Zgodba o curku gibanja organizmov. Povzetek fizike na temo: »Reaktivni pogon

Med velikimi tehničnimi in znanstvenimi dosežki 20. stoletja eno prvih mest nedvomno pripada rakete in teorija reaktivnega pogona. Leta druge svetovne vojne (1941-1945) so pripeljala do nenavadno hitrega napredka v oblikovanju reaktivnih vozil. Na bojiščih so se ponovno pojavile rakete na smodnik, vendar so uporabljale visokokalorični brezdimni smodnik TNT (»katjuša«). Ustvarjena so bila letala za dihanje zraka, letala brez posadke s pulzirajočimi motorji za dihanje zraka ("FAU-1") in balistične rakete z dosegom do 300 km ("FAU-2").

Raketogradnja postaja zelo pomembna in hitro rastoča panoga. Razvoj teorije letenja reaktivnih vozil je eden od perečih problemov sodobnega znanstvenega in tehnološkega razvoja.

K. E. Tsiolkovsky je naredil veliko za znanje osnove teorije raketnega pogona. Bil je prvi v zgodovini znanosti, ki je oblikoval in preučeval problem preučevanja premočrtnega gibanja raket na podlagi zakonov teoretične mehanike. Kot smo navedli, je načelo komunikacije gibanja s pomočjo reakcijskih sil vrženih delcev spoznal Tsiolkovsky že leta 1883, vendar njegovo ustvarjanje matematično stroge teorije reaktivnega pogona sega v konec 19. stoletja.

V enem od svojih del je Tsiolkovsky zapisal: »Dolgo sem gledal na raketo, tako kot vsi ostali: z vidika zabave in majhnih aplikacij. Ne spomnim se dobro, kako mi je prišlo na misel, da bi naredil izračune v zvezi z raketo. Zdi se mi, da je prvo miselno seme zasejal slavni sanjač Jules Verne; prebudil je delo mojih možganov v določeno smer. Pojavile so se želje, za željami je nastala aktivnost uma. ...Star kos papirja s končnimi formulami, ki se nanašajo na reaktivno napravo, je označen z datumom 25. avgust 1898.«

»...Nikoli nisem trdil, da imam popolno rešitev problema. Najprej so neizogibno: misel, fantazija, pravljica. Za njimi prihaja znanstveni izračun. In na koncu usmrtitev krona misel. Moja dela o vesoljskih potovanjih sodijo v srednjo fazo ustvarjalnosti. Bolj kot kdorkoli drug razumem brezno, ki loči idejo od njene izvedbe, saj v življenju nisem le razmišljal in računal, ampak tudi izvajal, delal tudi z rokami. Nemogoče pa je ne imeti ideje: pred izvedbo je premislek, pred natančnim izračunom je fantazija.”

Leta 1903 se je v reviji Scientific Review pojavil prvi članek Konstantina Eduardoviča o raketni tehnologiji, ki se je imenoval "Raziskovanje svetovnih prostorov z uporabo raketnih instrumentov". V tem delu je bila na podlagi najpreprostejših zakonov teoretične mehanike (zakon o ohranitvi gibalne količine in zakon o neodvisnem delovanju sil) podana teorija poleta rakete in utemeljena možnost uporabe reaktivnih vozil za medplanetarne komunikacije. (Ustvarjanje splošne teorije gibanja teles, katerih masa se med gibanjem spreminja, pripada profesorju I. V. Meshcherskyju (1859-1935)).

Ideja o uporabi rakete za reševanje znanstvenih problemov, z uporabo reaktivnih motorjev za ustvarjanje gibanja grandioznih medplanetarnih ladij v celoti pripada Tsiolkovskemu. Je utemeljitelj sodobnih raket na tekoče gorivo velikega dosega, eden od tvorcev novega poglavja v teoretični mehaniki.

Klasična mehanika, ki preučuje zakone gibanja in ravnovesja materialnih teles, temelji na trije zakoni gibanja, ki ga je leta 1687 jasno in strogo formuliral angleški znanstvenik. Te zakonitosti so številni raziskovalci uporabljali pri proučevanju gibanja teles, katerih masa se med gibanjem ni spremenila. Upoštevani so bili zelo pomembni primeri gibanja in nastala je velika znanost - mehanika teles s konstantno maso. Aksiomi mehanike teles s konstantno maso oziroma Newtonovi zakoni gibanja so bili posplošitev celotnega dotedanjega razvoja mehanike. Trenutno so osnovni zakoni mehanskega gibanja navedeni v vseh učbenikih fizike za srednje šole. Tukaj bomo podali kratek povzetek Newtonovih zakonov gibanja, saj je bil naslednji korak v znanosti, ki je omogočil preučevanje gibanja raket, nadaljnji razvoj metod klasične mehanike.

Reaktivni pogon v naravi in ​​tehniki

POVZETEK O FIZIKI

Reaktivni pogon- gibanje, ki nastane, ko se katerikoli del loči od telesa z določeno hitrostjo.

Reaktivna sila se pojavi brez kakršne koli interakcije z zunanjimi telesi.

Uporaba reaktivnega pogona v naravi

Marsikdo izmed nas se je v življenju med plavanjem v morju srečal z meduzami. Vsekakor jih je v Črnem morju dovolj. Malokdo pa je pomislil, da meduze za premikanje uporabljajo tudi reaktivni pogon. Poleg tega se tako premikajo ličinke kačjih pastirjev in nekatere vrste morskega planktona. In pogosto je učinkovitost morskih nevretenčarjev pri uporabi reaktivnega pogona veliko večja kot pri tehnoloških izumih.

Reaktivni pogon uporabljajo številni mehkužci - hobotnice, lignji, sipe. Na primer, mehkužec morske pokrovače se premika naprej zaradi reaktivne sile toka vode, ki se vrže iz lupine med ostrim stiskanjem njegovih ventilov.

Hobotnica

Sipe

Sipe se, tako kot večina glavonožcev, v vodi premikajo na naslednji način. Skozi stransko režo in poseben lijak pred telesom zajema vodo v škržno votlino, nato pa skozi lijak energično vrže ven curek vode. Sipa usmeri cev lijaka na stran ali nazaj in se lahko, ko hitro iztisne vodo iz nje, premika v različnih smereh.

