Kas yra reaktyvusis judėjimas fizikoje. Reaktyvinis varymas technologijose

Daugeliui žmonių pati „reaktyvinio varymo“ sąvoka stipriai asocijuojasi su šiuolaikiniais mokslo ir technologijų, ypač fizikos, laimėjimais, o jų galvose iškyla reaktyvinių lėktuvų ar net erdvėlaivių, skriejančių viršgarsiniu greičiu, naudojant liūdnai pagarsėjusius reaktyvinius variklius, vaizdai. Tiesą sakant, reaktyvinio judėjimo reiškinys yra daug senesnis nei pats žmogus, nes jis pasirodė gerokai anksčiau nei mes, žmonės. Taip, gamtoje reaktyvinis variklis aktyviai atstovaujamas: medūzos ir sepijos milijonus metų plaukioja jūros gelmėse, naudodamos tą patį principą, kuriuo šiandien skraido modernūs viršgarsiniai reaktyviniai lėktuvai.

Reaktyvinio judėjimo istorija

Nuo seniausių laikų įvairūs mokslininkai stebėjo reaktyvaus judėjimo reiškinius gamtoje, pirmasis apie tai parašė senovės graikų matematikas ir mechanikas Heronas, nors jis niekada nenuėjo toliau nei teorija.

Jei kalbėsime apie praktinį reaktyvinio varymo pritaikymą, tada pirmieji buvo išradingi kinai. Maždaug XIII amžiuje jie sumanė pasiskolinti aštuonkojų ir sepijų judėjimo principą išradę pirmąsias raketas, kurias pradėjo naudoti ir fejerverkams, ir karinėms operacijoms (kaip koviniams ir signaliniams ginklams). Kiek vėliau šį naudingą kinų išradimą perėmė arabai, o iš jų – europiečiai.

Žinoma, pirmosios įprastinės reaktyvinės raketos buvo gana primityvios konstrukcijos ir kelis šimtmečius jos praktiškai nesivystė, atrodė, kad reaktyvinės jėgos raidos istorija sustojo. Proveržis šiuo klausimu įvyko tik XIX a.

Kas atrado reaktyvinį variklį?

Galbūt „naujosios eros“ reaktyvinio varymo atradėjo laurus galima skirti Nikolajui Kibalchičiui, ne tik talentingam Rusijos išradėjui, bet ir ne visą darbo dieną dirbančiam revoliucionieriui-Liaudies savanoriui. Savo projektą reaktyviniam varikliui ir lėktuvą žmonėms jis sukūrė sėdėdamas karališkajame kalėjime. Kibalchichui vėliau buvo įvykdyta mirties bausmė už revoliucinę veiklą, o jo projektas liko rinkti dulkes carinės slaptosios policijos archyvų lentynose.

Vėliau Kibalchicho darbai šia kryptimi buvo atrasti ir papildyti kito talentingo mokslininko K. E. Ciolkovskio darbais. 1903–1914 m. jis paskelbė daugybę darbų, kuriuose įtikinamai įrodė galimybę panaudoti reaktyvinį variklį kuriant erdvėlaivius kosmoso tyrinėjimams. Jis taip pat suformavo daugiapakopių raketų naudojimo principą. Iki šiol daugelis Ciolkovskio idėjų yra naudojamos raketų moksle.

Reaktyvinio judėjimo gamtoje pavyzdžiai

Be abejo, plaukiodamas jūroje matėte medūzas, bet vargu ar pagalvojote, kad šie nuostabūs (ir taip pat lėti) padarai juda reaktyvinio judėjimo dėka. Būtent, sutraukdami permatomą kupolą, jie išspaudžia vandenį, kuris medūzoms tarnauja kaip savotiškas „reaktyvinis variklis“.

Sepijos judėjimo mechanizmas yra panašus – per specialų piltuvėlį priešais kūną ir per šoninį plyšį ji įtraukia vandenį į savo žiaunų ertmę, o po to energingai išmeta per piltuvėlį nukreipta atgal arba į šoną (priklausomai nuo sepijai reikalinga judėjimo kryptis).

Tačiau įdomiausias gamtos sukurtas reaktyvinis variklis yra kalmaruose, kuriuos visiškai pagrįstai galima vadinti „gyvomis torpedomis“. Juk net ir šių gyvūnų kūnas savo forma primena raketą, nors iš tiesų viskas yra visiškai priešingai – ši raketa savo dizainu kopijuoja kalmaro kūną.

Jei kalmarams reikia greitai lėkti, jis naudoja natūralų reaktyvinį variklį. Jo kūną supa mantija, specialus raumeninis audinys, pusė viso kalmaro tūrio yra mantijos ertmėje, į kurią jis siurbia vandenį. Tada jis staigiai išmeta surinktą vandens srovę per siaurą antgalį, sulenkdamas visus savo dešimt čiuptuvų virš galvos taip, kad įgautų supaprastintą formą. Tokios pažangios reaktyvios navigacijos dėka kalmarai gali pasiekti įspūdingą 60-70 km per valandą greitį.

Tarp reaktyvinio variklio savininkų gamtoje taip pat yra augalų, būtent vadinamųjų „pamišusių agurkų“. Kai jo vaisiai sunoksta, reaguodama į menkiausią prisilietimą, jis iššauna glitimą su sėklomis

Reaktyvinio judėjimo dėsnis

Kalmarai, „pamišę agurkai“, medūzos ir kitos sepijos reaktyvinį judesį naudoja nuo senų senovės, negalvodami apie jo fizinę esmę, tačiau pabandysime išsiaiškinti, kokia yra reaktyvinio judėjimo esmė, koks judėjimas vadinamas reaktyviniu judesiu. , ir pateikite apibrėžimą.

Norėdami pradėti, galite atlikti paprastą eksperimentą - jei įprastą balioną pripūsite oro ir nesustodami leisite jam skristi, jis skris greitai, kol išnaudosite jo oro atsargas. Šis reiškinys paaiškinamas trečiuoju Niutono dėsniu, teigiančiu, kad du kūnai sąveikauja su vienodo dydžio ir priešingos krypties jėgomis.

Tai yra, rutulio įtakos iš jo išeinantiems oro srautams jėga yra lygi jėgai, kuria oras stumia rutulį nuo savęs. Raketa veikia panašiu principu kaip ir rutulys, kuris milžinišku greičiu išmeta dalį savo masės, tuo pačiu sulaukdamas stipraus pagreičio priešinga kryptimi.

