше, но все още се движеше по-бавно от витлов параход. И това се обяснява просто: обикновен витло се върти зад кърмата, не е ограничен от нищо, около него има само вода; водата в реактивната помпа се задвижваше от почти точно същото витло, но вече не се въртеше върху водата, а в стегната тръба. Имаше триене на водната струя по стените. Триенето отслаби натиска на струята. Параходът с реактивен двигател плаваше по-бавно от винтовия и изразходваше повече гориво.

Но строителството на такива кораби не беше изоставено: те откриха важни предимства. Кораб, оборудван с витло, трябва да стои дълбоко във водата, в противен случай витлото безполезно ще пени водата или ще се върти във въздуха. Следователно винтовите параходи се страхуват от плитчини и разломи, не могат да плават в плитки води. И водоструйните параходи могат да бъдат построени с плитко газене и плоско дъно: те не се нуждаят от дълбочина - където минава лодката, там ще мине водоструйният параход.

Първите водометни лодки в Съветския съюз са построени през 1953 г. в Красноярската корабостроителница. Те са предназначени за малки реки, където обикновените параходи не могат да плават.

Особено усърдно инженери, изобретатели и учени, ангажирани в изследването на реактивното задвижване, когато огнестрелни оръжия. Първите пушки - всякакви пистолети, мускети и самоходни пушки - при всеки изстрел удряха силно по рамото. След няколко десетки изстрела рамото започва да боли толкова много, че войникът вече не може да се прицели. Първите оръдия - пищялки, еднорози, кулверини и бомбарди - отскачаха назад при изстрел, така че се случваше да осакатяват артилеристи-артилеристи, ако нямаха време да се измъкнат и да скочат настрани.

Откатът на пистолета пречи на стрелбата, защото пистолетът потрепва, преди гюлето или гранатата да излетят от цевта. Събори върха. Стрелбата се оказва безцелна.

Стрелба с огнестрелно оръжие

Артилерийските инженери започнаха да се борят с отката преди повече от четиристотин и петдесет години. Първо, лафетът е оборудван с отварачка, която се блъска в земята и служи като солидна опора за пистолета. Тогава си помислиха, че ако оръдието е правилно подпряно отзад, така че да няма къде да се търкаля назад, тогава откатът ще изчезне. Но беше грешка. Законът за запазване на импулса не е взет предвид. Оръжията счупиха всички подпори и лафетите се разхлабиха толкова много, че пистолетът стана неподходящ за бойна работа. Тогава изобретателите осъзнават, че законите на движението, както и всички закони на природата, не могат да бъдат преработени по свой начин, те могат само да бъдат "надхитрени" с помощта на науката - механиката.

На каретата оставиха сравнително малък ботуш за спиране и цевта на пистолета беше поставена върху „шейната“, така че само една цев да се търкулна, а не целият пистолет. Цевта беше свързана с буталото на компресора, което се движи в цилиндъра си по същия начин като буталото на парна машина. Но в цилиндъра на парната машина - пара, а в компресора на пистолет - масло и пружина (или сгъстен въздух).

Когато дулото на пистолета се върти назад, буталото притиска пружината. По това време маслото се натиска през малките отвори в буталото от другата страна на буталото. Има силно триене, което частично абсорбира движението на търкалящия се варел, което го прави по-бавно и гладко. След това компресираната пружина се разширява и връща буталото, а с него и цевта на пистолета на първоначалното му място. Маслото притиска клапана, отваря го и тече свободно обратно под буталото. По време на бърза стрелба цевта на пистолета се движи напред-назад почти непрекъснато.

В компресор за пистолет отката се абсорбира от триене.

дулен спирачка

Когато мощността и обхватът на оръдията се увеличиха, компресорът не беше достатъчен, за да неутрализира отката. За да му помогне изобретил дулен спирачка.

Дулната спирачка е просто къса стоманена тръба, монтирана на среза на цевта и служеща като нейно продължение. Диаметърът му е по-голям от диаметъра на отвора и затова ни най-малко не пречи на снаряда да излети от дулото. Няколко продълговати дупки се изрязват по обиколката в стените на тръбата.

Дулна спирачка - Намалява отката на огнестрелните оръжия

Праховите газове, изпускани от цевта на пистолета, след като снарядът веднага се отклонява встрани и част от тях навлиза в отворите на дулната спирачка. Тези газове се удрят в стените на дупките с голяма сила, отблъскват се от тях и излитат, но не напред, а малко настрани и назад. В същото време те оказват натиск върху стените напред и ги избутват, а с тях и цялата цев на пистолета. Те помагат на монитора да пружинира, защото са склонни да карат цевта да се търкаля напред. И докато бяха в дулото, бутнаха пистолета назад. Дулната спирачка значително намалява и отслабва отката.