Salpa je morska žival s prozornim telesom, pri gibanju dobiva vodo skozi sprednjo odprtino, voda pa vstopa v široko votlino, znotraj katere so škrge raztegnjene diagonalno. Takoj, ko žival naredi velik požirek vode, se luknja zapre. Nato se skrčijo vzdolžne in prečne mišice salpe, skrči se celotno telo in voda se izrine skozi zadnjo odprtino. Reakcija uhajajočega curka potisne salpo naprej.

Najbolj zanimiv je reaktivni motor lignjev. Lignji so največji nevretenčarji, prebivalci oceanskih globin. Lignji so dosegli najvišjo popolnost v reaktivni navigaciji. Tudi njihovo telo s svojimi zunanjimi oblikami posnema raketo (ali bolje rečeno, raketa posnema lignje, saj ima pri tem nesporno prednost). Pri počasnem premikanju lignji uporabljajo veliko plavut v obliki diamanta, ki se občasno upogne. Za hitro metanje uporablja reaktivni motor. Mišično tkivo - plašč obdaja telo mehkužca z vseh strani; prostornina njegove votline je skoraj polovica volumna telesa lignja. Žival sesa vodo v votlino plašča, nato pa skozi ozko šobo ostro vrže tok vode in se z visokimi hitrostmi premika nazaj. Hkrati je vseh deset lovk lignja zbranih v vozel nad glavo in dobi poenostavljeno obliko. Šoba je opremljena s posebnim ventilom, mišice pa jo lahko vrtijo in spreminjajo smer gibanja. Squid motor je zelo varčen, zmore doseči hitrosti do 60 - 70 km/h. (Nekateri raziskovalci menijo, da tudi do 150 km/h!) Nič čudnega, da lignje imenujejo »živi torpedo«. Z upogibanjem lovk v snope v desno, levo, navzgor ali navzdol se lignji obračajo v eno ali drugo smer. Ker je tak volan v primerjavi s samo živaljo zelo velik, zadostuje njegov rahel premik, da se ligenj tudi pri polni hitrosti zlahka izogne ​​trku z oviro. Oster zasuk volana - in plavalec hiti v nasprotno smer. Tako je upognil konec lijaka nazaj in zdaj drsi z glavo naprej. Nagnil ga je v desno - in sunek curka ga je vrgel v levo. Toda ko je treba hitro plavati, lijak vedno štrli prav med lovkami in lignji hitijo z repom najprej, tako kot bi tekel rak - hitri sprehajalec, obdarjen z okretnostjo konja.

Če ni treba hiteti, lignji in sipe plavajo z valovitimi plavutmi - miniaturni valovi tečejo po njih od spredaj nazaj, žival pa graciozno drsi, občasno pa se potisne tudi s curkom vode, ki jo vrže izpod plašča. Potem so jasno vidni posamezni udarci, ki jih mehkužec prejme v trenutku izbruha vodnih curkov. Nekateri glavonožci lahko dosežejo hitrost do petinpetdeset kilometrov na uro. Zdi se, da nihče ni opravil neposrednih meritev, vendar je to mogoče oceniti po hitrosti in razponu letenja letečih lignjev. In izkazalo se je, da imajo hobotnice v svoji družini takšne talente! Najboljši pilot med mehkužci je lignji Stenoteuthis. Angleški mornarji ga imenujejo leteči lignji ("leteči lignji"). To je majhna žival velikosti sleda. Ribe lovi s tako hitrostjo, da pogosto skoči iz vode in se kot puščica spušča po njeni gladini. K temu triku se zateče, da bi si rešil življenje pred plenilci – tuno in skušo. Ko v vodi razvije največji potisk curka, se lignji pilot dvigne v zrak in leti nad valovi več kot petdeset metrov. Vrhunec poleta žive rakete je tako visoko nad vodo, da leteči lignji pogosto končajo na palubah oceanskih ladij. Štiri do pet metrov ni rekordna višina, do katere se lignji dvigajo v nebo. Včasih poletijo še višje.

Angleški raziskovalec mehkužcev dr. Rees je v znanstvenem članku opisal lignja (dolgega le 16 centimetrov), ki je, ko je preletel precejšnjo razdaljo po zraku, padel na most jahte, ki se je dvignila skoraj sedem metrov nad vodo.

Zgodi se, da na ladjo v penečem slapu pade veliko letečih lignjev. Starodavni pisec Trebius Niger je nekoč povedal žalostno zgodbo o ladji, ki naj bi se potopila pod težo letečih lignjev, ki so padli na njeno palubo. Lignji lahko vzletijo brez pospeševanja.

Hobotnice lahko tudi letijo. Francoski naravoslovec Jean Verani je videl, kako je navadna hobotnica pospešila v akvariju in nenadoma skočila iz vode nazaj. Ko je v zraku opisal približno pet metrov dolg lok, je skočil nazaj v akvarij. Ko je pospešila skok, se je hobotnica premaknila ne le zaradi reaktivnega potiska, ampak je tudi veslala s svojimi lovkami.
Vrečaste hobotnice seveda plavajo slabše od lignjev, vendar lahko v kritičnih trenutkih pokažejo rekordni razred za najboljše šprinterje. Osebje kalifornijskega akvarija je poskušalo fotografirati hobotnico, ki je napadla raka. Hobotnica se je na svoj plen pognala s tako hitrostjo, da je bila na filmu, tudi pri najvišjih hitrostih, vedno prisotna maščoba. To pomeni, da je met trajal stotinke sekunde! Značilno je, da hobotnice plavajo relativno počasi. Joseph Seinl, ki je proučeval selitve hobotnic, je izračunal: pol metra velika hobotnica plava po morju s povprečno hitrostjo okoli petnajst kilometrov na uro. Vsak vodni curek, vržen iz lijaka, jo potisne naprej (ali bolje rečeno nazaj, saj hobotnica plava nazaj) dva do dva metra in pol.

Jet gibanje najdemo tudi v rastlinskem svetu. Na primer, zreli plodovi "nore kumare" se z najmanjšim dotikom odbijejo od peclja in iz nastale luknje se močno vrže lepljiva tekočina s semeni. Kumara sama odleti v nasprotni smeri do 12 m.

Če poznate zakon o ohranitvi gibalne količine, lahko spremenite svojo hitrost gibanja v odprtem prostoru. Če ste v čolnu in imate več težkih kamnov, vas bo metanje kamnov v določeno smer premaknilo v nasprotno smer. Enako se bo zgodilo v vesolju, vendar tam za to uporabljajo reaktivne motorje.