Impulso ir reaktyvinio judėjimo išsaugojimo dėsnis

Fizika paaiškina reaktyvinio judėjimo procesą. Impulsas yra kūno masės ir jo greičio (mv) sandauga. Kai raketa yra ramybės būsenoje, jos impulsas ir greitis yra lygūs nuliui. Kai iš jo pradedama išmesti reaktyvinis srautas, tada likusi dalis pagal impulso tvermės dėsnį turi įgyti tokį greitį, kad bendras impulsas vis tiek būtų lygus nuliui.

Reaktyvinio varymo formulė

Apskritai srauto judėjimą galima apibūdinti pagal šią formulę:
m s v s +m р v р =0
m s v s =-m р v р

čia m s v s – dujų srovės sukurtas impulsas, m p v p – impulsas, kurį priima raketa.

Minuso ženklas rodo, kad raketos judėjimo kryptis ir reaktyvinio lėktuvo judėjimo jėga yra priešingi.

Reaktyvinis varymas technikoje – reaktyvinio variklio veikimo principas

Šiuolaikinėse technologijose reaktyvinis varymas vaidina labai svarbų vaidmenį, nes reaktyviniai varikliai varo lėktuvus ir erdvėlaivius. Paties reaktyvinio variklio konstrukcija gali skirtis priklausomai nuo jo dydžio ir paskirties. Bet vienaip ar kitaip, kiekvienas iš jų turi

• kuro tiekimas,
• kuro deginimo kamera,
• antgalis, kurio užduotis yra pagreitinti srovės srovę.

Taip atrodo reaktyvinis variklis.

Reaktyvinis variklis, vaizdo įrašas

Ir galiausiai, linksmas vaizdo įrašas apie fizinius eksperimentus su reaktyviniu varikliu.

Reaktyvinis varymas gamtoje ir technologijose

FIZIKOS SANTRAUKA

Reaktyvinis varymas- judėjimas, atsirandantis, kai kuri nors jo dalis tam tikru greičiu atsiskiria nuo kūno.

Reaktyvioji jėga atsiranda be jokios sąveikos su išoriniais kūnais.

Reaktyvinio judėjimo taikymas gamtoje

Daugelis iš mūsų gyvenime yra susidūrę su medūzomis maudydamiesi jūroje. Bet kokiu atveju Juodojoje jūroje jų yra pakankamai. Tačiau mažai žmonių manė, kad medūzos taip pat naudoja reaktyvinį judėjimą. Be to, taip juda laumžirgių lervos ir kai kurios jūrinio planktono rūšys. Ir dažnai jūrų bestuburių gyvūnų efektyvumas naudojant reaktyvinį variklį yra daug didesnis nei technologinių išradimų.

Reaktyvinį varymą naudoja daugelis moliuskų – aštuonkojai, kalmarai, sepijos. Pavyzdžiui, jūros šukutės moliuskas juda į priekį dėl vandens srovės, išmestos iš kiauto, reaktyviosios jėgos, smarkiai suspaudžiant jo vožtuvus.

Aštuonkojis

Sepijos

Sepijos, kaip ir dauguma galvakojų, vandenyje juda tokiu būdu. Ji paima vandenį į žiaunų ertmę per šoninį plyšį ir specialų piltuvėlį priešais kūną, o tada energingai išmeta vandens srovę per piltuvą. Sepijos nukreipia piltuvo vamzdelį į šoną arba atgal ir, greitai išspausdamos iš jo vandenį, gali judėti įvairiomis kryptimis.

Salpa – permatomo kūno jūrinis gyvūnas, judėdamas per priekinę angą gauna vandens, o vanduo patenka į plačią ertmę, kurios viduje įstrižai ištemptos žiaunos. Kai tik gyvūnas išgeria didelį gurkšnį vandens, skylė užsidaro. Tada susitraukia išilginiai ir skersiniai salpos raumenys, susitraukia visas kūnas ir pro užpakalinę angą išstumiamas vanduo. Išbėgančios srovės reakcija stumia salpą į priekį.

Didžiausią susidomėjimą kelia kalmarų reaktyvinis variklis. Kalmarai yra didžiausias bestuburis vandenyno gelmių gyventojas. Kalmarai pasiekė aukščiausią tobulumą reaktyvinėje navigacijoje. Netgi jų kūnas su savo išorinėmis formomis kopijuoja raketą (arba geriau sakant, raketa kopijuoja kalmarus, nes šiuo klausimu ji turi neginčijamą pirmenybę). Lėtai judėdami kalmarai naudoja didelį deimanto formos peleką, kuris periodiškai pasilenkia. Norint greitai mesti, naudojamas reaktyvinis variklis. Raumeninis audinys – mantija supa moliusko kūną iš visų pusių, jo ertmės tūris yra beveik pusė kalmaro kūno tūrio. Gyvūnas siurbia vandenį mantijos ertmėje, o po to per siaurą antgalį staigiai išmeta vandens srovę ir dideliu greičiu juda atgal. Tuo pačiu metu visi dešimt kalmarų čiuptuvų yra sujungti į mazgą virš galvos ir įgauna supaprastintą formą. Antgalis turi specialų vožtuvą, o raumenys gali jį sukti, keisdami judėjimo kryptį. Kalmarų variklis yra labai ekonomiškas, jis gali išvystyti net 60 - 70 km/h greitį. (Kai kurie tyrinėtojai mano, kad net iki 150 km/h!) Nenuostabu, kad kalmarai vadinami „gyva torpeda“. Lenkdami surištus čiuptuvus į dešinę, kairę, aukštyn arba žemyn, kalmarai pasisuka į vieną ar kitą pusę. Kadangi toks vairas yra labai didelis, palyginti su pačiu gyvūnu, užtenka nežymaus jo judesio, kad kalmaras net ir visu greičiu lengvai išsisuktų nuo susidūrimo su kliūtimi. Staigus vairo pasukimas – ir plaukikas veržiasi į priešingą pusę. Taigi jis sulenkė piltuvo galą atgal ir dabar slysta galva į priekį. Jis sulenkė jį į dešinę – ir reaktyvinis stūmimas numetė jį į kairę. Tačiau kai reikia greitai plaukti, piltuvėlis visada išsikiša tiesiai tarp čiuptuvų, o kalmarai uodegą skuba pirmas, lygiai taip pat, kaip bėgtų vėžys – greitas vaikščiotojas, apdovanotas žirgo vikrumu.