Други изобретатели са тръгнали по друг път. Вместо да се бият струйно движение на цевтаи за да се опитат да го изгасят, те решиха да използват отката на пистолета в полза на каузата. Тези изобретатели създадоха много примери за автоматични оръжия: пушки, пистолети, картечници и оръдия, при които откатът служи за изхвърляне на изстреляната гилза и презареждане на оръжието.

ракетна артилерия

Не можете изобщо да се биете с връщането, но го използвайте: в крайна сметка действието и реакцията (отката) са еквивалентни, равни по права, равни по величина, така че нека реактивно действие на прахови газове, вместо да избута назад цевта на пистолета, изпраща снаряда напред към целта. Така е създадена ракетна артилерия. При него струята от газове не удря напред, а назад, създавайки насочена напред реакция в снаряда.

За реактивен пистолетсе оказва ненужен скъп и тежък багажник. Една по-евтина проста желязна тръба е отлична за насочване на полета на снаряд. Можете изобщо да се справите без тръба и да накарате снаряда да се плъзга по две метални релси.

По своя дизайн ракетният снаряд е подобен на ракета за фойерверки, само че е по-голям по размер. В челната му част, вместо композиция за цветен бенгалски огън, е поставен експлозивен заряд с голяма разрушителна сила. Средата на снаряда е пълна с барут, който при изгаряне създава мощна струя от горещи газове, които тласкат снаряда напред. В този случай изгарянето на барута може да продължи значителна част от времето на полета, а не само този кратък период от време, докато конвенционален снаряд се движи в цевта на конвенционален пистолет. Изстрелът не е придружен от толкова силен звук.

Ракетната артилерия не е по-млада от обикновената артилерия, а може би дори е по-стара от нея: древните китайски и арабски книги, написани преди повече от хиляда години, съобщават за бойното използване на ракети.

В описанията на битките от по-късно време не, не и дори споменаването на бойни ракети ще мига. Когато британските войски завладяват Индия, индийските воини-ракетчици със своите огнени стрели ужасяват британските нашественици, които поробват родината им. За британците по това време реактивните оръжия са любопитство.

Ракетни гранати, изобретени от генерал К. И. Константинов, смелите защитници на Севастопол през 1854-1855 г. отблъснаха атаките на англо-френските войски.

Ракета

Огромно предимство пред конвенционалната артилерия - нямаше нужда да се носят тежки оръдия - привлече вниманието на военните лидери към ракетната артилерия. Но също толкова голям недостатък възпрепятства подобряването му.

Факт е, че хвърляне или, както се казваше, сила, заряд може да бъде направен само от черен барут. А черният барут е опасен за работа. Случвало се е по време на производството ракетизадвижващият заряд експлодира и работниците загинаха. Понякога ракетата експлодира по време на изстрелване и стрелците умират. Беше опасно да се правят и използват такива оръжия. Поради това не е получил широко разпространение.

Успешно започналата работа обаче не доведе до изграждането на междупланетен космически кораб. Германските фашисти подготвят и отприщват кървава световна война.

Ракета

Недостатъкът в производството на ракети беше елиминиран от съветските дизайнери и изобретатели. По време на Великата отечествена война те дадоха на нашата армия отлично реактивно оръжие. Построени са гвардейски минохвъргачки - изобретени са "Катюши" и РС ("ерес") - ракети.

Ракета

По качество съветската ракетна артилерия превъзхожда всички чуждестранни образци и нанася огромни щети на враговете.

Защитавайки родината, съветските хора бяха принудени да поставят всички постижения на ракетната техника в услуга на отбраната.

Във фашистките държави много учени и инженери още преди войната интензивно разработват проекти за нечовешки инструменти за унищожение и кланета. Това те смятаха за цел на науката.

самоуправляващ се самолет

По време на войната инженерите на Хитлер построяват няколкостотин самоуправляващ се самолет: снаряди "V-1" и ракети "V-2". Те са били черупки с форма на пура, които са били дълги 14 метра и 165 сантиметра в диаметър. Смъртоносната пура тежеше 12 тона; от тях 9 тона гориво, 2 тона корпус и 1 тон експлозиви. "V-2" летеше със скорост до 5500 километра в час и можеше да се издигне на височина от 170-180 километра.

Тези средства за унищожаване не се различаваха по точност на удара и бяха подходящи само за обстрел на такива големи цели като големи и гъсто населени градове. Германските фашисти произвеждат "Фау-2" на 200-300 километра от Лондон в очакване, че градът е голям - да, ще стигне донякъде!

Едва ли Нютон е могъл да си представи, че неговият гениален опит и откритите от него закони на движение ще залегнат в основата на оръжията, създадени от зверска злоба към хората, а цели квартали на Лондон ще се превърнат в руини и ще станат гробове на хора, заловени от нападение на слепи FAA.