Vsi vedo, da strel iz pištole spremlja odboj. Če bi bila teža naboja enaka teži pištole, bi z enako hitrostjo odleteli narazen. Odboj se pojavi, ker izpuščena masa plinov ustvari reaktivno silo, zahvaljujoč kateri je mogoče zagotoviti gibanje tako v zračnem kot v brezzračnem prostoru. In večja ko je masa in hitrost tekočih plinov, večjo odbojno silo čuti naša rama, močnejša je reakcija pištole, večja je reaktivna sila.

Uporaba reaktivnega pogona v tehnologiji

Dolga stoletja je človeštvo sanjalo o vesoljskih poletih. Pisci znanstvene fantastike so predlagali različne načine za dosego tega cilja. V 17. stoletju se je pojavila zgodba francoskega pisatelja Cyrana de Bergeraca o poletu na Luno. Junak te zgodbe je dosegel Luno v železnem vozičku, čez katerega je ves čas metal močan magnet. Ko ga je pritegnil, se je voziček dvigal vse višje in višje nad Zemljo, dokler ni dosegel Lune. In baron Munchausen je rekel, da se je na luno povzpel po steblu fižola.

Kitajska je ob koncu prvega tisočletja našega štetja izumila reaktivni pogon, ki je poganjal rakete – bambusove cevi, napolnjene s smodnikom, uporabljali so jih tudi za zabavo. Eden prvih avtomobilskih projektov je bil tudi z reaktivnim motorjem in ta projekt je pripadal Newtonu

Avtor prvega svetovnega projekta reaktivnega letala, namenjenega človeškemu letenju, je bil ruski revolucionar N.I. Kibalčič. Usmrčen je bil 3. aprila 1881 zaradi sodelovanja pri poskusu atentata na cesarja Aleksandra II. Svoj projekt je razvil v zaporu, potem ko je bil obsojen na smrt. Kibalchich je zapisal: »V zaporu, nekaj dni pred smrtjo, pišem ta projekt. Verjamem v izvedljivost svoje zamisli in ta vera me podpira v moji strašni situaciji ... Mirno se bom soočil s smrtjo, vedoč, da moja ideja ne bo umrla z menoj.«

Zamisel o uporabi raket za vesoljske polete je v začetku tega stoletja predlagal ruski znanstvenik Konstantin Eduardovič Ciolkovski. Leta 1903 se je v tisku pojavil članek učitelja gimnazije Kaluga K.E. Tsiolkovsky "Raziskovanje svetovnih prostorov z uporabo reaktivnih instrumentov." To delo je vsebovalo najpomembnejšo matematično enačbo za astronavtiko, zdaj znano kot »formula Ciolkovskega«, ki je opisovala gibanje telesa s spremenljivo maso. Kasneje je razvil zasnovo raketnega motorja na tekoče gorivo, predlagal večstopenjsko zasnovo rakete in izrazil idejo o možnosti ustvarjanja celih vesoljskih mest v nizki zemeljski orbiti. Pokazal je, da je edina naprava, ki je sposobna premagati gravitacijo, raketa, tj. naprava z reaktivnim motorjem, ki uporablja gorivo in oksidant, ki se nahaja na sami napravi.

Dokončano:
študent
Skupine 1-121
Okuneva Alena
Preverjeno:
P.L.Vineaminovna

mesto Perevoz
2011
Vsebina:

Uvod: Kaj je reaktivni pogon………………………………………………………………………………………………………..3
Zakon o ohranitvi gibalne količine……………………………………………………………….4
Uporaba reaktivnega pogona v naravi…………………………..….…...5
Uporaba reaktivnega pogona v tehnologiji………………………………..….….6
Reaktivni pogon "Medcelinska raketa"…………..……………7
Fizikalne osnove delovanja reaktivnega motorja..................... .................... 8
Razvrstitev reaktivnih motorjev in značilnosti njihove uporabe………………………………………………………………………………………………….…….9
Značilnosti zasnove in izdelave letala…..…10
Zaključek………………………………………………………………………………………….11
Seznam referenc………………………………………………………… …..12

"reaktivni pogon"
Reaktivno gibanje je gibanje telesa, ki ga povzroči ločitev nekega dela od njega z določeno hitrostjo. Gibanje curka je opisano na podlagi zakona o ohranitvi gibalne količine.
Reaktivni pogon, ki se zdaj uporablja v letalih, raketah in vesoljskih plovilih, je značilen za hobotnice, lignje, sipe, meduze - vsi brez izjeme za plavanje uporabljajo reakcijo (odsun) izvrženega toka vode.
Primere reaktivnega pogona najdemo tudi v rastlinskem svetu.
V južnih državah raste rastlina, imenovana "nora kumara". Takoj ko se zrelega ploda, podobnega kumari, rahlo dotaknete, se ta odbije od peclja in skozi nastalo luknjico iz ploda kot vodnjak s hitrostjo do 10 m/s priteče tekočina s semeni.

Kumare same odletijo v nasprotno smer. Nora kumara (sicer imenovana "ženska pištola") strelja na več kot 12 m.

"Zakon ohranjanja gibalne količine"
V zaprtem sistemu vektorska vsota impulzov vseh teles, vključenih v sistem, ostane konstantna za kakršne koli interakcije teles tega sistema med seboj.
Ta temeljni naravni zakon se imenuje zakon o ohranitvi gibalne količine. Je posledica drugega in tretjega Newtonovega zakona. Oglejmo si dve medsebojno delujoči telesi, ki sta del zaprtega sistema.
Sile medsebojnega delovanja med temi telesi označimo z in Po tretjem Newtonovem zakonu. Če ta telesa medsebojno delujejo v času t, potem so impulzi medsebojnih sil enaki po velikosti in usmerjeni v nasprotni smeri: Uporabimo za ta telesa drugi Newtonov zakon. :

"Uporaba reaktivnega pogona v naravi"
Reaktivni pogon uporabljajo številni mehkužci - hobotnice, lignji, sipe. Na primer, mehkužec morske pokrovače se premika naprej zaradi reaktivne sile toka vode, ki se vrže iz lupine med ostrim stiskanjem njegovih ventilov.