Jei nereikia skubėti, kalmarai ir sepijos plaukia banguodami pelekais - miniatiūrinės bangelės bėga per juos iš priekio į nugarą, o gyvūnas grakščiai sklando, retkarčiais pasistumdydamas ir iš po mantijos išsviedžiama vandens srove. Tada aiškiai matomi atskiri smūgiai, kuriuos moliuskas patiria vandens čiurkšlių išsiveržimo momentu. Kai kurie galvakojai gali pasiekti iki penkiasdešimt penkių kilometrų per valandą greitį. Atrodo, kad tiesioginių matavimų niekas neatliko, bet apie tai galima spręsti pagal skraidančių kalmarų greitį ir skrydžio diapazoną. Ir pasirodo, kad aštuonkojai savo šeimoje turi tokių gabumų! Geriausias pilotas tarp moliuskų yra kalmaras Stenoteuthis. Anglų jūreiviai tai vadina skraidančiais kalmarais („flying squid“). Tai mažas, maždaug silkės dydžio gyvūnas. Jis persekioja žuvis tokiu greičiu, kad dažnai iššoka iš vandens, tarsi strėlė persmelkia jos paviršių. Jis griebiasi šios gudrybės, kad išgelbėtų savo gyvybę nuo plėšrūnų – tuno ir skumbrės. Sukūręs maksimalią reaktyvinio vandens trauką, pilotas kalmaras pakyla į orą ir skrenda virš bangų daugiau nei penkiasdešimt metrų. Gyvos raketos skrydžio apogėjus yra taip aukštai virš vandens, kad skraidantys kalmarai dažnai atsiduria vandenyne plaukiojančių laivų deniuose. Keturi penki metrai nėra rekordinis aukštis, iki kurio kalmarai pakyla į dangų. Kartais jie skrenda dar aukščiau.

Anglų moliuskų tyrinėtojas daktaras Reesas moksliniame straipsnyje aprašė kalmarą (tik 16 centimetrų ilgio), kuris, nuskridęs nemažą atstumą oru, nukrito ant jachtos tilto, iškilusio virš vandens beveik septynis metrus.

Pasitaiko, kad į laivą putojančia kaskada nukrenta daug skraidančių kalmarų. Senovės rašytojas Trebiusas Nigeris kartą papasakojo liūdną istoriją apie laivą, kuris tariamai nuskendo nuo ant jo denio nukritusių skraidančių kalmarų svorio. Kalmarai gali pakilti be pagreičio.

Aštuonkojai taip pat gali skristi. Prancūzų gamtininkas Jeanas Verani matė, kaip paprastas aštuonkojis įsibėgėjo akvariume ir staiga atbulomis iššoko iš vandens. Aprašęs maždaug penkių metrų ilgio lanką ore, jis puolė atgal į akvariumą. Didindamas greitį šuoliui, aštuonkojis judėjo ne tik dėl reaktyvinės traukos, bet ir irklavo su savo čiuptuvais.
Maišiniai aštuonkojai, žinoma, plaukia blogiau nei kalmarai, tačiau kritiniais momentais jie gali parodyti rekordinę geriausių sprinterių klasę. Kalifornijos akvariumo darbuotojai bandė nufotografuoti aštuonkojį, puolantį krabą. Aštuonkojis į savo grobį puolė tokiu greičiu, kad plėvelėje, net ir filmuojant didžiausiu greičiu, visada būdavo riebalų. Tai reiškia, kad metimas truko šimtąsias sekundės dalis! Paprastai aštuonkojai plaukia gana lėtai. Aštuonkojų migracijas tyrinėjęs Josephas Seinlas apskaičiavo: pusės metro dydžio aštuonkojis plaukia jūra maždaug penkiolikos kilometrų per valandą greičiu. Kiekviena iš piltuvo išmesta vandens srovė stumia jį į priekį (tiksliau, atgal, nes aštuonkojis plaukia atgal) du ar du su puse metro.

Reaktyvinį judėjimą galima rasti ir augalų pasaulyje. Pavyzdžiui, prinokę „pamišusio agurko“ vaisiai, menkiausiu prisilietimu, atšoka nuo kotelio, o iš susidariusios skylės jėga išsviedžiamas lipnus skystis su sėklomis. Pats agurkas išskrenda priešinga kryptimi iki 12 m.

Žinodami impulso išsaugojimo dėsnį, galite pakeisti savo judėjimo greitį atviroje erdvėje. Jei esate valtyje ir turite keletą sunkių akmenų, tada, mesdami akmenis tam tikra kryptimi, būsite nukreipti į priešingą pusę. Tas pats nutiks ir kosmose, tačiau ten jie tam naudoja reaktyvinius variklius.

Visi žino, kad šūvį iš ginklo lydi atatranka. Jei kulkos svoris būtų lygus pistoleto svoriui, jie skristų tuo pačiu greičiu. Atatranka atsiranda todėl, kad išmetama dujų masė sukuria reaktyviąją jėgą, kurios dėka galima užtikrinti judėjimą tiek ore, tiek beorėje erdvėje. Ir kuo didesnė tekančių dujų masė ir greitis, tuo didesnę atatrankos jėgą jaučia mūsų petys, kuo stipresnė ginklo reakcija, tuo didesnė reaktyvioji jėga.

Reaktyvinio varymo taikymas technologijoje

Daugelį amžių žmonija svajojo apie skrydį į kosmosą. Mokslinės fantastikos rašytojai pasiūlė įvairias priemones šiam tikslui pasiekti. XVII amžiuje pasirodė prancūzų rašytojo Cyrano de Bergerac pasakojimas apie skrydį į Mėnulį. Šios istorijos herojus Mėnulį pasiekė geležiniu vežimėliu, virš kurio nuolat svaidė stiprų magnetą. Patrauktas jo, vežimas kilo vis aukščiau virš Žemės, kol pasiekė Mėnulį. O baronas Miunhauzenas pasakė, kad į Mėnulį užkopė kartu su pupelės stiebeliu.

