Mechanizm napędu odrzutowego. Napęd odrzutowy w technologii, przyrodzie

Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej
FGOU SPO „Pierewoski Kolegium Budowlane”
abstrakcyjny
dyscyplina:
Fizyka
temat: Napęd odrzutowy

Zakończony:
Student
Grupy 1-121
Okuneva Alena
W kratę:
P.L.Vineaminovna

Miasto Pierewoż
2011
Zawartość:

Wprowadzenie: Co to jest napęd odrzutowy………………………………………………………………………………………………………………..3

Prawo zachowania pędu……………………………………………………………………………….4

Zastosowanie napędu odrzutowego w przyrodzie…………………………..….…....5

Wykorzystanie napędu odrzutowego w technologii…….…………………...…..….….6

Napęd odrzutowy „Pocisk międzykontynentalny”…………..………...…7

Fizyczna podstawa silnika odrzutowego

..................... ....................

Klasyfikacja silników odrzutowych i cechy ich użytkowania……………………………………………………………………….………….…….9

Cechy projektu i tworzenia samolotu…..…10

Wniosek……………………………………………………………………………………………….11

Wykaz wykorzystanej literatury………………………………………………………………..12

"Napęd odrzutowy"
Ruch strumieniowy - ruch ciała spowodowany oddzieleniem się od niego z określoną prędkością jakiejś jego części. Ruch odrzutu opisany jest w oparciu o zasadę zachowania pędu.
Napęd odrzutowy, który jest obecnie używany w samolotach, rakietach i pociskach kosmicznych, jest charakterystyczny dla ośmiornic, kałamarnic, mątwy, meduz - wszystkie bez wyjątku wykorzystują reakcję (odrzut) wyrzuconego strumienia wody do pływania.
Przykłady napędu odrzutowego można znaleźć również w świecie roślin.
W krajach południowych rośnie roślina zwana „szalonym ogórkiem”. Wystarczy lekko dotknąć dojrzałego owocu, podobnie jak ogórka, bo odbija się od szypułki, a przez otwór powstały z owocu wylatuje płyn z nasionami z prędkością do 10 m/s.

Same ogórki odlatują w przeciwnym kierunku. Strzela do szalonego ogórka (inaczej nazywa się go „damskim pistoletem”) na odległość ponad 12 m.

„Prawo zachowania pędu”
W układzie zamkniętym suma wektorowa impulsów wszystkich ciał wchodzących w skład układu pozostaje stała dla wszelkich interakcji ciał tego układu ze sobą.
To podstawowe prawo natury nazywa się prawem zachowania pędu. Jest to konsekwencja drugiego i trzeciego prawa Newtona. Rozważ dwa oddziałujące na siebie ciała, które są częścią zamkniętego systemu.
Siły oddziaływania między tymi ciałami będą oznaczane przez i Zgodnie z trzecim prawem Newtona Jeśli te ciała oddziałują w czasie t, to impulsy sił oddziaływania są identyczne w wartości bezwzględnej i skierowane w przeciwnych kierunkach: Zastosujmy do nich drugie prawo Newtona. organy:

Ta równość oznacza, że w wyniku interakcji dwóch ciał ich całkowity pęd nie uległ zmianie. Rozważając teraz wszystkie możliwe wzajemne oddziaływania par ciał wchodzących w skład układu zamkniętego, możemy stwierdzić, że siły wewnętrzne układu zamkniętego nie mogą zmienić jego całkowitego pędu, tj. sumy wektorowej pędów wszystkich ciał wchodzących w skład tego układu. Znaczne zmniejszenie masy startowej rakiety można osiągnąć, stosującrakiety wielostopniowekiedy stopnie rakiety rozdzielają się w miarę wypalania się paliwa. Masy zbiorników zawierających paliwo, zużyte silniki, systemy sterowania itp. są wyłączone z procesu późniejszego przyspieszania rakiet.To właśnie na drodze tworzenia ekonomicznych rakiet wielostopniowych rozwija się współczesna nauka o rakietach.

„Zastosowanie napędu odrzutowego w przyrodzie”
Z napędu odrzutowego korzysta wiele mięczaków – ośmiornice, kalmary, mątwy. Na przykład mięczak morski przesuwa się do przodu z powodu siły reaktywnej strumienia wody wyrzucanej z muszli podczas gwałtownego ściskania jego zaworów.

Ośmiornica
Mątwa, podobnie jak większość głowonogów, porusza się w wodzie w następujący sposób. Naprowadza wodę do jamy skrzelowej przez boczną szczelinę i specjalny lejek z przodu ciała, a następnie energicznie wyrzuca przez lejek strumień wody. Mątwa kieruje rurkę lejka na boki lub do tyłu i szybko wyciskając z niej wodę, może poruszać się w różnych kierunkach.
Salpa jest zwierzęciem morskim o przezroczystym ciele, podczas ruchu otrzymuje wodę przez przedni otwór, a woda wpływa do szerokiej wnęki, wewnątrz której skrzela są rozciągnięte ukośnie. Gdy tylko zwierzę wypije duży łyk wody, dziura się zamyka. Następnie mięśnie podłużne i poprzeczne salpy kurczą się, całe ciało kurczy się, a przez tylny otwór wypychana jest woda. Reakcja wypływającego strumienia popycha salpę do przodu. Największym zainteresowaniem jest silnik odrzutowy kałamarnicy. Kałamarnica jest największym bezkręgowcem zamieszkującym głębiny oceaniczne. Kałamarnice osiągnęły najwyższy poziom doskonałości w nawigacji odrzutowej. Mają nawet ciało, które kopiuje rakietę z jej zewnętrznymi formami. Znając prawo zachowania pędu, możesz zmienić własną prędkość poruszania się w otwartej przestrzeni. Jeśli jesteś w łodzi i masz jakieś ciężkie kamienie, to rzucanie kamieniami w określonym kierunku przesunie cię w przeciwnym kierunku. To samo stanie się w kosmosie, ale do tego wykorzystywane są silniki odrzutowe.

„Zastosowanie napędu odrzutowego w technologii”
Pod koniec pierwszego tysiąclecia naszej ery wynaleziono w Chinach napęd odrzutowy, który napędzał rakiety - bambusowe tuby wypełnione prochem strzelniczym, służyły też do zabawy. Jeden z pierwszych projektów samochodów był również z silnikiem odrzutowym i ten projekt należał do Newtona.
Autorem pierwszego na świecie projektu samolotu odrzutowego przeznaczonego do lotu ludzi był rosyjski rewolucjonista N.I. Kibalczicz. Został stracony 3 kwietnia 1881 r. za udział w zamachu na cesarza Aleksandra II. Swój projekt rozwijał w więzieniu po wyroku śmierci. Kibalchich napisał: „W więzieniu, na kilka dni przed śmiercią, piszę ten projekt. Wierzę w wykonalność mojego pomysłu i ta wiara wspiera mnie w mojej strasznej sytuacji… Ze spokojem stanę twarzą w twarz ze śmiercią, wiedząc, że mój pomysł nie umrze razem ze mną.
Pomysł wykorzystania rakiet do lotów kosmicznych zaproponował na początku naszego stulecia rosyjski naukowiec Konstantin Eduardovich Tsiołkowski. W 1903 r. artykuł nauczyciela gimnazjum w Kałudze K.E. Ciołkowski „Badania przestrzeni świata za pomocą urządzeń odrzutowych”. Praca ta zawierała najważniejsze równanie matematyczne dla astronautyki, znane obecnie jako „wzór Ciołkowskiego”, opisujące ruch ciała o zmiennej masie. Następnie opracował schemat silnika rakietowego na paliwo ciekłe, zaproponował wielostopniowy projekt rakiety i wyraził ideę możliwości stworzenia całych miast kosmicznych na orbicie okołoziemskiej. Pokazał, że jedynym aparatem zdolnym do pokonania grawitacji jest rakieta, czyli aparat z silnikiem odrzutowym wykorzystujący paliwo i utleniacz umieszczony na samym aparacie. Radzieckie rakiety jako pierwsze dotarły do Księżyca, okrążyły Księżyc i sfotografowały jego niewidzialną stronę z Ziemi, jako pierwsze dotarły do planety Wenus i dostarczyły na jej powierzchnię instrumenty naukowe. W 1986 roku dwa radzieckie statki kosmiczne "Vega-1" i "Vega-2" badały kometę Halleya z bliskiej odległości, zbliżając się do Słońca raz na 76 lat.