Hobotnica
Sipe se, tako kot večina glavonožcev, v vodi premikajo na naslednji način. Skozi stransko režo in poseben lijak pred telesom zajema vodo v škržno votlino, nato pa skozi lijak energično vrže ven curek vode. Sipa usmeri cev lijaka na stran ali nazaj in se lahko, ko hitro iztisne vodo iz nje, premika v različnih smereh.
Salpa je morska žival s prozornim telesom, pri gibanju dobiva vodo skozi sprednjo odprtino, voda pa vstopa v široko votlino, znotraj katere so škrge raztegnjene diagonalno. Takoj, ko žival naredi velik požirek vode, se luknja zapre. Nato se skrčijo vzdolžne in prečne mišice salpe, skrči se celotno telo in voda se izrine skozi zadnjo odprtino. Reakcija uhajajočega curka potisne salpo naprej. Najbolj zanimiv je reaktivni motor lignjev. Lignji so največji nevretenčarji, prebivalci oceanskih globin. Lignji so dosegli najvišjo popolnost v reaktivni navigaciji. Tudi njihovo telo s svojo zunanjo obliko posnema raketo. Če poznate zakon o ohranitvi gibalne količine, lahko spremenite svojo hitrost gibanja v odprtem prostoru. Če ste v čolnu in imate več težkih kamnov, vas bo metanje kamnov v določeno smer premaknilo v nasprotno smer. Enako se bo zgodilo v vesolju, vendar tam za to uporabljajo reaktivne motorje.

"Uporaba reaktivnega pogona v tehnologiji"
Kitajska je ob koncu prvega tisočletja našega štetja izumila reaktivni pogon, ki je poganjal rakete – bambusove cevi, napolnjene s smodnikom, uporabljali so jih tudi za zabavo. Eden prvih avtomobilskih projektov je bil tudi z reaktivnim motorjem in ta projekt je pripadal Newtonu.
Avtor prvega svetovnega projekta reaktivnega letala, namenjenega človeškemu letenju, je bil ruski revolucionar N.I. Kibalčič. Usmrčen je bil 3. aprila 1881 zaradi sodelovanja pri poskusu atentata na cesarja Aleksandra II. Svoj projekt je razvil v zaporu, potem ko je bil obsojen na smrt. Kibalchich je zapisal: »V zaporu, nekaj dni pred smrtjo, pišem ta projekt. Verjamem v izvedljivost svoje zamisli in ta vera me podpira v moji strašni situaciji ... Mirno se bom soočil s smrtjo, vedoč, da moja ideja ne bo umrla z menoj.«
Zamisel o uporabi raket za vesoljske polete je v začetku tega stoletja predlagal ruski znanstvenik Konstantin Eduardovič Ciolkovski. Leta 1903 se je v tisku pojavil članek učitelja gimnazije Kaluga K.E. Tsiolkovsky "Raziskovanje svetovnih prostorov z uporabo reaktivnih instrumentov." To delo je vsebovalo najpomembnejšo matematično enačbo za astronavtiko, zdaj znano kot »formula Ciolkovskega«, ki je opisovala gibanje telesa s spremenljivo maso. Kasneje je razvil zasnovo raketnega motorja na tekoče gorivo, predlagal večstopenjsko zasnovo rakete in izrazil idejo o možnosti ustvarjanja celih vesoljskih mest v nizki zemeljski orbiti. Pokazal je, da je edina naprava, ki je sposobna premagati gravitacijo, raketa, tj. naprava z reaktivnim motorjem, ki uporablja gorivo in oksidant, ki se nahaja na sami napravi. Sovjetske rakete so prve dosegle Luno, obkrožile Luno in fotografirale njeno z Zemlje nevidno stran ter prve dosegle planet Venero in na njeno površje dostavile znanstvene instrumente. Leta 1986 sta dve sovjetski vesoljski plovili, Vega 1 in Vega 2, natančno preiskali Halleyev komet, ki se Soncu približa enkrat na 76 let.

Reaktivni pogon "Medcelinska raketa"
Človeštvo je vedno sanjalo o potovanju v vesolje. Pisatelji - pisci znanstvene fantastike, znanstveniki, sanjači - so predlagali različne načine za dosego tega cilja. Toda dolga stoletja niti enemu znanstveniku ali piscu znanstvene fantastike ni uspelo izumiti edinega človekovega razpoložljivega sredstva, s katerim bi lahko premagal silo težnosti in poletel v vesolje. K. E. Tsiolkovsky je utemeljitelj teorije vesoljskih poletov.
Sanje in težnje mnogih ljudi je prvič približal resničnosti ruski znanstvenik Konstantin Eduardovič Ciolkovski (1857-1935), ki je pokazal, da je edina naprava, ki lahko premaga gravitacijo, raketa, ki jo je prvič predstavil znanstveni dokazi o možnosti uporabe rakete za polete v vesolje, izven Zemljine atmosfere in na druge planete sončnega sistema. Tsoilkovsky je raketo imenoval naprava z reaktivnim motorjem, ki uporablja gorivo in oksidant na sebi.
Kot veste iz tečaja fizike, strel iz pištole spremlja odboj. Po Newtonovih zakonih bi krogla in puška leteli v različne smeri z enako hitrostjo, če bi imeli enako maso. Izpuščena masa plinov ustvarja reaktivno silo, zahvaljujoč kateri se lahko zagotovi gibanje, tako v zračnem kot v brezzračnem prostoru, in tako pride do odboja. Večjo kot povratno silo občuti naša rama, večja je masa in hitrost uhajajočih plinov in zato močnejša kot je reakcija puške, večja je reaktivna sila. Ti pojavi so razloženi z zakonom o ohranitvi gibalne količine:
vektorska (geometrična) vsota impulzov teles, ki sestavljajo zaprt sistem, ostane konstantna za kakršna koli gibanja in interakcije teles sistema.
Predstavljena formula Ciolkovskega je osnova, na kateri temelji celoten izračun sodobnih raket. Število Ciolkovskega je razmerje med maso goriva in maso rakete ob koncu delovanja motorja – s težo prazne rakete.
Tako smo ugotovili, da je največja dosegljiva hitrost rakete odvisna predvsem od hitrosti pretoka plina iz šobe. Hitrost pretoka plinov iz šob pa je odvisna od vrste goriva in temperature curka plina. To pomeni, da višja kot je temperatura, večja je hitrost. Potem morate za pravo raketo izbrati najbolj kalorično gorivo, ki proizvaja največjo količino toplote. Iz formule je razvidno, da je med drugim hitrost rakete odvisna od začetne in končne mase rakete, od tega, kolikšen del njene teže predstavlja gorivo in kolikšen del neuporabnega (z vidika hitrosti leta) strukture: telo, mehanizmi itd. d.
Glavni zaključek te formule Ciolkovskega za določanje hitrosti vesoljske rakete je, da bo raketa v brezzračnem prostoru razvila tem večjo hitrost, čim večja je hitrost odtekanja plina in čim večje je število Ciolkovskega.