космически кораб

В продължение на много векове хората са мечтали да летят в междупланетното пространство, да посетят Луната, мистериозния Марс и облачната Венера. По темата са написани множество научнофантастични романи, новели и разкази. Сценаристите изпращаха своите герои до небесните разстояния на дресирани лебеди, в балони, в оръдейни снаряди или по някакъв друг невероятен начин. Въпреки това, всички тези методи на полет се основават на изобретения, които нямат подкрепа в науката. Хората само вярваха, че някой ден ще могат да напуснат нашата планета, но не знаеха как могат да го направят.

Забележителен учен Константин Едуардович Циолковскиза първи път през 1903 г даде научна основа на идеята за пътуване в космоса. Той доказа, че хората могат да напуснат земното кълбо и ракетата ще служи като средство за това, защото ракетата е единственият двигател, който не се нуждае от външна опора за своето движение. Следователно ракетаспособен да лети в безвъздушно пространство.

Ученият Константин Едуардович Циолковски - доказа, че хората могат да напуснат земното кълбо на ракета

По своята конструкция космическият кораб трябва да прилича на ракетен снаряд, само че в главата му ще има кабина за пътници и прибори, а останалото пространство ще бъде заето от горивната смес и двигателя.

За да осигурите правилната скорост на кораба, имате нужда от правилното гориво. Барутът и другите експлозиви в никакъв случай не са подходящи: те са опасни и горят твърде бързо, без да осигуряват дългосрочно задвижване. К. Е. Циолковски препоръчва използването на течно гориво: алкохол, бензин или втечнен водород, изгарящи в поток от чист кислород или някакъв друг окислител. Всички признаха правилността на този съвет, защото по онова време не познаваха най-доброто гориво.

Първата ракета с течно гориво, тежаща шестнадесет килограма, е тествана в Германия на 10 април 1929 г. Експериментална ракета излетя във въздуха и изчезна от погледа, преди изобретателят и всички присъстващи да успеят да проследят накъде е полетяла. След експеримента не беше възможно да се намери ракета. Следващият път изобретателят реши да „надхитри“ ракетата и завърза към нея въже с дължина четири километра. Ракетата излетя, влачейки въжената си опашка след себе си. Тя извади два километра въже, скъса го и последва предшественика си в неизвестна посока. И този беглец също не можа да бъде намерен.

Реактивното задвижване се основава на принципа на отката. В ракета, по време на изгаряне на гориво, газове, нагрети до висока температура, се изхвърлят от дюзата с висока скорост U спрямо ракетата. Нека означим масата на изхвърлените газове с m, а масата на ракетата след изтичането на газове с M. Тогава за затворената система "ракета + газове" може да се запише на базата на закона за запазване на импулса (чрез аналогия с проблема за стрелба с пистолет):, V= - където V - скорост на ракетата след изгорели газове.

Тук се приема, че началната скорост на ракетата е нула.

Получената формула за скоростта на ракетата е валидна само при условие, че цялата маса изгоряло гориво се изхвърля от ракетата едновременно. Всъщност изтичането става постепенно през цялото време на ускореното движение на ракетата. Всяка следваща порция газ се изхвърля от ракетата, която вече е придобила определена скорост.

За да се получи точна формула, процесът на изтичане на газ от ракетна дюза трябва да се разгледа по-подробно. Нека ракетата в момента t има маса M и се движи със скорост V. За кратък период от време Dt определена порция газ ще бъде изхвърлена от ракетата с относителна скорост U. Ракетата в момента t + Dt ще има скорост и масата му ще стане равна на M + DM , където DM< 0 (рис. 1.17.3 (2)). Масса выброшенных газов будет, очевидно, равна -ДM >0. Скоростта на газовете в инерционната рамка OX ще бъде равна на V+U. Прилагаме закона за запазване на импулса. В момент t + Dt импулсът на ракетата е равен на ()(M + DM) и импулсът на излъчените газове е равен на В момент t импулсът на цялата система е равен на MV. Ако приемем, че системата „ракета + газове“ е затворена, можем да напишем:

Стойността може да бъде пренебрегната, тъй като |DM|<< M. Разделив обе части последнего соотношения на Дt и перейдя к пределу при Дt >0, получаваме

Стойността е разходът на гориво за единица време. Стойността се нарича сила на реактивна тяга F p Силата на реактивна тяга действа върху ракетата от изтичащите газове, тя е насочена в посока, обратна на относителната скорост. Съотношение

изразява втория закон на Нютон за тяло с променлива маса. Ако газовете се изхвърлят от соплото на ракетата строго назад (фиг. 1.17.3), тогава в скаларна форма това съотношение приема формата:

където u е модулът на относителната скорост. Използвайки математическата операция на интегриране от тази връзка, можете да получите формулата за крайната скорост x на ракетата:

където е отношението на началната и крайната маса на ракетата. Тази формула се нарича формула на Циолковски. От това следва, че крайната скорост на ракетата може да надвиши относителната скорост на изтичане на газове. Следователно ракетата може да бъде ускорена до високи скорости, необходими за космически полети. Но това може да се постигне само чрез изразходване на значителна маса гориво, което е голяма част от първоначалната маса на ракетата. Например, за да се постигне първата космическа скорост x \u003d x 1 \u003d 7,9 10 3 m / s при u \u003d 3 10 3 m / s (скоростите на изтичане на газ по време на изгаряне на гориво са от порядъка на 2-4 km / s ), началната маса на едностепенна ракета трябва да бъде около 14 пъти по-голяма от крайната маса. За да се достигне крайната скорост x = 4u, съотношението трябва да бъде = 50.