Napęd odrzutowy „Rakieta międzykontynentalna”
Ludzkość zawsze marzyła o podróżowaniu w kosmos. Różnorodne środki do osiągnięcia tego celu proponowali pisarze – science fiction, naukowcy, marzyciele. Ale przez wiele stuleci ani jeden naukowiec, ani jeden pisarz science fiction nie mógł wymyślić jedynych środków, jakimi dysponuje człowiek, za pomocą których można pokonać siłę grawitacji i polecieć w kosmos. K. E. Tsiołkowski jest twórcą teorii lotów kosmicznych.
Po raz pierwszy sen i aspiracje wielu ludzi po raz pierwszy mógł przybliżyć do rzeczywistości rosyjski naukowiec Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), który wykazał, że jedynym urządzeniem zdolnym do pokonania grawitacji jest rakieta, jako pierwszy przedstawił naukowy dowód możliwości wykorzystania rakiety do lotu w kosmos, poza ziemską atmosferę oraz na inne planety Układu Słonecznego. Tsoilkovsky nazwał rakietę aparatem z silnikiem odrzutowym, który wykorzystuje na niej paliwo i utleniacz.
Jak wiecie z przebiegu fizyki, strzałowi z pistoletu towarzyszy odrzut. Zgodnie z prawami Newtona kula i broń rozproszyłyby się w różnych kierunkach z tą samą prędkością, gdyby miały tę samą masę. Odrzucona masa gazów tworzy siłę reaktywną, dzięki której można zapewnić ruch zarówno w powietrzu, jak i w przestrzeni pozbawionej powietrza, tak następuje odrzut. Im większa siła odrzutu odczuwana przez nasze ramię, tym większa masa i prędkość wypływających gazów, a co za tym idzie, im silniejsza reakcja działa, tym większa siła reakcji. Zjawiska te wyjaśnia prawo zachowania pędu:
suma wektorowa (geometryczna) impulsów ciał tworzących układ zamknięty pozostaje stała dla wszelkich ruchów i interakcji ciał układu.
Przedstawiona formuła Ciołkowskiego jest podstawą, na której opiera się cała kalkulacja nowoczesnych pocisków. Liczba Ciołkowskiego to stosunek masy paliwa do masy rakiety pod koniec pracy silnika - do masy pustej rakiety.
Stwierdzono zatem, że maksymalna osiągalna prędkość rakiety zależy przede wszystkim od prędkości wypływu gazów z dyszy. Z kolei prędkość spalin z dyszy zależy od rodzaju paliwa i temperatury strumienia gazu. Więc im wyższa temperatura, tym większa prędkość. Wtedy dla prawdziwej rakiety musisz wybrać najbardziej kaloryczne paliwo, które daje najwięcej ciepła. Ze wzoru wynika, że prędkość rakiety zależy m.in. od początkowej i końcowej masy rakiety, od tego, jaka część jej masy przypada na paliwo, a jaka na bezużyteczne (pod względem prędkości lotu) konstrukcje: korpus, mechanizmy itp. d.
Główny wniosek z tego wzoru Ciołkowskiego na określenie prędkości rakiety kosmicznej jest taki, że w przestrzeni pozbawionej powietrza rakieta będzie rozwijać się z większą prędkością, większą prędkością wypływu gazów i większą liczbą Ciołkowskiego.

„Fizyczne podstawy silnika odrzutowego”
W sercu nowoczesnych potężnych silników odrzutowych różnych typów leży zasada reakcji bezpośredniej, tj. zasada tworzenia siły napędowej (lub ciągu) w postaci reakcji (odrzutu) strumienia „substancji roboczej” wypływającej z silnika, najczęściej gorących gazów. We wszystkich silnikach zachodzą dwa procesy konwersji energii. Najpierw energia chemiczna paliwa jest zamieniana na energię cieplną produktów spalania, a następnie energia cieplna jest wykorzystywana do wykonania pracy mechanicznej. Takie silniki obejmują silniki tłokowe samochodów, lokomotywy diesla, turbiny parowe i gazowe elektrowni itp. Po wytworzeniu się w silniku cieplnym gorących gazów zawierających dużą energię cieplną, energia ta musi zostać zamieniona na energię mechaniczną. Przecież celem silników jest wykonanie pracy mechanicznej, żeby coś "przesunąć", wprawić w ruch, nie ma znaczenia, czy jest to prądnica na żądanie uzupełnienia rysunków elektrowni, diesla lokomotywa, samochód lub samolot. Aby energia cieplna gazów mogła zostać zamieniona na energię mechaniczną, musi wzrosnąć ich objętość. Przy takiej ekspansji gazy wykonują pracę, do której zużywana jest ich energia wewnętrzna i cieplna.
Dysza strumieniowa może mieć różne kształty, a ponadto inną konstrukcję, w zależności od typu silnika. Najważniejsze jest prędkość, z jaką gazy wypływają z silnika. Jeżeli ta prędkość wypływu nie przekracza prędkości, z jaką rozchodzą się fale dźwiękowe w wypływających gazach, to dysza jest prostym cylindrycznym lub zwężającym się odcinkiem rury. Jeżeli prędkość wypływu musi przekraczać prędkość dźwięku, to dyszy nadaje się kształt rozszerzającej się rury lub najpierw zwężającej się, a następnie rozszerzającej (dysza Love'a). Dopiero w tubie o takim kształcie, jak pokazuje teoria i doświadczenie, możliwe jest rozproszenie gazu do prędkości ponaddźwiękowych, przekroczenie „bariery dźwiękowej”.

„Klasyfikacja silników odrzutowych i cechy ich zastosowania”
Jednak ten potężny pień, zasada bezpośredniej reakcji, dał życie ogromnej koronie „drzewa genealogicznego” rodziny silników odrzutowych. Zapoznanie się z głównymi gałęziami jego korony, wieńczącymi „pień” bezpośredniej reakcji. Wkrótce, jak widać na rysunku (patrz niżej), pień ten jest podzielony na dwie części, jakby rozdzielony przez uderzenie pioruna. Oba nowe pnie są jednakowo ozdobione potężnymi koronami. Podział ten nastąpił ze względu na to, że wszystkie „chemiczne” silniki odrzutowe dzielą się na dwie klasy, w zależności od tego, czy do pracy wykorzystują powietrze atmosferyczne, czy nie.
W bezsprężarkowym silniku innego typu, strumieniowym, nie ma nawet tej siatki zaworowej, a ciśnienie w komorze spalania wzrasta w wyniku ciśnienia prędkości, tj. spowolnienie nadlatującego strumienia powietrza wchodzącego do silnika w locie. Oczywiste jest, że taki silnik jest w stanie pracować tylko wtedy, gdy samolot leci już z wystarczająco dużą prędkością, nie wytworzy ciągu na parkingu. Ale z drugiej strony, przy bardzo dużej prędkości, 4-5 razy większej od prędkości dźwięku, silnik strumieniowy rozwija bardzo duży ciąg i zużywa mniej paliwa niż jakikolwiek inny „chemiczny” silnik odrzutowy w tych warunkach. Dlatego silniki strumieniowe.
itp.................