"Fizične osnove delovanja reaktivnega motorja"
Sodobni močni reaktivni motorji različnih tipov temeljijo na principu neposredne reakcije, tj. princip ustvarjanja pogonske sile (ali potiska) v obliki reakcije (odboja) toka "delovne snovi", ki teče iz motorja, običajno vročih plinov. V vseh motorjih obstajata dva procesa pretvorbe energije. Najprej se kemična energija goriva pretvori v toplotno energijo produktov zgorevanja, nato pa se toplotna energija porabi za opravljanje mehanskega dela. Takšni motorji vključujejo batne motorje avtomobilov, dizelskih lokomotiv, parne in plinske turbine elektrarn itd. Ko se v toplotnem stroju ustvarijo vroči plini, ki vsebujejo veliko toplotno energijo, je treba to energijo pretvoriti v mehansko energijo. Navsezadnje motorji služijo za opravljanje mehanskega dela, za "premaknitev" nečesa, za delovanje, ne glede na to, ali je to dinamo, če ga prosimo za dopolnitev z risbami elektrarne, dizelske lokomotive, avtomobila ali letalo. Da bi se toplotna energija plinov spremenila v mehansko, se mora njihova prostornina povečati. Pri takšnem širjenju plini opravljajo delo, ki porablja njihovo notranjo in toplotno energijo.
Reaktivna šoba ima lahko različne oblike in poleg tega različne izvedbe glede na vrsto motorja. Glavna stvar je hitrost, s katero plini iztekajo iz motorja. Če ta hitrost iztoka ne presega hitrosti, s katero se zvočni valovi širijo v iztekajočih plinih, potem je šoba preprost cilindričen ali stožčast odsek cevi. Če naj bi hitrost iztoka presegala hitrost zvoka, je šoba oblikovana kot raztezna cev ali najprej zožena in nato raztegljiva (Lavlova šoba). Samo v cevi te oblike, kot kažejo teorija in izkušnje, je mogoče plin pospešiti do nadzvočne hitrosti in prestopiti »zvočni zid«.

"Klasifikacija reaktivnih motorjev in značilnosti njihove uporabe"
Vendar je to mogočno deblo, princip neposredne reakcije, rodilo ogromno krono "družinskega drevesa" družine reaktivnih motorjev. Da bi se seznanili z glavnimi vejami njegove krone, kronali "deblo" neposredne reakcije. Kmalu, kot lahko vidite na sliki (glej spodaj), se to deblo razdeli na dva dela, kot da bi ga razklal udar strele. Oba nova debla sta enako okrašena z mogočnima kronama. Do te delitve je prišlo, ker so vsi "kemični" reaktivni motorji razdeljeni v dva razreda glede na to, ali za svoje delovanje uporabljajo zrak iz okolice ali ne.
Pri nekompresorskem motorju drugega tipa, direktnotočnem, te rešetke ventilov sploh ni in se tlak v zgorevalni komori poveča zaradi tlaka pri visoki hitrosti, tj. zaviranje prihajajočega zračnega toka, ki med letom vstopa v motor. Jasno je, da je takšen motor sposoben delovati le, ko letalo že leti z dovolj visoko hitrostjo, v parkiranem stanju ne bo razvilo potiska. Toda pri zelo visoki hitrosti, 4-5-kratni hitrosti zvoka, ramjet motor razvije zelo velik potisk in porabi manj goriva kot kateri koli drug "kemični" reaktivni motor v teh pogojih. Zato ramjet motorji.
itd.................

Za večino ljudi izraz "reaktivni pogon" predstavlja sodobni napredek v znanosti in tehnologiji, še posebej na področju fizike. Reaktivni pogon v tehnologiji mnogi povezujejo z vesoljskimi ladjami, sateliti in reaktivnimi letali. Izkazalo se je, da je pojav reaktivnega pogona obstajal veliko prej kot človek sam in neodvisno od njega. Ljudem je uspelo razumeti, uporabiti in razviti le tisto, kar je podvrženo zakonom narave in vesolja.

Kaj je reaktivni pogon?

V angleščini beseda "reactive" zveni kot "jet". Pomeni gibanje telesa, ki nastane v procesu ločevanja dela od njega z določeno hitrostjo. Pojavi se sila, ki premakne telo v nasprotni smeri od smeri gibanja in od njega loči del. Vsakič, ko se snov izvrže iz predmeta in se predmet premakne v nasprotno smer, opazimo gibanje curka. Da bi dvignili predmete v zrak, morajo inženirji oblikovati močan raketni lansirnik. S sproščanjem plamenskih curkov raketo dvignejo motorji v Zemljino orbito. Včasih rakete izstrelijo satelite in vesoljske sonde.

Kar zadeva letala in vojaška letala, načelo njihovega delovanja nekoliko spominja na vzlet rakete: fizično telo se odzove na močan curek plina, ki ga oddaja, zaradi česar se premika v nasprotni smeri. To je osnovni princip delovanja reaktivnega letala.

Newtonovi zakoni reaktivnega pogona

Inženirji svoj razvoj temeljijo na načelih zgradbe vesolja, ki so bila prvič podrobno opisana v delih izjemnega britanskega znanstvenika Isaaca Newtona, ki je živel ob koncu 17. stoletja. Newtonovi zakoni opisujejo mehanizme gravitacije in nam povedo, kaj se zgodi, ko se predmeti premikajo. Posebej nazorno pojasnjujejo gibanje teles v prostoru.

Drugi Newtonov zakon pravi, da je sila premikajočega se telesa odvisna od količine snovi, ki jo vsebuje, z drugimi besedami, njegove mase in spremembe hitrosti gibanja (pospeška). To pomeni, da je za ustvarjanje močne rakete potrebno, da nenehno sprošča velike količine energije visoke hitrosti. Newtonov tretji zakon pravi, da bo za vsako dejanje enaka, a nasprotna reakcija - reakcija. Reaktivni motorji v naravi in ​​tehnologiji se držijo teh zakonov. Pri raketi je sila snov, ki pride iz izpušne cevi. Reakcija je potiskanje rakete naprej. Sila izpustov iz njega potiska raketo. V vesolju, kjer raketa praktično nima teže, lahko že majhen pritisk raketnih motorjev veliko ladjo hitro poleti naprej.