Pirmojo mūsų eros tūkstantmečio pabaigoje Kinija išrado reaktyvinį variklį, kuriuo varomos raketos – bambukiniai vamzdžiai, pripildyti parako, jie taip pat buvo naudojami kaip pramoga. Vienas pirmųjų automobilių projektų taip pat buvo su reaktyviniu varikliu ir šis projektas priklausė Newtonui

Pirmojo pasaulyje reaktyvinio lėktuvo, skirto žmonėms skraidyti, projekto autorius buvo Rusijos revoliucionierius N.I. Kibalchichas. 1881 m. balandžio 3 d. jam buvo įvykdyta mirties bausmė už dalyvavimą pasikėsinime nužudyti imperatorių Aleksandrą II. Savo projektą jis sukūrė kalėjime po mirties bausmės. Kibalchichas rašė: „Būdamas kalėjime, likus kelioms dienoms iki mirties, rašau šį projektą. Tikiu savo idėjos įgyvendinamumu, ir šis tikėjimas mane palaiko baisioje situacijoje... Aš ramiai pasitiksiu mirtį, žinodamas, kad mano idėja neužges kartu su manimi“.

Idėją panaudoti raketas skrydžiams į kosmosą šio amžiaus pradžioje pasiūlė rusų mokslininkas Konstantinas Eduardovičius Ciolkovskis. 1903 metais spaudoje pasirodė Kalugos gimnazijos mokytojo K.E. Ciolkovskis „Pasaulio erdvių tyrinėjimas naudojant reaktyvius instrumentus“. Šiame darbe buvo pateikta svarbiausia matematinė astronautikos lygtis, dabar žinoma kaip „Ciolkovskio formulė“, kuri apibūdino kintamos masės kūno judėjimą. Vėliau jis sukūrė skystojo kuro raketinio variklio projektą, pasiūlė kelių pakopų raketos konstrukciją ir išsakė idėją apie galimybę žemoje Žemės orbitoje sukurti ištisus kosminius miestus. Jis parodė, kad vienintelis įrenginys, galintis įveikti gravitaciją, yra raketa, t.y. įrenginys su reaktyviniu varikliu, kuris naudoja degalus ir oksidatorių, esantį pačiame įrenginyje.

Reaktyvinis variklis yra variklis, kuris cheminę kuro energiją paverčia dujų srovės kinetine energija, o variklis įgauna greitį priešinga kryptimi.

K.E. Tsiolkovskio idėją įgyvendino sovietų mokslininkai, vadovaujami akademiko Sergejaus Pavlovičiaus Korolevo. Pirmasis dirbtinis Žemės palydovas istorijoje buvo paleistas raketa Sovietų Sąjungoje 1957 m. spalio 4 d.

Reaktyvinio judėjimo principas plačiai taikomas aviacijoje ir astronautikoje. Kosmose nėra terpės, su kuria kūnas galėtų sąveikauti ir taip keisti savo greičio kryptį bei dydį, todėl skrydžiams į kosmosą gali būti naudojami tik reaktyviniai lėktuvai, ty raketos.

Raketos įtaisas

Raketos judėjimas pagrįstas impulso išsaugojimo įstatymu. Jei tam tikru momentu koks nors kūnas bus išmestas nuo raketos, jis įgaus tą patį impulsą, bet nukreiptas priešinga kryptimi.

Bet kuri raketa, nepaisant jos konstrukcijos, visada turi apvalkalą ir kurą su oksidatoriumi. Raketos korpusą sudaro naudingoji apkrova (šiuo atveju erdvėlaivis), prietaisų skyrius ir variklis (degimo kamera, siurbliai ir kt.).

Pagrindinė raketos masė yra kuras su oksidatoriumi (oksidatorius reikalingas kuro degimui palaikyti, nes erdvėje nėra deguonies).

Kuras ir oksidatorius į degimo kamerą tiekiami naudojant siurblius. Degas degalai virsta aukštos temperatūros ir aukšto slėgio dujomis. Dėl didelio slėgio skirtumo degimo kameroje ir išorinėje erdvėje dujos iš degimo kameros galinga srove išsiveržia pro specialios formos lizdą, vadinamą antgaliu. Purkštuko paskirtis – padidinti srovės greitį.

Prieš paleidžiant raketą, jos pagreitis yra lygus nuliui. Dėl dujų sąveikos degimo kameroje ir visose kitose raketos dalyse pro purkštuką išbėgančios dujos gauna tam tikrą impulsą. Tada raketa yra uždara sistema, o bendras jos impulsas po paleidimo turi būti lygus nuliui. Todėl visas jame esantis raketos apvalkalas gauna impulsą, kurio dydis yra lygus dujų impulsui, bet priešinga kryptimi.

Masyviausia raketos dalis, skirta visos raketos paleidimui ir pagreitinimui, vadinama pirmąja pakopa. Kai pirmoji masyvi daugiapakopės raketos pakopa įsibėgėjimo metu išeikvoja visas kuro atsargas, ji atsiskiria. Tolesnį įsibėgėjimą tęsia antrasis, ne toks masyvus etapas, kuris prie anksčiau pirmojo etapo pagalba pasiekto greičio prideda dar šiek tiek greičio, o vėliau atsiskiria. Trečiasis etapas toliau didina greitį iki reikiamos vertės ir pristato naudingąją apkrovą į orbitą.

Pirmasis žmogus, skridęs į kosmosą, buvo Sovietų Sąjungos pilietis Jurijus Aleksejevičius Gagarinas. 1961 m. balandžio 12 d. Jis apskriejo Žemės rutulį palydovu „Vostok“.

Sovietinės raketos pirmosios pasiekė Mėnulį, apskriejo Mėnulį ir nufotografavo jo šoną, nematomą iš Žemės, ir pirmosios pasiekė Veneros planetą ir pristatė į jos paviršių mokslinius instrumentus. 1986 m. du sovietų erdvėlaiviai Vega 1 ir Vega 2 atidžiai ištyrė Halio kometą, kuri kartą per 76 metus artėja prie Saulės.

Niutono dėsniai padeda paaiškinti labai svarbų mechaninį reiškinį – reaktyvinis varymas. Taip vadinamas kūno judėjimas, kuris atsiranda, kai kuri nors jo dalis yra atskirta nuo jo bet kokiu greičiu.