Значително намаляване на стартовата маса на ракетата може да се постигне с помощта на многостепенни ракети, когато степените на ракетата са разделени, докато горивото изгаря. От процеса на последващо ускорение на ракетата са изключени маси от контейнери, съдържащи гориво, отработени двигатели, системи за управление и т. н. Именно по пътя на създаването на икономични многостепенни ракети се развива съвременната ракетна наука.

Законът за запазване на импулса е от голямо значение за изучаването на реактивното задвижване.

Под реактивно задвижванеразбират движението на тяло, което възниква, когато определена част от него се отдели с определена скорост спрямо него. (Например, когато продуктите от горенето изтичат от дюзата на реактивен самолет). Това поражда т.нар Реактивна силабутане на тялото.

Много е лесно да се наблюдава движението на струята. Надуйте бебешкия гумен балон и го пуснете. Топката ще лети бързо (фиг. 5.4). Движението обаче ще е краткотрайно. Реактивната сила действа само докато продължава изтичането на въздух. Основната характеристика на реактивната сила е, че тя възниква в резултат на взаимодействието на части от системата без никакво взаимодействие с външни тела. В нашия пример топката лети поради взаимодействие с въздушния поток, изтичащ от нея. Силата, която придава ускорение на пешеходец на земята, параход на вода или самолет с витло във въздуха, възниква само поради взаимодействието на тези тела със земята, водата или въздуха.

Разгледайте примери за решаване на проблеми за прилагането на закона за запазване на импулса и реактивното задвижване.

1. Автомобил 10t с автоскачник, движещ се със скорост 12m/s, настига същия автомобил от 20t, движещ се със скорост 6m/s и се скачва с него. Движейки се заедно, двата вагона се сблъскват с третия вагон, тежащ 7,5 тона, стоящ на релсите. Намерете скоростите на автомобилите на различни участъци от пистата. Игнорирайте триенето.

дадени: м 1 = 10 кг м2= 20 кг м 3= 7,5 кг 1 =12m/s 2 = 6m/s	Решение: Въз основа на закона за запазване на импулса имаме , Където е общата скорост на движение на две коли, - три коли. Решавайки уравнението, намираме От уравнението намираме Заместете числените стойности \u003d (10 10 3 12+ 20 6) / (10 + 20) \u003d 8 (m / s) \u003d 6,4 m / s Отговор:= 8 m/s; = 6,4 m/s
-? -?

2. Куршумът излита от пушка със скорост n = 900 m/s. Намерете скоростта на пушката при откат, ако нейната маса е м 500 пъти масата на куршума мП.

Дадено е: n = 900m/s м c = 500 мП

Решение: Инерцията на пушката с куршума преди изстрел беше нула. Тъй като можем да приемем, че системата пушка-куршум е изолирана при изстрел (външните сили, действащи върху системата, не са равни на нула, а се изравняват), нейният импулс ще остане непроменен. Като проектираме всички импулси върху ос, успоредна на скоростта на куршума и съвпадаща с нея по посока, можем да запишем ; оттук . в = - Знакът "-" показва, че посоката на скоростта на пушката е противоположна на посоката на скоростта на куршума. Отговор: в =

в -?

3. Граната, летяща със скорост = 15 m / s, избухна на две части с маси м 1 = 6 кг и m 2 = 14 кг. Скоростта на по-големия фрагмент 2 =24m/s е насочена по същия начин, както скоростта на гранатата преди експлозията. Намерете посоката и модула на скоростта на по-малкия фрагмент.

Тъй като посоките на скорости и 2 съвпадат, тогава скорост 1 ще има или една и съща

посока или обратната посока. Съвместима с тази посока е координатната ос, при-

приемайки посоката на векторите и 2 като положителна посока на оста. Ще проектираме уравнението

върху избраната координатна ос. Получаваме скаларно уравнение

Заменете числовите стойности и изчислете:

Знакът "-" показва, че скорост 1 е насочена в посока, обратна на посоката на полета на гранатата.

Отговор:

4. Две топки с маса, които m 1=0,5 кг и м2\u003d 0,2 kg, се движат по гладка хоризонтална повърхност един към друг със скорости и . Определете тяхната скорост след централния абсолютно нееластичен удар.

дадени: m 1=0,5 кг м2=0,2 кг

Решениеос ОХнаправо по линията, минаваща през центровете на движещите се топки по посока на скоростта. След съвършено нееластичен удар топките се движат със същата скорост. Тъй като по оста ОХвъншни сили не действат (няма триене), тогава сумата от проекциите на импулсите върху тази ос се запазва (сумата от проекциите на импулсите на двете топки преди удара е равна на проекцията на общия импулс на системата след удара).