Tehnika z uporabo reaktivnega pogona

Fizika reaktivnega pogona je, da se pospešek ali pojemek telesa zgodi brez vpliva okoliških teles. Proces nastane zaradi ločitve dela sistema.

Primeri reaktivnega pogona v tehnologiji so:

1. pojav odboja od strela;
2. eksplozije;
3. udarci med nesrečami;
4. odboj pri uporabi močne požarne cevi;
5. čoln z reaktivnim motorjem;
6. reaktivno letalo in raketa.

Telesa tvorijo zaprt sistem, če delujejo le med seboj. Takšna interakcija lahko povzroči spremembo mehanskega stanja teles, ki tvorijo sistem.

Kakšen je učinek zakona o ohranitvi gibalne količine?

Ta zakon je prvi naznanil francoski filozof in fizik R. Descartes. Pri medsebojnem delovanju dveh ali več teles nastane med njimi zaprt sistem. Pri gibanju ima vsako telo svoj zagon. To je masa telesa, pomnožena z njegovo hitrostjo. Celotni moment sistema je enak vektorski vsoti momentov teles, ki se nahajajo v njem. Gibalna količina katerega koli telesa znotraj sistema se spreminja zaradi medsebojnega vpliva. Celotna gibalna količina teles v zaprtem sistemu ostane nespremenjena pri različnih gibanjih in interakcijah teles. To je zakon o ohranitvi gibalne količine.

Primeri delovanja tega zakona so lahko kakršni koli trki teles (biljardne krogle, avtomobili, osnovni delci), pa tudi razpoke teles in streljanje. Ob strelu z orožjem pride do odboja: izstrelek rine naprej, samo orožje pa se potisne nazaj. Zakaj se to dogaja? Krogla in orožje tvorita med seboj zaprt sistem, kjer deluje zakon o ohranitvi gibalne količine. Pri strelu se spreminjajo impulzi samega orožja in krogle. Toda skupni impulz orožja in krogle v njem pred strelom bo enak skupnemu impulzu odbojnega orožja in izstreljene krogle po strelu. Če bi imela krogla in pištola enako maso, bi leteli v nasprotni smeri z enako hitrostjo.

Zakon o ohranitvi gibalne količine ima široko uporabo v praksi. Omogoča nam razlago gibanja curka, zahvaljujoč kateremu so dosežene največje hitrosti.

Reaktivni pogon v fiziki

Najbolj osupljiv primer zakona o ohranitvi gibalne količine je gibanje curka, ki ga izvaja raketa. Najpomembnejši del motorja je zgorevalna komora. V eni od njegovih sten je brizgalna šoba, prilagojena za sproščanje plina, ki nastane pri zgorevanju goriva. Pod vplivom visoke temperature in tlaka plin zapusti šobo motorja z veliko hitrostjo. Pred izstrelitvijo rakete je njen zagon glede na Zemljo enak nič. V trenutku izstrelitve raketa prejme tudi impulz, ki je enak impulzu plina, vendar nasprotne smeri.

Primer fizike reaktivnega pogona lahko vidimo povsod. Med praznovanjem rojstnega dne lahko balon postane raketa. kako Napihnite balon tako, da stisnete odprto luknjo, da preprečite uhajanje zraka. Zdaj pa ga pusti. Balon se bo pognal po prostoru z veliko hitrostjo, poganjal pa ga bo zrak, ki bo letel iz njega.

Zgodovina reaktivnega pogona

Zgodovina reaktivnih motorjev sega 120 let pred našim štetjem, ko je Heron iz Aleksandrije zasnoval prvi reaktivni motor, eolipil. Voda se vlije v kovinsko kroglo in segreje na ognju. Para, ki uhaja iz te krogle, jo vrti. Ta naprava prikazuje reaktivni pogon. Duhovniki so uspešno uporabili Heronov motor za odpiranje in zapiranje tempeljskih vrat. Modifikacija eolipile je Segnerjevo kolo, ki se v našem času učinkovito uporablja za zalivanje kmetijskih zemljišč. V 16. stoletju je Giovani Branca svetu predstavil prvo parno turbino, ki je delovala na principu reaktivnega pogona. Isaac Newton je predlagal enega prvih načrtov za parni avtomobil.

Prvi poskusi uporabe reaktivnega pogona v tehnologiji za premikanje po kopnem segajo v 15-17 stoletja. Že pred 1000 leti so imeli Kitajci rakete, ki so jih uporabljali kot vojaško orožje. Na primer, leta 1232 so po kroniki v vojni z Mongoli uporabili puščice, opremljene z raketami.

Prvi poskusi izdelave reaktivnega letala so se začeli leta 1910. Osnova je bila vzeta iz raketnih raziskav preteklih stoletij, ki so podrobno opisale uporabo prašnih pospeševalnikov, ki bi lahko bistveno zmanjšali dolžino naknadnega zgorevanja in vzletnega zaleta. Glavni konstruktor je bil romunski inženir Henri Coanda, ki je zgradil letalo na batni pogon. Pionirja reaktivnega pogona v tehnologiji lahko upravičeno imenujemo inženir iz Anglije Frank Whittle, ki je predlagal prve ideje za ustvarjanje reaktivnega motorja in zanje prejel svoj patent konec 19. stoletja.

Prvi reaktivni motorji

Razvoj reaktivnega motorja v Rusiji se je začel v začetku 20. stoletja. Teorijo o gibanju reaktivnih vozil in raket, ki lahko dosežejo nadzvočno hitrost, je predstavil znani ruski znanstvenik K. E. Ciolkovski. Nadarjeni oblikovalec A. M. Lyulka je uspel to idejo uresničiti. Prav on je ustvaril projekt prvega reaktivnega letala v ZSSR, ki ga je poganjala reaktivna turbina. Prvo reaktivno letalo so ustvarili nemški inženirji. Ustvarjanje in proizvodnja projektov sta potekala na skrivaj v prikritih tovarnah. Hitler je s svojo idejo, da postane svetovni vladar, zaposlil najboljše oblikovalce v Nemčiji za izdelavo močnega orožja, vključno z letali za visoke hitrosti. Najuspešnejše med njimi je bilo prvo nemško reaktivno letalo Messerschmitt 262. To letalo je kot prvo na svetu uspešno prestalo vse teste, prosto vzletelo in se nato začelo serijsko izdelovati.