Napęd odrzutowy w przyrodzie i technologii jest zjawiskiem bardzo powszechnym. W naturze występuje, gdy jedna część ciała oddziela się z określoną prędkością od innej części. W tym przypadku siła reaktywna pojawia się bez interakcji danego organizmu z ciałami zewnętrznymi.

Aby zrozumieć, o co toczy się gra, najlepiej odwołać się do przykładów. w przyrodzie i technologii są liczne. Porozmawiamy najpierw o tym, jak zwierzęta go wykorzystują, a następnie o jego zastosowaniu w technologii.

Meduzy, larwy ważek, plankton i mięczaki

Wielu, pływając w morzu, spotkało meduzy. Przynajmniej na Morzu Czarnym jest ich wystarczająco dużo. Jednak nie wszyscy myśleli, że meduzy poruszają się za pomocą napędu odrzutowego. Larwy ważek, a także niektórzy przedstawiciele planktonu morskiego, stosują tę samą metodę. Skuteczność bezkręgowców morskich, które go używają, jest często znacznie wyższa niż wynalazków technicznych.

Wiele mięczaków porusza się w sposób, który nas interesuje. Przykłady obejmują mątwy, kalmary, ośmiornice. W szczególności mięczak morski przegrzebka jest w stanie poruszać się do przodu za pomocą strumienia wody, który jest wyrzucany z muszli, gdy jego zawory są mocno ściskane.

A to tylko kilka przykładów z życia świata zwierząt, które można przytoczyć, ujawniając temat: „Napęd odrzutowy w życiu codziennym, przyrodzie i technologii”.

Jak poruszają się mątwy

Pod tym względem bardzo ciekawa jest również mątwa. Jak wiele głowonogów porusza się w wodzie za pomocą następującego mechanizmu. Poprzez specjalny lejek umieszczony z przodu ciała, a także przez boczną szczelinę, mątwa pobiera wodę do jamy skrzelowej. Następnie energicznie wyrzuca go przez lejek. Mątwa kieruje rurkę lejka do tyłu lub na boki. W takim przypadku ruch może odbywać się w różnych kierunkach.

Metoda stosowana przez salpa

Ciekawa jest również metoda stosowana przez salpę. Tak nazywa się zwierzę morskie, które ma przezroczyste ciało. Salpa podczas ruchu wciąga wodę, wykorzystując do tego przedni otwór. Woda znajduje się w szerokiej wnęce, a skrzela znajdują się w niej po przekątnej. Dziura zamyka się, gdy salpa bierze duży łyk wody. Jego mięśnie poprzeczne i podłużne kurczą się, kurczy się całe ciało zwierzęcia. Przez tylny otwór wypychana jest woda. Zwierzę porusza się do przodu w wyniku reakcji wypływającego strumienia.

Kałamarnica - „żywe torpedy”

Być może najbardziej interesujący jest silnik odrzutowy, który ma kałamarnica. To zwierzę uważane jest za największego przedstawiciela bezkręgowców żyjących na dużych głębokościach oceanicznych. W nawigacji odrzutowej kalmary osiągnęły prawdziwą perfekcję. Nawet ciało tych zwierząt przypomina rakietę swoimi zewnętrznymi formami. A raczej ta rakieta kopiuje kałamarnicę, ponieważ to on jest właścicielem niekwestionowanej wyższości w tej sprawie. Jeśli musisz poruszać się powoli, zwierzę używa do tego dużej płetwy w kształcie rombu, która od czasu do czasu się ugina. Jeśli potrzebujesz szybkiego rzutu, na ratunek przychodzi silnik odrzutowy.

Ze wszystkich stron ciało mięczaka jest otoczone płaszczem - tkanką mięśniową. Prawie połowa całkowitej objętości ciała zwierzęcia przypada na objętość jego jamy. Kałamarnica wykorzystuje jamę płaszcza do napędzania się, zasysając do niej wodę. Następnie gwałtownie wyrzuca nagromadzony strumień wody przez wąską dyszę. W wyniku tego porusza się szarpnięciem do tyłu z dużą prędkością. W tym samym czasie kałamarnica składa wszystkie swoje 10 macek w węzeł nad głową, aby uzyskać opływowy kształt. Dysza ma specjalny zawór, a mięśnie zwierzęcia mogą nim obracać. W ten sposób zmienia się kierunek ruchu.

Imponująca prędkość ruchu kałamarnicy

Muszę powiedzieć, że silnik kałamarnicy jest bardzo ekonomiczny. Prędkość, jaką jest w stanie rozwinąć, może sięgać 60-70 km/h. Niektórzy badacze uważają nawet, że może osiągnąć nawet 150 km/h. Jak widać, kałamarnica nie bez powodu nazywana jest „żywą torpedą”. Może obracać się w żądanym kierunku, schylając się w dół, w górę, w lewo lub w prawo, złożone w wiązkę.

Jak kałamarnica kontroluje ruch

Ponieważ ster jest bardzo duży w porównaniu do wielkości samego zwierzęcia, aby kałamarnica mogła łatwo uniknąć zderzenia z przeszkodą, nawet poruszając się z maksymalną prędkością, wystarczy niewielki ruch sterem. Jeśli mocno go obrócisz, zwierzę natychmiast rzuci się w przeciwną stronę. Kałamarnica wygina koniec lejka do tyłu, dzięki czemu może ślizgać się głową naprzód. Jeśli wykona łuk w prawo, zostanie odrzucony w lewo przez odrzutowiec. Jednak gdy trzeba szybko pływać, lejek zawsze znajduje się bezpośrednio między mackami. Zwierzę w tym przypadku pędzi ogonem do przodu, jak bieg szybko poruszającego się langusty, jeśli ma zwinność konia.

W przypadku, gdy nie ma potrzeby się spieszyć, mątwy i kałamarnice pływają, falując jednocześnie płetwami. Od przodu do tyłu przebiegają przez nie miniaturowe fale. Z gracją suną kalmary i mątwy. Tylko od czasu do czasu szturchają się strumieniem wody wyrzucanym spod ich płaszcza. W takich momentach wyraźnie widoczne są oddzielne wstrząsy, które otrzymuje mięczak podczas erupcji strumieni wody.

latająca kałamarnica

Niektóre głowonogi mogą przyspieszyć do 55 km/h. Wydaje się, że nikt nie dokonywał bezpośrednich pomiarów, ale taką liczbę możemy podać na podstawie zasięgu i prędkości lotu kałamarnic latających. Okazuje się, że są takie. Kałamarnica Stenoteuthis jest najlepszym pilotem wszystkich mięczaków. Angielscy marynarze nazywają to latającą kałamarnicą (latającą kałamarnicą). To zwierzę, którego zdjęcie przedstawiono powyżej, jest małe, mniej więcej wielkości śledzia. Goni rybę tak szybko, że często wyskakuje z wody, przeskakując po jej powierzchni jak strzała. Używa tej sztuczki również wtedy, gdy jest zagrożony przez drapieżniki – makrelę i tuńczyka. Po osiągnięciu maksymalnego ciągu odrzutowego w wodzie kałamarnica wzbija się w powietrze, a następnie leci ponad 50 metrów nad falami. Podczas lotu jest tak wysoko, że latające kałamarnice często spadają na pokłady statków. Wysokość 4-5 metrów nie jest dla nich żadnym rekordem. Czasami latające kałamarnice latają jeszcze wyżej.