- ?

Тъй като , a , тогава .

След удара топките ще се движат в отрицателната посока на оста ОХсъс скорост 0,4 m/s.

Отговор:= 0,4 m/s

5. Две пластилинови топки, съотношението на масите на които m2/m1=4, след сблъсъка те се залепиха и започнаха да се движат по гладка хоризонтална повърхност със скорост (виж фигурата). Определете скоростта на леката топка преди сблъсъка, ако тя се е движила 3 ​​пъти по-бързо от тежката (), а посоките на движение на топките са взаимно перпендикулярни. Игнорирайте триенето.

Записваме това уравнение в проекции върху оста ОХи ойосъществени досега

но на снимката: ,

.

От тогава .

Модулът на скоростта е: .

Така че, .

Задачи за самостоятелно решаване

1. Две топки с маса, които m 1и м2, се движат по гладка хоризонтална повърхност един срещу друг със скорости и . Определете тяхната скорост след централния абсолютно нееластичен удар.

№ вар

m 1

м2

2. Маса на вагона m 1 с автоматична връзка, движейки се със скорост , изпреварва същия по маса вагон м2 , движещ се със скорост , и е свързан с него. Движейки се заедно, двете коли се сблъскват с третата кола по маса м 3 . Намерете скоростите на автомобилите на различни участъци от пистата. Игнорирайте триенето.

№ вар

m 1

м2

м 3

3. Решавам проблеми

Варианти 1,6,11,16,21,26 задача номер 4

Варианти 2,7,12,17,22,27 задача номер 5

Варианти 3,8,13,18,23,28 задача номер 6

Варианти 4,9,14,19,24,29 задача номер 7

Варианти 5,10,15,20,25,30 задача номер 8

4. Човек, стоящ на леда с маса m 1\u003d 60 kg хваща топката с маса м2\u003d 0,50 kg, който лети хоризонтално със скорост \u003d 20 m / s. Колко далеч ще се търкаля човек с топка по хоризонтална повърхност на лед, ако коефициентът на триене е к=0,050?

5. Куршум с тегло 10 g излита от пушка с маса 4,0 kg със скорост 700 m/s. Какъв е откатът на пушката при изстрел, ако е окачена хоризонтално на нишки? До каква височина се издига пушката след изстрел?

6. Снаряд с тегло 4,0 kg излита от цевта на оръдието в хоризонтална посока със скорост 1000 m/s. Определете средната сила на съпротивление на устройствата за откат, ако дължината на връщане на цевта по водачите на неподвижния пистолет е 1,0 m, а теглото на цевта е 320 kg.

7. Ракета, чиято маса е без гориво m 1\u003d 400 g, когато горивото се изгаря, то се издига на височина ч=125м. Маса на горивото м2=50гр. определяне на скоростта на излизане на газове от ракетата, като се приеме, че изгарянето на горивото става мигновено.

8. Маса на сала м 1=400кг и дължина л\u003d 10m почива в неподвижна вода. Две момчета с маси м2=60 кг и m 3 = 40 кг, стоящи в противоположните краища на сала, едновременно започват да се движат един към друг с еднаква скорост и спират, когато се срещнат. Колко далеч ще се движи сала?

Реактивно задвижване. Формула на Циолковски.

Реактивното задвижване се основава на принципа на отката. В ракета, по време на изгаряне на гориво, газове, нагрети до висока температура, се изхвърлят от дюзата с висока скорост U спрямо ракетата. Нека означим масата на изхвърлените газове с m, а масата на ракетата след изтичането на газове с M. Тогава за затворената система "ракета + газове" може да се запише на базата на закона за запазване на импулса (чрез аналогия със задачата за стрелба с пистолет): , V= - където V - скорост на ракетата след изгорели газове.

Тук се приема, че началната скорост на ракетата е нула.

Получената формула за скоростта на ракетата е валидна само при условие, че цялата маса изгоряло гориво се изхвърля от ракетата едновременно. Всъщност изтичането става постепенно през цялото време на ускореното движение на ракетата. Всяка следваща порция газ се изхвърля от ракетата, която вече е придобила определена скорост.