Paimkime, pavyzdžiui, vaikišką guminį kamuoliuką, pripūskime jį ir paleiskite. Pamatysime, kad kai oras pradės išeiti iš jo viena kryptimi, pats kamuolys skris kita. Tai reaktyvus judėjimas.

Kai kurie gyvūnų pasaulio atstovai juda reaktyvinio varymo principu, pavyzdžiui, kalmarai ir aštuonkojai. Periodiškai išmesdami vandenį, kurį sugeria, jie gali pasiekti iki 60-70 km/h greitį. Panašiai juda medūzos, sepijos ir kai kurie kiti gyvūnai.

Reaktyvinio varymo pavyzdžių galima rasti ir augalų pasaulyje. Pavyzdžiui, prinokę „pamišusio“ agurko vaisiai lengviausiu prisilietimu atšoka nuo kotelio ir iš atsiskyrusio stiebo vietoje susidariusios skylutės jėga išsviedžiamas kartaus skystis su sėklomis; patys agurkai išskrenda į priešingą pusę.

Reaktyvusis judėjimas, atsirandantis, kai išleidžiamas vanduo, gali būti stebimas sekančiame eksperimente. Supilkite vandenį į stiklinį piltuvą, sujungtą su guminiu vamzdeliu su L formos antgaliu (20 pav.). Pamatysime, kad kai vanduo pradės tekėti iš vamzdžio, pats vamzdelis pradės judėti ir nukryps priešinga vandens tekėjimo krypčiai.

Skrydžiai vyksta reaktyvinio varymo principu raketų. Šiuolaikinė kosminė raketa yra labai sudėtingas orlaivis, susidedantis iš šimtų tūkstančių ir milijonų dalių. Raketos masė yra didžiulė. Jį sudaro darbinio skysčio masė (t. y. karštos dujos, susidarančios deginant kurą ir išmetamos reaktyvinio srauto pavidalu) ir galutinė arba, kaip sakoma, „sausa“ raketos masė, likusi po raketos iš raketos išmetamas darbinis skystis.

„Sausoji“ raketos masė savo ruožtu susideda iš konstrukcijos (t. y. raketos korpuso, jos variklių ir valdymo sistemos) masės ir naudingojo krovinio (t. y. mokslinės įrangos, į orbitą iškelto erdvėlaivio kūno) masės. , įgula ir sistema laivo gyvybės palaikymą).

Pasibaigus darbinio skysčio galiojimo laikui, išleisti bakai, perteklinės sviedinio dalys ir pan., pradeda apkrauti raketą nereikalingu kroviniu, todėl sunku įsibėgėti. Todėl kosminiams greičiams pasiekti naudojamos kompozitinės (arba kelių pakopų) raketos (21 pav.). Iš pradžių tokiose raketose dirba tik pirmosios pakopos 1 blokai, kai baigiasi juose esančios degalų atsargos, jie yra atskiriami ir įjungiamas antrasis 2 etapas. išnaudojus joje esantį kurą, jis taip pat atskiriamas ir įjungiama trečioji pakopa. oro pasipriešinimas raketai skrendant Žemės atmosferoje.

Kai iš raketos dideliu greičiu išmetama dujų čiurkšlė, pati raketa veržiasi priešinga kryptimi. Kodėl tai vyksta?

Pagal trečiąjį Niutono dėsnį, jėga F, kuria raketa veikia darbinį skystį, yra lygi jėgai F", kuria darbinis skystis veikia raketos korpusą, ir yra priešinga kryptimi:

Jėga F" (kuri vadinama reaktyvia jėga) pagreitina raketą.

Iš lygybės (10.1) išplaukia, kad kūnui suteikiamas impulsas yra lygus jėgos ir jos veikimo laiko sandaugai. Todėl vienodos jėgos, veikiančios tą patį laiką, kūnams suteikia vienodus impulsus. Šiuo atveju raketos gautas impulsas m p v p turi atitikti išmetamų dujų impulsą m gas v dujos:

m р v р = m dujos v dujos

Iš to išplaukia, kad raketos greitis

Išanalizuokime gautą išraišką. Matome, kad raketos greitis yra didesnis, tuo didesnis išmetamų dujų greitis ir tuo didesnis darbinio skysčio masės (t. y. kuro masės) ir galutinės („sausos“) masės santykis. raketa.

Formulė (12.2) yra apytikslė. Neatsižvelgiama į tai, kad degant kurui, skraidančios raketos masė vis mažėja. Tikslią raketos greičio formulę 1897 m. pirmą kartą gavo K. E. Ciolkovskis, todėl ji turi savo vardą.

Ciolkovskio formulė leidžia apskaičiuoti degalų atsargas, reikalingas tam tikram raketos greičiui užtikrinti. 3 lentelėje parodytas pradinės raketos masės m0 ir galutinės masės m santykis, atitinkantis skirtingus raketos greičius esant dujų srovės greičiui (raketos atžvilgiu) v = 4 km/s.

Pavyzdžiui, norint suteikti raketai greitį, viršijantį dujų srauto greitį 4 kartus (v p = 16 km/s), būtina, kad pradinė raketos masė (įskaitant kurą) viršytų galutinę („sausą“) raketos masė 55 kartus (m 0 /m = 55). Tai reiškia, kad liūto dalis visos raketos masės paleidimo metu turėtų būti degalų masė. Palyginimui, naudingoji apkrova turėtų turėti labai mažą masę.

Svarbų indėlį plėtojant reaktyvinio judėjimo teoriją įnešė K. E. Ciolkovskio amžininkas, rusų mokslininkas I. V. Meščerskis (1859-1935). Jo vardu pavadinta kintamos masės kūno judėjimo lygtis.

1. Kas yra reaktyvinis varymas? Pateikite pavyzdžių. 2. 22 paveiksle pavaizduotame eksperimente, kai vanduo išteka pro lenktus vamzdelius, kaušas sukasi rodyklės nurodyta kryptimi. Paaiškinkite reiškinį. 3. Kas lemia raketos įgyjamą greitį po kuro degimo?

>>Fizika: reaktyvinis variklis

Niutono dėsniai padeda paaiškinti labai svarbų mechaninį reiškinį – reaktyvinis varymas. Taip vadinamas kūno judėjimas, kuris atsiranda, kai kuri nors jo dalis yra atskirta nuo jo bet kokiu greičiu.