Dr Rees, badacz skorupiaków z Wielkiej Brytanii, w swoim artykule naukowym opisał przedstawiciela tych zwierząt, którego długość ciała wynosiła zaledwie 16 cm, był jednak w stanie przelecieć w powietrzu na sporą odległość, po czym wylądował na mostek jachtu. A wysokość tego mostu wynosiła prawie 7 metrów!

Zdarza się, że na statek spada jednocześnie wiele latających kałamarnic. Starożytny pisarz Trebius Niger opowiedział kiedyś smutną historię o statku, który wydawał się nie być w stanie unieść ciężaru tych morskich zwierząt i zatonął. Co ciekawe, kalmary potrafią wystartować nawet bez przyspieszania.

latające ośmiornice

Ośmiornice mają również zdolność latania. Jean Verani, francuski przyrodnik, obserwował, jak jeden z nich przyspieszył w swoim akwarium, a potem nagle wyskoczył z wody. Zwierzę opisało łuk w powietrzu o długości około 5 metrów, a następnie wpadło do akwarium. Ośmiornica, nabierając prędkości niezbędnej do skoku, poruszała się nie tylko dzięki napędowi odrzutowemu. Wiosłował także mackami. Ośmiornice są workowate, więc pływają gorzej niż kałamarnice, ale w krytycznych momentach te zwierzęta są w stanie dać szanse najlepszym sprinterom. Pracownicy California Aquarium chcieli zrobić zdjęcie ośmiornicy atakującej kraba. Jednak ośmiornica, rzucając się na swoją zdobycz, rozwinęła taką prędkość, że nawet w trybie specjalnym zdjęcia okazywały się nieostre. Oznacza to, że rzut trwał ułamki sekundy!

Jednak ośmiornice zwykle pływają dość wolno. Naukowiec Joseph Signl, który badał migrację ośmiornic, stwierdził, że ośmiornica, której rozmiar wynosi 0,5 m, płynie ze średnią prędkością około 15 km/h. Każdy strumień wody, który wyrzuca z lejka, przesuwa go do przodu (a dokładniej do tyłu, bo płynie do tyłu) o około 2-2,5 m.

„Squirting ogórek”

Napęd odrzutowy w przyrodzie i technologii można zilustrować przykładami ze świata roślin. Jednym z najbardziej znanych są dojrzałe owoce tzw. Odbijają się od łodygi przy najmniejszym dotknięciu. Następnie z powstałego w wyniku tego otworu wyrzucana jest z dużą siłą specjalna lepka ciecz, w której znajdują się nasiona. Sam ogórek leci w przeciwnym kierunku na odległość do 12 m.

Prawo zachowania pędu

Koniecznie opowiedz o tym, biorąc pod uwagę napęd odrzutowy w przyrodzie i technologii. Wiedza pozwala nam zmieniać, w szczególności naszą własną prędkość poruszania się, jeśli jesteśmy w otwartej przestrzeni. Na przykład siedzisz w łodzi i masz ze sobą kilka kamieni. Jeśli rzucisz je w określonym kierunku, łódź popłynie w przeciwnym kierunku. To prawo działa również w przestrzeni kosmicznej. Jednak w tym celu używają

Jakie inne przykłady napędu odrzutowego w przyrodzie i technologii można odnotować? Prawo zachowania pędu bardzo dobrze ilustruje przykład działa.

Jak wiecie, strzałowi z niego zawsze towarzyszy odrzut. Powiedzmy, że waga pocisku byłaby równa wadze pistoletu. W tym przypadku rozleciałyby się z tą samą prędkością. Odrzut ma miejsce, ponieważ powstaje siła reaktywna, ponieważ istnieje odrzucona masa. Dzięki tej sile zapewniony jest ruch zarówno w przestrzeni pozbawionej powietrza, jak i w powietrzu. Im większa prędkość i masa wypływających gazów, tym większa siła odrzutu odczuwana przez nasze ramię. W związku z tym siła reaktywna jest wyższa, im silniejsza jest reakcja pistoletu.

Marzenia o lataniu w kosmos

Napęd odrzutowy w przyrodzie i technologii od wielu lat jest źródłem nowych pomysłów dla naukowców. Od wieków ludzkość marzyła o lataniu w kosmos. Należy założyć, że wykorzystanie napędu odrzutowego w przyrodzie i technologii wcale się nie wyczerpało.

A wszystko zaczęło się od snu. Pisarze science fiction kilka wieków temu oferowali nam różne sposoby osiągnięcia tego upragnionego celu. W XVII wieku Cyrano de Bergerac, francuski pisarz, stworzył opowieść o locie na Księżyc. Jego bohater dotarł do satelity Ziemi żelaznym wozem. Nad tym projektem nieustannie rzucał silnym magnesem. Przyciągnięty do niego wóz unosił się coraz wyżej nad Ziemią. W końcu dotarła na księżyc. Inna znana postać, baron Munchausen, wspiął się na księżyc na łodydze fasoli.

Oczywiście w tamtym czasie niewiele było wiadomo o tym, jak wykorzystanie napędu odrzutowego w przyrodzie i technologii może ułatwić życie. Ale fantazja oczywiście otworzyła nowe horyzonty.

W drodze do niezwykłego odkrycia

W Chinach pod koniec I tysiąclecia naszej ery mi. wynalazł napęd odrzutowy, który napędzał rakiety. Te ostatnie były po prostu bambusowymi tubami wypełnionymi prochem. Te rakiety zostały wystrzelone dla zabawy. Silnik odrzutowy został wykorzystany w jednym z pierwszych projektów samochodów. Ten pomysł należał do Newtona.

NI pomyślał również o tym, jak w naturze i technologii pojawia się napęd odrzutowy. Kibalczicz. To rosyjski rewolucjonista, autor pierwszego projektu samolotu odrzutowego, który jest przeznaczony do latania na nim osoby. Rewolucjonista niestety został stracony 3 kwietnia 1881 roku. Kibalczich został oskarżony o udział w zamachu na Aleksandra II. Już w więzieniu, w oczekiwaniu na wykonanie wyroku śmierci, kontynuował badanie tak interesującego zjawiska, jakim jest napęd odrzutowy w przyrodzie i technice, do którego dochodzi, gdy część przedmiotu zostaje oddzielona. W wyniku tych badań rozwinął swój projekt. Kibalchich napisał, że ten pomysł wspierał go na jego pozycji. Gotowy jest spokojnie stawić czoła śmierci, wiedząc, że tak ważne odkrycie nie umrze razem z nim.