За да се получи точна формула, процесът на изтичане на газ от ракетна дюза трябва да се разгледа по-подробно. Нека ракетата в момента t има маса M и се движи със скорост V. За кратък интервал от време Δt определена порция газ ще бъде изхвърлена от ракетата с относителна скорост U. Ракетата в момента t + Δt ще има скорост и масата му ще стане равна на M + ΔM , където ∆M< 0 (рис. 1.17.3 (2)). Масса выброшенных газов будет, очевидно, равна –ΔM >0. Скоростта на газовете в инерционната рамка OX ще бъде равна на V+U. Прилагаме закона за запазване на импулса. В момент t + Δt импулсът на ракетата е ()(M + ΔM) и импулсът на излъчените газове е

Ма = му,

където u е модулът на относителната скорост. Използвайки операцията за математическо интегриране, от тази връзка можете да получите формула за крайната скорост υ на ракетата:

където е отношението на началната и крайната маса на ракетата. Тази формула се нарича формула на Циолковски. От това следва, че крайната скорост на ракетата може да надвиши относителната скорост на изтичане на газове. Следователно ракетата може да бъде ускорена до високи скорости, необходими за космически полети. Но това може да се постигне само чрез изразходване на значителна маса гориво, което е голяма част от първоначалната маса на ракетата. Например, за да се постигне първата космическа скорост υ = υ 1 = 7,9 10 3 m/s при u = 3 10 3 m/s (скоростите на изтичане на газ по време на изгаряне на гориво са от порядъка на 2–4 km/s), началната маса на едностепенна ракета трябва да бъде около 14 пъти по-голяма от крайната маса. За да се постигне крайната скорост υ = 4u, съотношението трябва да бъде = 50.

Значително намаляване на стартовата маса на ракетата може да се постигне с помощта на многостепенни ракети, когато степените на ракетата са разделени, докато горивото изгаря. От процеса на последващо ускорение на ракетата са изключени маси от контейнери, съдържащи гориво, отработени двигатели, системи за управление и т. н. Именно по пътя на създаването на икономични многостепенни ракети се развива съвременната ракетна наука.

Днес повечето хора, разбира се, свързват реактивното задвижване предимно с най-новите научни и технически разработки. От учебниците по физика знаем, че под "реактивен" разбират движението, което възниква в резултат на отделяне от обект (тяло) на някоя негова част. Човек искаше да се издигне в небето до звездите, той се стремеше да лети, но успя да изпълни мечтата си само с появата на реактивни самолети и стъпаловидни космически кораби, способни да пътуват на големи разстояния, ускорявайки се до свръхзвукови скорости, благодарение на инсталираните модерни реактивни двигатели на тях. Дизайнерите и инженерите разработиха възможността за използване на реактивно задвижване в двигатели. Фантастите също не останаха настрана, предлагайки най-невероятните идеи и начини за постигане на тази цел. Изненадващо, този принцип на движение е широко разпространен в дивата природа. Достатъчно е да се огледате, можете да забележите обитателите на моретата и сушата, сред които има растения, в основата на които е реактивният принцип.

История

Още в древни времена учените с интерес изучават и анализират явленията, свързани с реактивното задвижване в природата. Един от първите, който теоретично обосновава и описва същността му, е Херон, механик и теоретик на Древна Гърция, който изобретява първата парна машина, наречена на негово име. Китайците успяха да намерят практическо приложение на струйния метод. Те бяха първите, които взеха за основа метода на движение на сепия и октоподи, още през 13 век изобретиха ракети. Те са били използвани във фойерверки, правейки голямо впечатление, а също и като сигнални ракети, може да е имало живи ракети, които са били използвани като ракетна артилерия. С течение на времето тази технология дойде в Европа.

Н. Кибалчич става откривател на новото време, като изобретява схема за прототип на самолет с реактивен двигател. Той беше изключителен изобретател и убеден революционер, за което беше в затвора. Докато беше в затвора, той влезе в историята, като създаде своя проект. След екзекуцията му за активна революционна дейност и говорене срещу монархията, изобретението му е забравено в рафтовете на архивите. Известно време по-късно К. Циолковски успя да подобри идеите на Кибалчич, доказвайки възможността за изследване на космоса чрез реактивно движение на космически кораби.

По-късно, по време на Великата отечествена война, се появяват известните катюши, полеви ракетни артилерийски системи. Така че нежното име на хората неофициално се отнася до мощните инсталации, използвани от силите на СССР. Не е известно със сигурност, във връзка с което оръжието е получило това име. Причината за това беше или популярността на песента на Blanter, или буквата "K" върху тялото на хоросана. С течение на времето войниците на фронтовата линия започнаха да дават прякори на други оръжия, като по този начин създаде нова традиция. Германците, от друга страна, нарекоха тази бойна ракетна установка „Сталински орган“ заради външния й вид, който приличаше на музикален инструмент и пронизителния звук, който идваше от изстрелващите ракети.

Зеленчуков свят

Представителите на фауната също използват законите на реактивното задвижване. Повечето от растенията с такива свойства са едногодишни и млади: бодлив, чесън с дръжки, сърцевиден пикулник, двойно нарязан пикулник, мехрингия с три жилки.

Бодливата, иначе луда краставица, принадлежи към семейството на кратуновите. Това растение достига големи размери, има дебел корен с грапаво стъбло и големи листа. Расте на територията на Централна Азия, Средиземноморието, Кавказ, доста често се среща в южната част на Русия и Украйна. Вътре в плода, по време на периода на зреене, семената се превръщат в слуз, която под въздействието на температурите започва да ферментира и отделя газ. По-близо до узряването, налягането вътре в плода може да достигне 8 атмосфери. След това с леко докосване плодът се откъсва от основата и семената с течност излитат от плода със скорост 10 m/s. Поради способността да стреля на 12 м дължина, растението беше наречено "дамски пистолет".