Paimkime, pavyzdžiui, vaikišką guminį kamuoliuką, pripūskime jį ir paleiskite. Pamatysime, kad kai oras pradės išeiti iš jo viena kryptimi, pats kamuolys skris kita. Tai reaktyvus judėjimas.

Kai kurie gyvūnų pasaulio atstovai juda reaktyvinio varymo principu, pavyzdžiui, kalmarai ir aštuonkojai. Periodiškai išmesdami vandenį, kurį sugeria, jie gali pasiekti iki 60-70 km/h greitį. Panašiai juda medūzos, sepijos ir kai kurie kiti gyvūnai.

Reaktyvinio varymo pavyzdžių galima rasti ir augalų pasaulyje. Pavyzdžiui, prinokę „pamišusio“ agurko vaisiai lengviausiu prisilietimu atšoka nuo stiebo ir iš atsiskyrusio stiebo vietoje susidariusios skylutės jėga išsviedžiamas kartumas skystis su sėklomis, o patys agurkai skrenda. išjungti priešinga kryptimi.

Reaktyvusis judėjimas, atsirandantis, kai išleidžiamas vanduo, gali būti stebimas sekančiame eksperimente. Supilkite vandenį į stiklinį piltuvą, sujungtą su guminiu vamzdeliu su L formos antgaliu (20 pav.). Pamatysime, kad kai vanduo pradės tekėti iš vamzdžio, pats vamzdelis pradės judėti ir nukryps priešinga vandens tekėjimo krypčiai.

Skrydžiai vyksta reaktyvinio varymo principu raketų. Šiuolaikinė kosminė raketa yra labai sudėtingas orlaivis, susidedantis iš šimtų tūkstančių ir milijonų dalių. Raketos masė yra didžiulė. Ją sudaro darbinio skysčio masė (t. y. karštos dujos, susidarančios deginant kurą ir išmetamos reaktyvinės srovės pavidalu) ir galutinis arba, kaip sakoma, „sausas“. “ raketos masė, likusi po darbinio skysčio išmetimo iš raketos.

„Sausoji“ raketos masė savo ruožtu susideda iš konstrukcijos (t. y. raketos korpuso, jos variklių ir valdymo sistemos) masės ir naudingojo krovinio (t. y. mokslinės įrangos, į orbitą iškelto erdvėlaivio kūno) masės. , įgula ir sistema laivo gyvybės palaikymą).

Pasibaigus darbinio skysčio galiojimo laikui, išleisti bakai, perteklinės sviedinio dalys ir pan., pradeda apkrauti raketą nereikalingu kroviniu, todėl sunku įsibėgėti. Todėl kosminiams greičiams pasiekti naudojamos kompozitinės (arba kelių pakopų) raketos (21 pav.). Iš pradžių tokiose raketose dirba tik pirmosios pakopos 1 blokai, kai baigiasi juose esančios degalų atsargos, jie yra atskiriami ir įjungiamas antrasis 2 etapas. išnaudojus joje esantį kurą, jis taip pat atskiriamas ir įjungiama trečioji pakopa. oro pasipriešinimas raketai skrendant Žemės atmosferoje.

Kai iš raketos dideliu greičiu išmetama dujų čiurkšlė, pati raketa veržiasi priešinga kryptimi. Kodėl tai vyksta?

Pagal trečiąjį Niutono dėsnį, jėga F, kuria raketa veikia darbinį skystį, yra lygi jėgai F", kuria darbinis skystis veikia raketos korpusą, ir yra priešinga kryptimi:
F" = F (12,1)
Jėga F" (kuri vadinama reaktyvia jėga) pagreitina raketą.

Pateikė skaitytojai iš interneto svetainių

Internetinė biblioteka su vadovėliais ir knygomis, 8 klasės fizikos pamokų planais, parsisiųsti fizikos testus, knygas ir vadovėlius pagal 8 klasės fizikos kalendoriaus planavimą

Užbaigta:
Studentas
1-121 grupės
Okuneva Alena
Patikrinta:
P.L.Vineaminovna

Perevozo miestas
2011 m
Turinys:

Įvadas: kas yra reaktyvinis varymas…………………………………………………………………………………………………
Impulso tvermės dėsnis………………………………………………………………….4
Reaktyvinio judėjimo taikymas gamtoje………………………………
Reaktyvinio varymo taikymas technologijose……………………………………..6
Reaktyvinis variklis „Tarpžemyninė raketa“…………..……………7
Reaktyvinio variklio veikimo fizinis pagrindas..................... .................... 8
Reaktyvinių variklių klasifikacija ir jų naudojimo ypatybės……………………………………………………………………………………….………….…….9
Orlaivio projektavimo ir sukūrimo ypatumai………10
Išvada………………………………………………………………………………………….11
Literatūros sąrašas……………………………………………………………..12

"Reaktyvinis variklis"
Reaktyvusis judėjimas – tai kūno judėjimas, kurį sukelia tam tikros jo dalies atsiskyrimas nuo jo tam tikru greičiu. Srovės judėjimas aprašomas remiantis impulso išsaugojimo dėsniu.
Reaktyvinis varymas, dabar naudojamas lėktuvuose, raketose ir erdvėlaiviuose, būdingas aštuonkojams, kalmarams, sepijoms, medūzoms – visi jie be išimties plaukimui naudoja išmestos vandens srovės reakciją (atatranką).
Reaktyvinio varymo pavyzdžių galima rasti ir augalų pasaulyje.
Pietų šalyse auga augalas, vadinamas „pamišusiu agurku“. Vos lengvai palietus prinokusį vaisių, panašų į agurką, jis atšoka nuo kotelio, o pro susidariusią skylutę iš vaisiaus tarsi fontanas iki 10 m/s greičiu išskrenda skystis su sėklomis.

Patys agurkai išskrenda į priešingą pusę. Pašėlęs agurkas (kitaip vadinamas „damų pistoletu“) šauna į daugiau nei 12 m.