Realizacja idei lotów kosmicznych

Manifestację napędu odrzutowego w przyrodzie i technologii nadal badał K. E. Tsiołkowski (jego zdjęcie przedstawiono powyżej). Jeszcze na początku XX wieku ten wielki rosyjski naukowiec zaproponował pomysł wykorzystania rakiet do lotów kosmicznych. Jego artykuł na ten temat ukazał się w 1903 roku. Przedstawił równanie matematyczne, które stało się najważniejsze dla astronautyki. Jest znany w naszych czasach jako „formuła Cielkowskiego”. To równanie opisuje ruch ciała o zmiennej masie. W swoich dalszych pismach przedstawił schemat silnika rakietowego zasilanego paliwem płynnym. Tsiołkowski, badając wykorzystanie napędu odrzutowego w przyrodzie i technologii, opracował wielostopniowy projekt rakiety. Jest też właścicielem pomysłu możliwości tworzenia całych miast kosmicznych na orbicie okołoziemskiej. Są to odkrycia, do których doszedł naukowiec badając napęd odrzutowy w przyrodzie i technologii. Rakiety, jak pokazał Ciolkowski, są jedynymi pojazdami, które mogą pokonać Rakietę, zdefiniował jako mechanizm, który ma silnik odrzutowy, który wykorzystuje znajdujące się na nim paliwo i utleniacz. Aparat ten przekształca energię chemiczną paliwa, która staje się energią kinetyczną strumienia gazu. Sama rakieta zaczyna poruszać się w przeciwnym kierunku.

Wreszcie naukowcy, po zbadaniu reaktywnego ruchu ciał w przyrodzie i technologii, przeszli na praktykę. Było zadanie na dużą skalę, polegające na urzeczywistnieniu odwiecznego marzenia ludzkości. Poradziła sobie z tym grupa sowieckich naukowców, kierowana przez akademika S.P. Korolowa. Zrealizowała ideę Cielkowskiego. Pierwszy sztuczny satelita naszej planety został wystrzelony w ZSRR 4 października 1957 r. Oczywiście w tym przypadku użyto rakiety.

Yu.A. Gagarin (na zdjęciu powyżej) był człowiekiem, który miał zaszczyt być pierwszym, który poleciał w kosmos. To ważne dla świata wydarzenie miało miejsce 12 kwietnia 1961 roku. Gagarin latał po całym świecie na satelicie Wostok. ZSRR był pierwszym państwem, którego rakiety dotarły do Księżyca, okrążyły go i sfotografowały stronę niewidoczną z Ziemi. Ponadto to Rosjanie jako pierwsi odwiedzili Wenus. Wynieśli instrumenty naukowe na powierzchnię tej planety. Amerykański astronauta Neil Armstrong jest pierwszą osobą, która chodzi po powierzchni Księżyca. Wylądował na nim 20 lipca 1969 roku. W 1986 roku Vega-1 i Vega-2 (statki należące do ZSRR) badały kometę Halleya z bliskiej odległości, która zbliża się do Słońca tylko raz na 76 lat. Eksploracja kosmosu trwa...

Jak widać, fizyka jest bardzo ważną i użyteczną nauką. Napęd odrzutowy w przyrodzie i technologii to tylko jedno z interesujących zagadnień, które są w nim rozważane. A osiągnięcia tej nauki są bardzo, bardzo znaczące.

Jak napęd odrzutowy jest dziś wykorzystywany w przyrodzie i technologii

W fizyce w ostatnich stuleciach dokonano szczególnie ważnych odkryć. Podczas gdy natura pozostaje praktycznie niezmieniona, technologia rozwija się w szybkim tempie. Obecnie zasada napędu odrzutowego jest szeroko stosowana nie tylko przez różne zwierzęta i rośliny, ale także w kosmonautyce i lotnictwie. W przestrzeni kosmicznej nie ma ośrodka, za pomocą którego ciało mogłoby oddziaływać, aby zmienić moduł i kierunek swojej prędkości. Dlatego do latania w próżni można używać tylko rakiet.

Dziś napęd odrzutowy jest aktywnie wykorzystywany w życiu codziennym, przyrodzie i technologii. To już nie jest tajemnica, jak kiedyś. Jednak ludzkość nie powinna na tym poprzestać. Przed nami nowe horyzonty. Chciałbym wierzyć, że opisany w artykule napęd odrzutowy w przyrodzie i technice zainspiruje kogoś do nowych odkryć.

Wielotonowe statki kosmiczne wznoszą się w niebo, a przezroczyste, galaretowate meduzy, mątwy i ośmiornice zręcznie manewrują w wodach morskich - co ich łączy? Okazuje się, że w obu przypadkach do poruszania się wykorzystywana jest zasada napędu odrzutowego. Temu właśnie tematowi poświęcony jest nasz dzisiejszy artykuł.

Zajrzyjmy do historii

Bardzo Pierwsze wiarygodne informacje o rakietach pochodzą z XIII wieku. Były używane przez Hindusów, Chińczyków, Arabów i Europejczyków w operacjach bojowych jako broń wojskowa i sygnałowa. Potem nastąpiły stulecia niemal całkowitego zapomnienia tych urządzeń.

W Rosji pomysł wykorzystania silnika odrzutowego odżył dzięki pracy rewolucjonisty Narodnaya Volya Nikołaja Kibalczicza. Siedząc w królewskich lochach opracował rosyjski projekt silnika odrzutowego i samolotu dla ludzi. Kibalczich został stracony, a jego projekt przez wiele lat kurzył się w archiwach carskiej tajnej policji.

Główne idee, rysunki i obliczenia tej utalentowanej i odważnej osoby zostały dalej rozwinięte w pracach K. E. Tsiołkowskiego, który zaproponował wykorzystanie ich do komunikacji międzyplanetarnej. W latach 1903-1914 opublikował szereg prac, w których przekonująco udowadnia możliwość wykorzystania napędu odrzutowego do eksploracji kosmosu oraz uzasadnia możliwość zastosowania rakiet wielostopniowych.

Wiele osiągnięć naukowych Cielkowskiego jest nadal wykorzystywanych w nauce rakietowej.

pociski biologiczne

Jak to się stało pomysł poruszania się poprzez odpychanie własnego strumienia odrzutowego? Być może, uważnie obserwując życie morskie, mieszkańcy stref przybrzeżnych zauważyli, jak to się dzieje w świecie zwierząt.

Na przykład, przegrzebek porusza się z powodu reaktywnej siły strumienia wody wyrzucanego z powłoki podczas szybkiego ściskania jej zaworów. Ale nigdy nie nadąży za najszybszymi pływakami - kałamarnicami.

Ich ciała w kształcie rakiet pędzą ogonem do przodu, wyrzucając zmagazynowaną wodę ze specjalnego lejka. poruszają się według tej samej zasady, wyciskając wodę poprzez kurczenie ich przezroczystej kopuły.

Natura obdarowała „silnikiem odrzutowym” i rośliną o nazwie „tryskający ogórek”. Kiedy jej owoce są w pełni dojrzałe, w odpowiedzi na najmniejszy dotyk, wyrzuca gluten z nasionami. Sam płód wyrzucany jest w przeciwnym kierunku na odległość nawet 12 m!

Ani organizmy morskie, ani rośliny nie znają praw fizycznych leżących u podstaw tego sposobu poruszania się. Spróbujemy to rozgryźć.

Fizyczne podstawy zasady napędu odrzutowego

Zacznijmy od prostego eksperymentu. Napompuj gumową piłkę i bez wiązania odpuścimy swobodny lot. Gwałtowny ruch kuli będzie trwał tak długo, jak długo wypływający z niej strumień powietrza będzie wystarczająco silny.

Aby wyjaśnić wyniki tego doświadczenia, powinniśmy sięgnąć do trzeciego prawa, które mówi, że dwa ciała oddziałują z siłami równymi pod względem wielkości i przeciwnymi w kierunku. Dlatego siła, z jaką piłka działa na uchodzące z niej strumienie powietrza, jest równa sile, z jaką powietrze odpycha ją od siebie.

Przenieśmy to rozumowanie do rakiety. Urządzenia te z dużą prędkością wyrzucają część swojej masy, w wyniku czego same otrzymują przyspieszenie w przeciwnym kierunku.