Letalo je imelo naslednje lastnosti:

• Naprava je imela dva turboreaktivna motorja.
• V premcu je bil nameščen radar.
• Največja hitrost letala je dosegla 900 km/h.

Zahvaljujoč vsem tem indikatorjem in konstrukcijskim značilnostim je bilo prvo reaktivno letalo, Messerschmitt-262, mogočno sredstvo za boj proti drugim letalom.

Prototipi sodobnih letal

V povojnem obdobju so ruski oblikovalci ustvarili reaktivna letala, ki so kasneje postala prototipi sodobnih letal.

I-250, bolj znan kot legendarni MiG-13, je lovec, na katerem je delal A. I. Mikojan. Prvi polet je bil opravljen spomladi 1945, takrat je reaktivni lovec pokazal rekordno hitrost 820 km/h. Začela sta proizvodnjo reaktivnih letal MiG-9 in Jak-15.

Aprila 1945 se je reaktivno letalo P. O. Suhoja Su-5 prvič povzpelo v nebo, ki se je dvignilo in poletelo zaradi motornega kompresorja za dihanje zraka in batnega motorja, nameščenega v zadnjem delu konstrukcije.

Po koncu vojne in kapitulaciji nacistične Nemčije je Sovjetska zveza kot trofeje prejela nemška letala z reaktivnimi motorji JUMO-004 in BMW-003.

Prototipi prvega sveta

Pri razvoju, testiranju novih letal in njihovi proizvodnji niso sodelovali le nemški in sovjetski oblikovalci. Tudi inženirji iz ZDA, Italije, Japonske in Velike Britanije so ustvarili številne uspešne projekte z uporabo reaktivnega pogona v tehnologiji. Nekateri prvi razvojni dogodki z različnimi vrstami motorjev vključujejo:

• He-178 je nemško letalo s turboreaktivnim motorjem, ki je poletelo avgusta 1939.
• GlosterE. 28/39 - letalo, ki izvira iz Velike Britanije, s turboreaktivnim motorjem, se je prvič povzpelo v nebo leta 1941.
• He-176, bojno letalo, ustvarjeno v Nemčiji z uporabo raketnega motorja, je svoj prvi polet opravilo julija 1939.
• BI-2 je prvo sovjetsko letalo, ki ga je poganjal raketni pogon.
• CampiniN.1 je reaktivno letalo, ustvarjeno v Italiji, ki je postalo prvi poskus italijanskih oblikovalcev, da se odmaknejo od bata.
• Yokosuka MXY7 Ohka ("Oka") z motorjem Tsu-11 je japonski lovec-bombnik, tako imenovano letalo za enkratno uporabo s pilotom kamikaze na krovu.

Uporaba reaktivnega pogona v tehnologiji je bila močna spodbuda za hitro ustvarjanje naslednjih reaktivnih letal in nadaljnji razvoj vojaških in civilnih letal.

1. GlosterMeteor, reaktivni lovec, izdelan v Veliki Britaniji leta 1943, je imel pomembno vlogo v drugi svetovni vojni, po njenem koncu pa je služil kot prestreznik nemških raket V-1.
2. Lockheed F-80 je reaktivno letalo, izdelano v ZDA z uporabo motorja AllisonJ. Ta letala so večkrat sodelovala v japonsko-korejski vojni.
3. B-45 Tornado je prototip sodobnega ameriškega bombnika B-52, ustvarjenega leta 1947.
4. MiG-15, naslednik hvaljenega lovca MiG-9, ki je aktivno sodeloval v vojaškem spopadu v Koreji, je bil izdelan decembra 1947.
5. Tu-144 je prvo sovjetsko nadzvočno zračno-reaktivno potniško letalo.

Sodobna reaktivna vozila

Letala se iz leta v leto izboljšujejo, saj si oblikovalci z vsega sveta prizadevajo ustvariti novo generacijo letal, ki bi lahko letela s hitrostjo zvoka in z nadzvočno hitrostjo. Zdaj obstajajo letala, ki lahko sprejmejo veliko število potnikov in tovora, imajo ogromne velikosti in nepredstavljive hitrosti nad 3000 km / h, in vojaška letala, opremljena s sodobno bojno opremo.

Toda med to raznolikostjo je več modelov rekordnih reaktivnih letal:

1. Airbus A380 je najbolj prostorno letalo, ki lahko sprejme 853 potnikov, kar zagotavlja njegova dvonadstropna zasnova. Je tudi eno najbolj luksuznih in najdražjih letal našega časa. Največje potniško letalo v zraku.
2. Boeing 747 - več kot 35 let je veljal za najbolj prostorno dvonadstropno potniško letalo in je lahko prevažalo 524 potnikov.
3. AN-225 Mriya je tovorno letalo, ki se ponaša z nosilnostjo 250 ton.
4. LockheedSR-71 je reaktivno letalo, ki med letom doseže hitrost 3529 km/h.

Letalske raziskave ne mirujejo, saj so reaktivna letala osnova hitro razvijajočega se sodobnega letalstva. Trenutno se načrtuje več zahodnih in ruskih letal s posadko, potniki in brez posadke z reaktivnimi motorji, katerih izdaja je načrtovana v naslednjih nekaj letih.

Ruski inovativni razvoj prihodnosti vključuje lovca 5. generacije PAK FA - T-50, katerega prvi primerki bodo predvidoma prešli v uporabo konec leta 2017 ali v začetku leta 2018 po testiranju novega reaktivnega motorja.

Narava je primer reaktivnega pogona

Reaktivni princip gibanja je sprva predlagala narava sama. Njegov učinek uporabljajo ličinke nekaterih vrst kačjih pastirjev, meduz in številnih mehkužcev - pokrovač, sip, hobotnic in lignjev. Uporabljajo neke vrste "princip odbojnosti". Sipe potegnejo vodo in jo vržejo ven tako hitro, da same naredijo skok naprej. Lignji, ki uporabljajo to metodo, lahko dosežejo hitrost do 70 kilometrov na uro. Zato je ta način gibanja omogočil, da lignje imenujemo "biološke rakete". Inženirji so že iznašli motor, ki deluje na principu gibanja lignjev. Primer uporabe reaktivnega pogona v naravi in ​​tehniki je vodni top.