"Momento išsaugojimo įstatymas"
Uždaroje sistemoje visų į sistemą įtrauktų kūnų impulsų vektorinė suma išlieka pastovi bet kokiai šios sistemos kūnų sąveikai tarpusavyje.
Šis pagrindinis gamtos dėsnis vadinamas impulso išsaugojimo dėsniu. Tai antrojo ir trečiojo Niutono dėsnių pasekmė. Panagrinėkime du sąveikaujančius kūnus, kurie yra uždaros sistemos dalis.
Šių kūnų sąveikos jėgas žymime ir Pagal trečiąjį Niutono dėsnį Jei šie kūnai sąveikauja per laiką t, tai sąveikos jėgų impulsai yra vienodo dydžio ir nukreipti priešingomis kryptimis: Taikykime šiems kūnams antrąjį Niutono dėsnį. :

"Reaktyvinio judėjimo taikymas gamtoje"
Reaktyvinį varymą naudoja daugelis moliuskų – aštuonkojai, kalmarai, sepijos. Pavyzdžiui, jūros šukutės moliuskas juda į priekį dėl vandens srovės, išmestos iš kiauto, reaktyviosios jėgos, smarkiai suspaudžiant jo vožtuvus.

Aštuonkojis
Sepijos, kaip ir dauguma galvakojų, vandenyje juda tokiu būdu. Ji paima vandenį į žiaunų ertmę per šoninį plyšį ir specialų piltuvėlį priešais kūną, o tada energingai išmeta vandens srovę per piltuvą. Sepijos nukreipia piltuvo vamzdelį į šoną arba atgal ir, greitai išspausdamos iš jo vandenį, gali judėti įvairiomis kryptimis.
Salpa – permatomo kūno jūrinis gyvūnas, judėdamas per priekinę angą gauna vandens, o vanduo patenka į plačią ertmę, kurios viduje įstrižai ištemptos žiaunos. Kai tik gyvūnas išgeria didelį gurkšnį vandens, skylė užsidaro. Tada susitraukia išilginiai ir skersiniai salpos raumenys, susitraukia visas kūnas ir pro užpakalinę angą išstumiamas vanduo. Išbėgančios srovės reakcija stumia salpą į priekį. Didžiausią susidomėjimą kelia kalmarų reaktyvinis variklis. Kalmarai yra didžiausias bestuburis vandenyno gelmių gyventojas. Kalmarai pasiekė aukščiausią tobulumą reaktyvinėje navigacijoje. Net jų kūnas savo išorine forma kopijuoja raketą. Žinodami impulso išsaugojimo dėsnį, galite pakeisti savo judėjimo greitį atviroje erdvėje. Jei esate valtyje ir turite keletą sunkių akmenų, tada, mesdami akmenis tam tikra kryptimi, būsite nukreipti į priešingą pusę. Tas pats nutiks ir kosmose, tačiau ten jie tam naudoja reaktyvinius variklius.

"Reaktyvinio varymo taikymas technologijoje"
Pirmojo mūsų eros tūkstantmečio pabaigoje Kinija išrado reaktyvinį variklį, kuriuo varomos raketos – bambukiniai vamzdžiai, pripildyti parako, jie taip pat buvo naudojami kaip pramoga. Vienas pirmųjų automobilių projektų taip pat buvo su reaktyviniu varikliu ir šis projektas priklausė Newtonui.
Pirmojo pasaulyje reaktyvinio lėktuvo, skirto žmonėms skraidyti, projekto autorius buvo Rusijos revoliucionierius N.I. Kibalchichas. 1881 m. balandžio 3 d. jam buvo įvykdyta mirties bausmė už dalyvavimą pasikėsinime nužudyti imperatorių Aleksandrą II. Savo projektą jis sukūrė kalėjime po mirties bausmės. Kibalchichas rašė: „Būdamas kalėjime, likus kelioms dienoms iki mirties, rašau šį projektą. Tikiu savo idėjos įgyvendinamumu, ir šis tikėjimas mane palaiko baisioje situacijoje... Aš ramiai pasitiksiu mirtį, žinodamas, kad mano idėja neužges kartu su manimi“.
Idėją panaudoti raketas skrydžiams į kosmosą šio amžiaus pradžioje pasiūlė rusų mokslininkas Konstantinas Eduardovičius Ciolkovskis. 1903 metais spaudoje pasirodė Kalugos gimnazijos mokytojo K.E. Ciolkovskis „Pasaulio erdvių tyrinėjimas naudojant reaktyvius instrumentus“. Šiame darbe buvo pateikta svarbiausia matematinė astronautikos lygtis, dabar žinoma kaip „Ciolkovskio formulė“, kuri apibūdino kintamos masės kūno judėjimą. Vėliau jis sukūrė skystojo kuro raketinio variklio projektą, pasiūlė kelių pakopų raketos konstrukciją ir išsakė idėją apie galimybę žemoje Žemės orbitoje sukurti ištisus kosminius miestus. Jis parodė, kad vienintelis įrenginys, galintis įveikti gravitaciją, yra raketa, t.y. įrenginys su reaktyviniu varikliu, kuris naudoja degalus ir oksidatorių, esantį pačiame įrenginyje. Sovietinės raketos pirmosios pasiekė Mėnulį, apskriejo Mėnulį ir nufotografavo jo šoną, nematomą iš Žemės, ir pirmosios pasiekė Veneros planetą ir pristatė į jos paviršių mokslinius instrumentus. 1986 m. du sovietų erdvėlaiviai Vega 1 ir Vega 2 atidžiai ištyrė Halio kometą, kuri kartą per 76 metus artėja prie Saulės.