Z fizycznego punktu widzenia to proces ten jest jasno wyjaśniony przez prawo zachowania pędu. Pęd jest iloczynem masy ciała i jego prędkości (mv) Gdy rakieta jest w spoczynku, jej prędkość i pęd są zerowe. Jeśli zostanie z niego wyrzucony strumień, to pozostała część, zgodnie z prawem zachowania pędu, musi osiągnąć taką prędkość, aby całkowity pęd nadal był równy zeru.

Spójrzmy na formuły:

m g v g + m p v p =0;

m g v g \u003d - m p v p,

gdzie m g v g pęd wytworzony przez strumień gazów, m p v p pęd otrzymany przez rakietę.

Znak minus wskazuje, że kierunek ruchu rakiety i strumienia są przeciwne.

Urządzenie i zasada działania silnika odrzutowego

W technologii silniki odrzutowe napędzają samoloty, rakiety i umieszczają statki kosmiczne na orbicie. W zależności od przeznaczenia mają inne urządzenie. Ale każdy z nich ma zapas paliwa, komorę do jego spalania i dyszę, która przyspiesza strumień jet.

Automatyczne stacje międzyplanetarne są również wyposażone w przedział przyrządów i kabiny z systemem podtrzymywania życia dla astronautów.

Nowoczesne rakiety kosmiczne to złożone, wielostopniowe samoloty, które wykorzystują najnowsze osiągnięcia inżynierii. Po wystrzeleniu najpierw spala się paliwo w dolnym stopniu, po czym odrywa się od rakiety, zmniejszając jej całkowitą masę i zwiększając prędkość.

Następnie paliwo jest zużywane w drugim etapie itd. W końcu samolot zostaje sprowadzony na zadaną trajektorię i rozpoczyna samodzielny lot.

Pomarzmy trochę

Wielki marzyciel i naukowiec K. E. Tsiołkowski dał przyszłym pokoleniom pewność, że silniki odrzutowe pozwolą ludzkości wyrwać się z ziemskiej atmosfery i ruszyć w kosmos. Jego przepowiednia się sprawdziła. Księżyc, a nawet odległe komety są z powodzeniem badane przez statki kosmiczne.

W astronautyce stosuje się silniki na paliwo ciekłe. Wykorzystywanie produktów naftowych jako paliwa, ale prędkości, które można za ich pomocą uzyskać, są niewystarczające do lotów na bardzo duże odległości.

Być może wy, nasi drodzy czytelnicy, będziecie świadkami lotów Ziemian do innych galaktyk na pojazdach z silnikami jądrowymi, termojądrowymi lub jonowymi.

Gdyby ta wiadomość była dla Ciebie przydatna, chętnie Cię zobaczę

Napęd odrzutowy w przyrodzie i technologii

STRESZCZENIE O FIZYCE

Napęd odrzutowy- ruch, który występuje, gdy jego część oddziela się od ciała z określoną prędkością.

Siła reaktywna powstaje bez interakcji z ciałami zewnętrznymi.

Zastosowanie napędu odrzutowego w przyrodzie

Wielu z nas w swoim życiu spotkało się podczas kąpieli w morzu z meduzami. W każdym razie na Morzu Czarnym jest ich wystarczająco dużo. Ale niewiele osób myślało, że meduzy również używają napędu odrzutowego do poruszania się. Ponadto w ten sposób poruszają się larwy ważek i niektóre rodzaje planktonu morskiego. Często efektywność bezkręgowców morskich przy użyciu napędu odrzutowego jest znacznie wyższa niż w przypadku wynalazków technicznych.

Z napędu odrzutowego korzysta wiele mięczaków – ośmiornice, kalmary, mątwy. Na przykład mięczak morski przesuwa się do przodu z powodu siły reaktywnej strumienia wody wyrzucanej z muszli podczas gwałtownego ściskania jego zaworów.

Ośmiornica

Mątwa

Mątwa, podobnie jak większość głowonogów, porusza się w wodzie w następujący sposób. Naprowadza wodę do jamy skrzelowej przez boczną szczelinę i specjalny lejek z przodu ciała, a następnie energicznie wyrzuca przez lejek strumień wody. Mątwa kieruje rurkę lejka na boki lub do tyłu i szybko wyciskając z niej wodę, może poruszać się w różnych kierunkach.

Salpa jest zwierzęciem morskim o przezroczystym ciele, podczas ruchu otrzymuje wodę przez przedni otwór, a woda wpływa do szerokiej wnęki, wewnątrz której skrzela są rozciągnięte ukośnie. Gdy tylko zwierzę wypije duży łyk wody, dziura się zamyka. Następnie mięśnie podłużne i poprzeczne salpy kurczą się, całe ciało kurczy się, a przez tylny otwór wypychana jest woda. Reakcja wypływającego strumienia popycha salpę do przodu.

Największym zainteresowaniem jest silnik odrzutowy kałamarnicy. Kałamarnica jest największym bezkręgowcem zamieszkującym głębiny oceaniczne. Kałamarnice osiągnęły najwyższy poziom doskonałości w nawigacji odrzutowej. Mają nawet ciało z jego zewnętrznymi formami, które kopiują rakietę (lub lepiej, rakieta kopiuje kałamarnicę, ponieważ ma w tej sprawie niepodważalny priorytet). Podczas powolnego poruszania się kałamarnica używa dużej płetwy w kształcie rombu, która okresowo się ugina. Do szybkiego rzutu używa silnika odrzutowego. Tkanka mięśniowa - płaszcz otacza ciało mięczaka ze wszystkich stron, objętość jego wnęki to prawie połowa objętości ciała kałamarnicy. Zwierzę zasysa wodę do jamy płaszcza, a następnie gwałtownie wyrzuca strumień wody przez wąską dyszę i cofa się z dużą prędkością. W tym przypadku wszystkie dziesięć macek kałamarnicy są zebrane w węzeł nad głową i nabierają opływowego kształtu. Dysza wyposażona jest w specjalny zawór, a mięśnie mogą nim obracać, zmieniając kierunek ruchu. Silnik kałamarnicy jest bardzo oszczędny, jest w stanie osiągnąć prędkość do 60 - 70 km/h. (Niektórzy badacze uważają, że nawet do 150 km / h!) Nie bez powodu kałamarnica nazywana jest „żywą torpedą”. Zginając macki złożone w wiązkę w prawo, w lewo, w górę lub w dół, kałamarnica obraca się w jednym lub drugim kierunku. Ponieważ taka kierownica jest bardzo duża w porównaniu z samym zwierzęciem, jej lekki ruch wystarczy, aby kałamarnica nawet przy pełnej prędkości z łatwością uniknęła zderzenia z przeszkodą. Ostry obrót kierownicy - i pływak pędzi w przeciwnym kierunku. Teraz odgiął koniec lejka do tyłu i teraz przesuwa się głową do przodu. Wygiął go w łuk w prawo - a odrzutowiec rzucił go w lewo. Ale kiedy trzeba szybko pływać, lejek zawsze wystaje między macki, a kałamarnica pędzi ogonem do przodu, jak biegnie rak – biegacz obdarzony zwinnością konia.