Сърцевината на пипкавия е едногодишен широко разпространен вид. Среща се, като правило, в сенчести гори, по бреговете на реките. Веднъж в североизточната част на Северна Америка и в Южна Африка, той успешно се вкорени. Пипкавото сърце се размножава със семена. Семената в чувствителната сърцевина са малки, с тегло не повече от 5 mg, които се хвърлят на разстояние 90 см. Благодарение на този метод на разпространение на семената растението получи името си.

Животински свят

Реактивно задвижване - интересни факти за животинския свят. При главоногите реактивното движение се осъществява чрез вода, издишвана през сифон, който обикновено се стеснява до малък отвор, за да се постигне максимална скорост на издишване. Водата преминава през хрилете преди издишване, изпълнявайки двойната цел на дишане и движение. Морските зайци, иначе коремоноги, използват подобни средства за придвижване, но без сложния неврологичен апарат на главоногите, те се движат по-тромаво.

Някои рицарски риби също са развили реактивно задвижване, като пропускат вода през хрилете си, за да допълнят задвижването с перки.

При ларвите на водните кончета реактивната мощност се постига чрез изместване на водата от специализирана кухина в тялото. Миди и кардиди, сифонофори, туники (като салпи) и някои медузи също използват реактивно задвижване.

През повечето време мидите лежат тихо на дъното, но в случай на опасност бързо затварят клапите на черупките си, така че изтласкват водата. Този механизъм на поведение също говори за използването на принципа на изместване на струята. Благодарение на него мидите могат да изплуват и да се движат на голямо разстояние, използвайки техниката за отваряне-затваряне на черупката.

Калмарът също използва този метод, абсорбира вода и след това я избутва през фунията с голяма сила, се движи със скорост най-малко 70 км / ч. Събирайки пипалата в един възел, тялото на калмара образува рационализирана форма. Като взеха за основа такъв двигател с калмари, инженерите проектираха водно оръдие. Водата в него се засмуква в камерата и след това се изхвърля през дюзата. Така съдът се насочва в посока, обратна на изхвърлената струя.

В сравнение с калмарите, салпите използват най-ефективните двигатели, изразходвайки порядък по-малко енергия от калмарите. Когато се движи, салпата изхвърля вода в дупката отпред и след това навлиза в широка кухина, където хрилете са опънати. След глътка дупката се затваря и с помощта на свиващи се надлъжни и напречни мускули, които компресират тялото, водата се изхвърля през дупката отзад.

Най-необичайният от всички механизми на движение може да се похвали с обикновена котка. Марсел Депре предполага, че тялото може да се движи и променя позицията си дори само с помощта на вътрешни сили (без да се отблъсква или разчита на каквото и да било), от което може да се заключи, че законите на Нютон може да са погрешни. Доказателство за предположението му може да служи котка, паднала от високо. По време на падането с главата надолу тя все още ще кацне на всичките си лапи, това вече се е превърнало в аксиома. След като снимахме подробно движението на котката, успяхме да видим всичко, което тя прави във въздуха кадър по кадър. Видяхме нейното движение с лапата, което предизвика реакция на тялото, завъртащо се в посока, обратна на движението на лапата. Действайки според законите на Нютон, котката се приземи успешно.

При животните всичко се случва на ниво инстинкт, човек от своя страна го прави съзнателно. Професионалните плувци, скочили от кулата, имат време да се обърнат три пъти във въздуха и след като успеят да спрат въртенето, те се изправят строго вертикално и се гмуркат във водата. Същият принцип важи и за гимнастичките във въздушния цирк.

Колкото и да се опитва човек да надмине природата, като подобрява създадените от нея изобретения, все още не сме достигнали това технологично съвършенство, когато самолетите могат да повтарят действията на водно конче: да кръжат във въздуха, моментално да се движат назад или да се преместят в страна. И всичко това се случва на висока скорост. Може би ще мине малко повече време и самолетът, благодарение на корекциите на характеристиките на аеродинамиката и реактивните способности на водните кончета, ще може да прави остри завои и да стане по-малко податлив на външни условия. След като е надникнал от природата, човек все още може да подобри много в полза на техническия прогрес.

Законите на Нютон ни позволяват да обясним едно много важно механично явление - реактивно задвижване. Така се нарича движението на тяло, което възниква, когато част от него се отдели от него с някаква скорост.

Вземете например детски гумен балон, надуйте го и го пуснете. Ще видим, че когато въздухът започне да го напуска в една посока, самият балон ще лети в другата посока. Това е реактивно задвижване.