Reaktyvinis variklis „Tarpžemyninė raketa“
Žmonija visada svajojo keliauti į kosmosą. Rašytojai – mokslinės fantastikos rašytojai, mokslininkai, svajotojai – siūlė įvairias priemones šiam tikslui pasiekti. Tačiau daugelį amžių ne vienas mokslininkas ar mokslinės fantastikos rašytojas sugebėjo išrasti vienintelę žmogaus žinioje esančią priemonę, kuria būtų galima įveikti gravitacijos jėgą ir skristi į kosmosą. K. E. Ciolkovskis yra skrydžio į kosmosą teorijos įkūrėjas.
Pirmą kartą daugelio žmonių svajones ir siekius prie realybės priartino rusų mokslininkas Konstantinas Eduardovičius Ciolkovskis (1857-1935), įrodęs, kad vienintelis įrenginys, galintis įveikti gravitaciją, yra raketa, jis pirmą kartą pristatė. moksliniai įrodymai apie galimybę panaudoti raketą skrydžiams į kosmosą, už Žemės atmosferos ribų ir į kitas Saulės sistemos planetas. Tsoilkovskis raketą pavadino prietaisu su reaktyviniu varikliu, kuris naudoja kurą ir oksidatorių.
Kaip žinote iš fizikos kurso, šūvį iš ginklo lydi atatranka. Pagal Niutono dėsnius, kulka ir ginklas skristų skirtingomis kryptimis tuo pačiu greičiu, jei jų masė būtų vienoda. Išstumiama dujų masė sukuria reaktyviąją jėgą, kurios dėka galima užtikrinti judėjimą tiek ore, tiek beorėje erdvėje ir taip atsiranda atatranka. Kuo didesnę atatrankos jėgą jaučia mūsų petys, tuo didesnė išeinančių dujų masė ir greitis, taigi, kuo stipresnė ginklo reakcija, tuo didesnė reaktyvioji jėga. Šie reiškiniai paaiškinami impulso išsaugojimo dėsniu:
kūnų, sudarančių uždarą sistemą, impulsų vektorinė (geometrinė) suma išlieka pastovi bet kokiems sistemos kūnų judesiams ir sąveikoms.
Pateikta Ciolkovskio formulė yra pagrindas, kuriuo grindžiamas visas šiuolaikinių raketų skaičiavimas. Ciolkovskio skaičius yra kuro masės ir raketos masės santykis variklio veikimo pabaigoje - tuščios raketos svoriui.
Taigi, mes nustatėme, kad didžiausias pasiekiamas raketos greitis pirmiausia priklauso nuo dujų srauto iš purkštuko greičio. O purkštukų dujų srautas savo ruožtu priklauso nuo kuro rūšies ir dujų srovės temperatūros. Tai reiškia, kad kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis greitis. Tada tikrai raketai reikia pasirinkti kaloringiausią kurą, kuris gamina daugiausiai šilumos. Formulė rodo, kad, be kita ko, raketos greitis priklauso nuo pradinės ir galutinės raketos masės, nuo to, kokia jos svorio dalis yra kuras, o kuri – nenaudinga (skrydžio greičio požiūriu). struktūros: korpusas, mechanizmai ir kt. d.
Pagrindinė šios Tsiolkovskio formulės išvada, skirta kosminės raketos greičiui nustatyti, yra ta, kad beorėje erdvėje raketa vystysis tuo didesniu greičiu, tuo didesnis dujų nutekėjimo greitis ir tuo didesnis Ciolkovskio skaičius.

"Fizikinis reaktyvinio variklio veikimo pagrindas"
Šiuolaikiniai galingi įvairių tipų reaktyviniai varikliai yra paremti tiesioginės reakcijos principu, t.y. Varomosios jėgos (arba traukos) sukūrimo principas reaguojant (atatrankai) iš variklio tekančios „darbinės medžiagos“, dažniausiai karštų dujų, srautui. Visuose varikliuose vyksta du energijos konversijos procesai. Pirmiausia kuro cheminė energija paverčiama degimo produktų šilumine energija, o vėliau šiluminė energija naudojama mechaniniams darbams atlikti. Tokie varikliai yra automobilių stūmokliniai varikliai, dyzeliniai lokomotyvai, elektrinių garo ir dujų turbinos ir kt. Šilumos variklyje susidarius karštoms dujoms, turinčioms didelę šiluminę energiją, ši energija turi būti paversta mechanine energija. Juk varikliai tarnauja mechaniniam darbui atlikti, kažką „judinti“, pradėti veikti, nesvarbu, ar tai būtų dinamo, paprašius papildyti jėgainės, dyzelinio lokomotyvo, automobilio ar automobilio brėžiniais. lėktuvas. Kad dujų šiluminė energija virstų mechanine, turi padidėti jų tūris. Taip plečiantis, dujos atlieka darbą, kuris sunaudoja jų vidinę ir šiluminę energiją.
Reaktyvinis antgalis gali būti įvairių formų ir, be to, skirtingos konstrukcijos, priklausomai nuo variklio tipo. Pagrindinis dalykas yra greitis, kuriuo dujos išteka iš variklio. Jei šis nutekėjimo greitis neviršija greičio, kuriuo garso bangos sklinda ištekančiose dujose, tai antgalis yra paprasta cilindrinė arba kūginė vamzdžio dalis. Jei ištekėjimo greitis viršija garso greitį, tada antgalis yra besiplečiančio vamzdžio formos arba pirmiausia susiaurėja, o paskui plečiasi (Lavl antgalis). Tik tokios formos vamzdyje, kaip rodo teorija ir patirtis, dujos gali būti pagreitintos iki viršgarsinio greičio ir peržengti „garso barjerą“.

„Reaktyvinių variklių klasifikacija ir jų naudojimo ypatybės“
Tačiau šis galingas kamienas, tiesioginės reakcijos principas, pagimdė didžiulį reaktyvinių variklių šeimos „giminės medžio“ vainiką. Susipažinti su pagrindinėmis jo vainiko šakomis, vainikuojant tiesioginės reakcijos „kamieną“. Netrukus, kaip matote iš paveikslėlio (žr. žemiau), šis kamienas yra padalintas į dvi dalis, tarsi suskaidytas žaibo smūgio. Abi naujos bagažinės vienodai puoštos galingomis karūnėlėmis. Šis padalijimas įvyko todėl, kad visi „cheminiai“ reaktyviniai varikliai yra suskirstyti į dvi klases, priklausomai nuo to, ar jie naudoja aplinkos orą savo darbui, ar ne.
Kito tipo, tiesioginio srauto, nekompresoriniame variklyje net šio vožtuvo tinklelio nėra ir dėl didelio greičio slėgio didėja slėgis degimo kameroje, t.y. stabdant į variklį skriejantį atvažiuojantį oro srautą. Akivaizdu, kad toks variklis gali veikti tik tada, kai orlaivis jau skrenda pakankamai dideliu greičiu, stovėdamas jis nesukurs traukos. Tačiau esant labai dideliam greičiui, 4–5 kartus didesniam už garso greitį, reaktyvinis variklis išvysto labai didelę trauką ir sunaudoja mažiau degalų nei bet kuris kitas „cheminis“ reaktyvinis variklis tokiomis sąlygomis. Štai kodėl reaktyviniai varikliai.
ir tt............