Jeśli nie ma potrzeby się spieszyć, pływają kałamarnice i mątwy, falując płetwami - przebiegają przez nie miniaturowe fale, a zwierzę z gracją sunie, od czasu do czasu odpychając się również strumieniem wody wyrzucanym spod płaszcza. Wtedy wyraźnie widoczne są pojedyncze wstrząsy, jakie otrzymuje mięczak w momencie erupcji strumieni wodnych. Niektóre głowonogi mogą osiągać prędkość do pięćdziesięciu pięciu kilometrów na godzinę. Wydaje się, że nikt nie dokonywał bezpośrednich pomiarów, ale można to ocenić na podstawie prędkości i zasięgu latających kałamarnic. Okazuje się, że w krewnych ośmiornic są talenty! Najlepszym pilotem wśród mięczaków jest kałamarnica stenoteuthis. Angielscy marynarze nazywają to - latająca kałamarnica („latająca kałamarnica”). To małe zwierzę wielkości śledzia. Poluje na ryby z taką szybkością, że często wyskakuje z wody, pędząc po jej powierzchni jak strzała. Ucieka się również do tej sztuczki, aby uratować życie przed drapieżnikami - tuńczykiem i makrelą. Po osiągnięciu maksymalnego ciągu odrzutowego w wodzie kałamarnica pilotująca wzbija się w powietrze i leci nad falami przez ponad pięćdziesiąt metrów. Apogeum lotu żywej rakiety leży tak wysoko nad wodą, że latające kałamarnice często spadają na pokłady statków oceanicznych. Cztery czy pięć metrów to nie rekordowa wysokość, na jaką wzbijają się w niebo kalmary. Czasami latają jeszcze wyżej.

Angielski badacz skorupiaków, dr Rees, opisał w artykule naukowym kałamarnicę (tylko 16 centymetrów długości), która po przebyciu sporej odległości w powietrzu spadła na mostek jachtu, który wznosił się prawie siedem metrów nad wodą.

Zdarza się, że wiele latających kałamarnic spada na statek w musującej kaskadzie. Starożytny pisarz Trebius Niger opowiedział kiedyś smutną historię o statku, który podobno nawet zatonął pod ciężarem latających kałamarnic, które spadły na jego pokład. Kałamarnice mogą wystartować bez przyspieszania.

Ośmiornice też potrafią latać. Francuski przyrodnik Jean Verany widział, jak zwykła ośmiornica przyspiesza w akwarium i nagle wyskakuje z wody do tyłu. Opisując w powietrzu łuk o długości około pięciu metrów, wrócił do akwarium. Nabierając prędkości do skoku, ośmiornica poruszała się nie tylko dzięki odrzutowi, ale także wiosłowała mackami.
Ośmiornice workowate pływają oczywiście gorzej niż kałamarnice, ale w krytycznych momentach potrafią pokazać klasę rekordową dla najlepszych sprinterów. Pracownicy California Aquarium próbowali sfotografować ośmiornicę atakującą kraba. Ośmiornica rzuciła się na zdobycz z taką prędkością, że na filmie, nawet przy kręceniu z największą prędkością, zawsze były smary. Tak więc rzut trwał setne sekundy! Zwykle ośmiornice pływają stosunkowo wolno. Joseph Signl, który badał migrację ośmiornic, obliczył, że półmetrowa ośmiornica przepływa przez morze ze średnią prędkością około piętnastu kilometrów na godzinę. Każdy strumień wody wyrzucany z lejka popycha go do przodu (a raczej do tyłu, gdy ośmiornica płynie do tyłu) od dwóch do dwóch i pół metra.

Ruch strumieniowy można również znaleźć w świecie roślin. Na przykład dojrzałe owoce „szalonego ogórka” przy najmniejszym dotknięciu odbijają się od łodygi, a lepka ciecz z nasionami jest wyrzucana z siłą z utworzonego otworu. Sam ogórek leci w przeciwnym kierunku do 12 m.

Znając prawo zachowania pędu, możesz zmienić własną prędkość poruszania się w otwartej przestrzeni. Jeśli jesteś w łodzi i masz jakieś ciężkie kamienie, to rzucanie kamieniami w określonym kierunku przesunie cię w przeciwnym kierunku. To samo stanie się w kosmosie, ale do tego wykorzystywane są silniki odrzutowe.

Każdy wie, że strzałowi z pistoletu towarzyszy odrzut. Gdyby ciężar pocisku był równy ciężarowi pistoletu, rozleciałyby się z tą samą prędkością. Odrzut występuje, ponieważ odrzucona masa gazów wytwarza siłę reaktywną, dzięki której ruch może być zapewniony zarówno w powietrzu, jak i w przestrzeni pozbawionej powietrza. A im większa masa i prędkość wypływających gazów, tym większa siła odrzutu odczuwana przez nasze ramię, im silniejsza reakcja działa, tym większa siła reakcji.

Wykorzystanie napędu odrzutowego w technologii

Ludzkość od wieków marzyła o lotach w kosmos. Autorzy science fiction zaproponowali różne sposoby osiągnięcia tego celu. W XVII wieku pojawiła się opowieść francuskiego pisarza Cyrano de Bergeraca o locie na Księżyc. Bohater tej opowieści dostał się na księżyc żelaznym wozem, nad którym nieustannie rzucał silny magnes. Przyciągnięty do niego wóz unosił się coraz wyżej nad Ziemią, aż dotarł do Księżyca. A baron Munchausen powiedział, że wspiął się na księżyc na łodydze fasoli.

Pod koniec pierwszego tysiąclecia naszej ery wynaleziono w Chinach napęd odrzutowy, który napędzał rakiety - bambusowe tuby wypełnione prochem strzelniczym, służyły też do zabawy. Jeden z pierwszych projektów samochodów był również z silnikiem odrzutowym i ten projekt należał do Newtona

Autorem pierwszego na świecie projektu samolotu odrzutowego przeznaczonego do lotu ludzi był rosyjski rewolucjonista N.I. Kibalczicz. Został stracony 3 kwietnia 1881 r. za udział w zamachu na cesarza Aleksandra II. Swój projekt rozwijał w więzieniu po wyroku śmierci. Kibalchich napisał: „W więzieniu, na kilka dni przed śmiercią, piszę ten projekt. Wierzę w wykonalność mojego pomysłu i ta wiara wspiera mnie w mojej strasznej sytuacji… Ze spokojem stanę twarzą w twarz ze śmiercią, wiedząc, że mój pomysł nie umrze razem ze mną.

Pomysł wykorzystania rakiet do lotów kosmicznych zaproponował na początku naszego stulecia rosyjski naukowiec Konstantin Eduardovich Tsiołkowski. W 1903 r. artykuł nauczyciela gimnazjum w Kałudze K.E. Ciołkowski „Badania przestrzeni świata za pomocą urządzeń odrzutowych”. Praca ta zawierała najważniejsze równanie matematyczne dla astronautyki, znane obecnie jako „wzór Ciołkowskiego”, opisujące ruch ciała o zmiennej masie. Następnie opracował schemat silnika rakietowego na paliwo ciekłe, zaproponował wielostopniowy projekt rakiety i wyraził ideę możliwości stworzenia całych miast kosmicznych na orbicie okołoziemskiej. Pokazał, że jedynym aparatem zdolnym do pokonania grawitacji jest rakieta, czyli aparat z silnikiem odrzutowym wykorzystujący paliwo i utleniacz umieszczony na samym aparacie.

Silnik odrzutowy- jest to silnik, który zamienia energię chemiczną paliwa na energię kinetyczną strumienia gazu, podczas gdy silnik nabiera prędkości w przeciwnym kierunku.

Pomysł K.E. Ciołkowskiego został zrealizowany przez sowieckich naukowców pod kierunkiem akademika Siergieja Pawłowicza Korolowa. Pierwszy sztuczny satelita Ziemi w historii został wystrzelony przez rakietę w Związku Radzieckim 4 października 1957 r.