To je naprava, ki omogoča premikanje s silo vode, ki jo vrže ven pod močnim pritiskom. V napravi se voda črpa v komoro in se nato iz nje spusti skozi šobo, posoda pa se premika v nasprotni smeri od izpusta curka. Voda se črpa z motorjem, ki deluje na dizel ali bencin.

Rastlinski svet nam ponuja tudi primere reaktivnega pogona. Med njimi so vrste, ki uporabljajo takšno gibanje za razpršitev semen, na primer nora kumara. Samo navzven je ta rastlina podobna kumaram, ki smo jih vajeni. In dobil je značilnost "nor" zaradi svojega čudnega načina razmnoževanja. Ko dozorijo, se plodovi odbijejo od pecljev. Sčasoma se odpre luknja, skozi katero kumara z reaktivnostjo izstreli snov, ki vsebuje semena, primerna za kalitev. In sama kumara se odbije do dvanajst metrov v smeri, nasprotni strelu.

Manifestacija reaktivnega pogona v naravi in ​​tehnologiji je podvržena istim zakonom vesolja. Človeštvo vse pogosteje uporablja te zakone za doseganje svojih ciljev ne samo v zemeljski atmosferi, ampak tudi v prostranosti vesolja, reaktivni pogon pa je osupljiv primer tega.

Zakon o ohranitvi gibalne količine je zelo pomemben pri obravnavanju gibanja curka.
Spodaj reaktivni pogon razumeti gibanje telesa, ki nastane, ko se njegov del loči z določeno hitrostjo glede nanj, na primer, ko produkti zgorevanja iztečejo iz šobe reaktivnega letala. V tem primeru je t.i Reaktivna sila potiskanje telesa.
Posebnost reaktivne sile je, da nastane kot posledica interakcije med deli samega sistema brez kakršne koli interakcije z zunanjimi telesi.
Medtem ko sila, ki daje pospešek, na primer pešcu, ladji ali letalu, nastane le zaradi interakcije teh teles s tlemi, vodo ali zrakom.

Tako lahko gibanje telesa dobimo kot rezultat toka toka tekočine ali plina.

Jet gibanje v naravi inherentno predvsem živim organizmom, ki živijo v vodnem okolju.

V tehnologiji se reaktivni pogon uporablja v rečnem prometu (vodni reaktivni motorji), v avtomobilski industriji (dirkalni avtomobili), v vojaških zadevah, v letalstvu in astronavtiki.
Vsa sodobna letala za visoke hitrosti so opremljena z reaktivnimi motorji, saj... sposobni so zagotoviti zahtevano hitrost letenja.
V vesolju je nemogoče uporabljati druge motorje razen reaktivnih, saj tam ni podpore, iz katere bi lahko dosegli pospešek.

Zgodovina razvoja reaktivne tehnike

Ustvarjalec ruske bojne rakete je bil topniški znanstvenik K.I. Konstantinov. S težo 80 kg je doseg rakete Konstantinov dosegel 4 km.

Zamisel o uporabi reaktivnega pogona v letalu, projekt reaktivne aeronavtične naprave, je leta 1881 predstavil N.I. Kibalčič.

Leta 1903 je slavni fizik K.E. Tsiolkovsky je dokazal možnost letenja v medplanetarnem prostoru in razvil načrt za prvi raketoplan z motorjem na tekoče gorivo.

K.E. Tsiolkovsky je zasnoval vesoljski raketni vlak, sestavljen iz več raket, ki delujejo izmenično in odpadejo, ko se porabi gorivo.

Načela reaktivnih motorjev

Osnova vsakega reaktivnega motorja je zgorevalna komora, v kateri pri zgorevanju goriva nastajajo plini, ki imajo zelo visoko temperaturo in pritiskajo na stene komore. Plini uhajajo iz ozke raketne šobe z veliko hitrostjo in ustvarjajo reaktivni potisk. V skladu z zakonom o ohranitvi gibalne količine raketa pridobiva hitrost v nasprotni smeri.

Gibalna količina sistema (produkti zgorevanja rakete) ostane enaka nič. Ker se masa rakete zmanjša, tudi pri konstantnem pretoku plina, se bo njena hitrost povečala in postopoma dosegla največjo vrednost.
Gibanje rakete je primer gibanja telesa s spremenljivo maso. Za izračun njegove hitrosti se uporablja zakon o ohranitvi gibalne količine.

Reaktivne motorje delimo na raketne motorje in motorje z dihanjem zraka.

Raketni motorji Na voljo s trdim ali tekočim gorivom.
Pri raketnih motorjih na trdo gorivo je gorivo, ki vsebuje gorivo in oksidant, ujeto v zgorevalni komori motorja.
IN tekočinski reaktivni motorji, namenjenih izstrelitvi vesoljskih plovil, sta gorivo in oksidant shranjena ločeno v posebnih rezervoarjih in se dovajata v zgorevalno komoro s pomočjo črpalk. Kot gorivo lahko uporabljajo kerozin, bencin, alkohol, tekoči vodik ipd., kot oksidacijsko sredstvo, potrebno za gorenje, pa tekoči kisik, dušikovo kislino ipd.

Sodobne tristopenjske vesoljske rakete se izstrelijo navpično in po prehodu skozi goste plasti atmosfere preidejo na let v določeni smeri. Vsaka raketna stopnja ima svoj rezervoar za gorivo in rezervoar za oksidant ter svoj reaktivni motor. Ko gorivo zgori, se izrabljene raketne stopnje zavržejo.

Reaktivni motorji trenutno se uporablja predvsem v letalih. Njihova glavna razlika od raketnih motorjev je, da je oksidant za zgorevanje goriva kisik iz zraka, ki vstopa v motor iz ozračja.
Motorji z vdihavanjem zraka vključujejo turbokompresorske motorje z aksialnim in centrifugalnim kompresorjem.
Zrak v takih motorjih sesa in stisne kompresor, ki ga poganja plinska turbina. Plini, ki zapuščajo zgorevalno komoro, ustvarjajo potisno silo in vrtijo rotor turbine.

Pri zelo visokih hitrostih letenja je mogoče doseči stiskanje plinov v zgorevalni komori zaradi prihajajočega prihajajočega zračnega toka. Ni potrebe po kompresorju.