Според принципа на реактивното задвижване се движат някои представители на животинския свят, като калмари и октоподи. Периодично изхвърляйки водата, която поемат, те могат да достигнат скорост до 60-70 км / ч. Медузите, сепията и някои други животни се движат по подобен начин.

Примери за реактивно задвижване могат да бъдат намерени и в растителния свят. Например, узрелите плодове на "лудата" краставица при най-малкото докосване отскачат от дръжката и от дупката, образувана на мястото на отделения крак, със сила се изхвърля горчива течност със семена; самите краставици излитат в обратна посока.

Реактивното движение, което възниква, когато водата се изхвърля, може да се наблюдава в следния експеримент. Нека налеем вода в стъклена фуния, свързана с гумена тръба с L-образен накрайник (фиг. 20). Ще видим, че когато водата започне да се излива от тръбата, самата тръба ще започне да се движи и ще се отклони в посока, обратна на посоката на изтичане на водата.

Полетите се извършват на принципа на реактивното задвижване. ракети. Модерната космическа ракета е много сложен самолет, състоящ се от стотици хиляди и милиони части. Масата на ракетата е огромна. Състои се от масата на работния флуид (т.е. горещи газове, получени в резултат на изгарянето на гориво и изхвърлени под формата на струен поток) и крайната или, както се казва, „суха“ маса на ракетата, останала след изхвърлянето на работната течност от ракетата.

„Сухата“ маса на ракетата от своя страна се състои от масата на конструкцията (т.е. черупката на ракетата, нейните двигатели и система за управление) и масата на полезния товар (т.е. научното оборудване, тялото на космически кораб, който се извежда в орбита, екипажът и системата за поддържане на живота на кораба).

С изтичането на работния флуид празните резервоари, излишните части от обвивката и т.н. започват да натоварват ракетата с ненужен товар, затруднявайки ускорението. Затова за постигане на космически скорости се използват композитни (или многостепенни) ракети (фиг. 21). Първоначално в такива ракети работят само блокове от първа степен 1. Когато запасите от гориво в тях свършат, те се разделят и се включва втора степен 2; след като горивото в него се изчерпи, то също се отделя и се включва третата степен 3. Сателитът или друг космически кораб, разположен в главата на ракетата, е покрит с челен обтекател 4, чиято обтекаема форма спомага за намаляване на въздушно съпротивление, когато ракетата лети в земната атмосфера.

Когато струя реактивен газ се изхвърля от ракета с висока скорост, самата ракета се втурва в обратната посока. Защо се случва това?

Според третия закон на Нютон силата F, с която ракетата действа върху работния флуид, е равна по големина и противоположна по посока на силата F, с която работният флуид действа върху тялото на ракетата:

Сила F" (която се нарича реактивна сила) и ускорява ракетата.

От равенството (10.1) следва, че импулсът, предаван на тялото, е равен на произведението на силата и времето на нейното действие. Следователно едни и същи сили, действащи за едно и също време, дават на телата еднакви импулси. В този случай импулсът m p v p, придобит от ракетата, се дължи на импулса m газ v газ на изхвърлените газове:

m p v p = m газ v газ

От това следва, че скоростта на ракетата

Нека анализираме получения израз. Виждаме, че скоростта на ракетата е толкова по-голяма, колкото по-голяма е скоростта на изхвърлените газове и колкото по-голямо е отношението на масата на работния флуид (т.е. масата на горивото) към крайната („суха“) маса на ракета.

Формулата (12.2) е приблизителна. Не отчита, че с изгарянето на горивото масата на летящата ракета става все по-малка. Точната формула за скоростта на ракета е получена за първи път през 1897 г. от К. Е. Циолковски и затова носи неговото име.

Формулата на Циолковски ви позволява да изчислите запасите от гориво, необходими за предаване на дадена скорост на ракета. Таблица 3 показва съотношенията на началната маса на ракетата m0 към нейната крайна маса m, съответстваща на различни скорости на ракетата при скорост на газовата струя (спрямо ракетата) v = 4 km/s.

Например, за да се съобщи скорост на ракета, която е 4 пъти по-висока от скоростта на изтичане на газове (v p \u003d 16 km / s), е необходимо първоначалната маса на ракетата (заедно с горивото) да надвишава крайната („суха“) маса на ракетата 55 пъти (m 0 /m = 55). Това означава, че лъвският пай от цялата маса на ракетата в началото трябва да бъде точно масата на горивото. Полезният товар в сравнение с него трябва да има много малка маса.

Важен принос за развитието на теорията за реактивното задвижване е направен от съвременника на К. Е. Циолковски, руския учен И. В. Мещерски (1859-1935). На негово име е кръстено уравнението за движение на тяло с променлива маса.

1. Какво е реактивно задвижване? Дай примери. 2. В експеримента, показан на фигура 22, когато водата изтича през извити тръби, кофата се върти в посоката, посочена от стрелката. Обяснете явлението. 3. Какво определя скоростта, придобита от ракета след изгаряне на гориво?