Zasada napędu odrzutowego znajduje szerokie praktyczne zastosowanie w lotnictwie i kosmonautyce. W kosmosie nie ma ośrodka, z którym ciało mogłoby oddziaływać, a tym samym zmieniać kierunek i moduł swojej prędkości, dlatego do lotów kosmicznych mogą być wykorzystywane jedynie samoloty odrzutowe, czyli rakiety.

Urządzenie rakietowe

Ruch rakiety opiera się na prawie zachowania pędu. Jeśli w pewnym momencie z rakiety zostanie wyrzucone ciało, to nabierze tego samego pędu, ale skierowanego w przeciwnym kierunku

W każdej rakiecie, niezależnie od jej konstrukcji, zawsze znajduje się pocisk i paliwo z utleniaczem. Powłoka rakiety zawiera ładunek (w tym przypadku statek kosmiczny), komorę na instrumenty i silnik (komorę spalania, pompy itp.).

Główną masą rakiety jest paliwo z utleniaczem (utleniacz jest potrzebny do podtrzymania spalania paliwa, ponieważ w przestrzeni nie ma tlenu).

Paliwo i utleniacz są pompowane do komory spalania. Paliwo, spalając się, zamienia się w gaz o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. Ze względu na dużą różnicę ciśnień w komorze spalania i w przestrzeni kosmicznej, gazy z komory spalania wylatują silnym strumieniem przez specjalnie ukształtowany dzwon, zwany dyszą. Celem dyszy jest zwiększenie prędkości strumienia.

Przed startem rakiety jej pęd wynosi zero. W wyniku interakcji gazu w komorze spalania i wszystkich innych części rakiety, gaz uciekający przez dyszę otrzymuje pewien impuls. Wtedy rakieta jest układem zamkniętym, a jej całkowity pęd musi być równy zeru po wystrzeleniu. Dlatego powłoka rakiety, cokolwiek się w niej znajduje, otrzymuje impuls równy w wartości bezwzględnej impulsowi gazu, ale przeciwny w kierunku.

Najbardziej masywna część rakiety, przeznaczona do wystrzelenia i przyspieszenia całej rakiety, nazywa się pierwszym stopniem. Kiedy pierwszy masywny stopień wielostopniowej rakiety wyczerpie wszystkie zapasy paliwa podczas przyspieszania, następuje rozdzielenie. Dalsze przyspieszanie jest kontynuowane przez drugi, mniej masywny stopień, a do prędkości osiągniętej wcześniej za pomocą pierwszego stopnia dodaje trochę prędkości, a następnie rozdziela się. Trzeci etap nadal zwiększa prędkość do wymaganej wartości i dostarcza ładunek na orbitę.

Pierwszą osobą, która poleciała w kosmos, był Jurij Aleksiejewicz Gagarin, obywatel Związku Radzieckiego. 12 kwietnia 1961 Okrążył kulę ziemską na statku satelitarnym Wostok

Radzieckie rakiety jako pierwsze dotarły do Księżyca, okrążyły Księżyc i sfotografowały jego niewidzialną stronę z Ziemi, jako pierwsze dotarły do planety Wenus i dostarczyły na jej powierzchnię instrumenty naukowe. W 1986 roku dwa radzieckie statki kosmiczne "Vega-1" i "Vega-2" badały kometę Halleya z bliskiej odległości, zbliżając się do Słońca raz na 76 lat.

Dla większości ludzi termin „napęd odrzutowy” przedstawiany jest jako współczesny postęp w nauce i technice, zwłaszcza w dziedzinie fizyki. Napęd odrzutowy w technologii jest przez wielu kojarzony ze statkami kosmicznymi, satelitami i samolotami odrzutowymi. Okazuje się, że zjawisko napędu odrzutowego istniało znacznie wcześniej niż sam człowiek i niezależnie od niego. Ludziom udało się jedynie zrozumieć, wykorzystać i rozwinąć to, co podlega prawom natury i wszechświata.

Co to jest napęd odrzutowy?

W języku angielskim słowo „jet” brzmi jak „jet”. Oznacza ruch ciała, które powstaje w procesie oddzielania się od niego części z określoną prędkością. Pojawia się siła, która porusza ciałem w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu, oddzielając od niego część. Za każdym razem, gdy materia wyrywa się z obiektu, a obiekt porusza się w przeciwnym kierunku, następuje napęd odrzutowy. Aby unosić obiekty w powietrze, inżynierowie muszą zaprojektować potężną wyrzutnię rakiet. Wyzwalając strumienie ognia, silniki rakiety unoszą ją na orbitę Ziemi. Czasami rakiety wystrzeliwują satelity i sondy kosmiczne.

Jeśli chodzi o samoloty pasażerskie i samoloty wojskowe, zasada ich działania przypomina nieco start rakiety: ciało fizyczne reaguje na wyrzucony silny strumień gazu, w wyniku czego porusza się w przeciwnym kierunku. To jest podstawowa zasada samolotów odrzutowych.

Prawa Newtona w napędzie odrzutowym

Inżynierowie opierają swój rozwój na zasadach wszechświata, po raz pierwszy szczegółowo opisanych w pracach wybitnego brytyjskiego naukowca Izaaka Newtona, żyjącego pod koniec XVII wieku. Prawa Newtona opisują mechanikę grawitacji i mówią nam, co się dzieje, gdy rzeczy się poruszają. Szczególnie wyraźnie wyjaśniają ruch ciał w przestrzeni.

Drugie prawo Newtona mówi, że siła poruszającego się obiektu zależy od ilości zawartej w nim materii, czyli od jego masy i zmian prędkości ruchu (przyspieszenia). Tak więc, aby stworzyć potężną rakietę, konieczne jest, aby stale uwalniała dużą ilość energii o dużej prędkości. Trzecie prawo Newtona mówi, że dla każdego działania będzie równa, ale przeciwna reakcja - reakcja. Silniki odrzutowe w naturze i technologii przestrzegają tych praw. W przypadku rakiety siłą działania jest materia, która wylatuje z rury wydechowej. Reakcją jest pchnięcie rakiety do przodu. To siła emisji z niego popycha rakietę. W kosmosie, gdzie rakieta ma niewielką lub zerową wagę, nawet małe pchnięcie silników rakietowych może sprawić, że duży statek szybko poleci do przodu.

Technologia napędu odrzutowego

Fizyka ruchu odrzutowego polega na tym, że przyspieszenie lub spowolnienie ciała następuje bez wpływu otaczających ciał. Proces odbywa się w wyniku oddzielenia części systemu.

Przykładami napędu odrzutowego w technologii są:

zjawisko odrzutu od wystrzału;
wybuchy;
ciosy podczas wypadków;
odrzut przy użyciu mocnego węża;
łódź z silnikiem odrzutowym;
samolot odrzutowy i rakieta.

Ciała tworzą zamknięty system, jeśli oddziałują tylko ze sobą. Taka interakcja może prowadzić do zmiany stanu mechanicznego ciał tworzących system.

Jakie jest prawo zachowania pędu?

Po raz pierwszy prawo to ogłosił francuski filozof i fizyk R. Descartes. Kiedy dwa lub więcej ciał wchodzą w interakcję, powstaje między nimi zamknięty system. Każde ciało w ruchu ma swój własny pęd. Jest to masa ciała pomnożona przez jego prędkość. Całkowity impuls układu jest równy sumie wektorowej impulsów znajdujących się w nim ciał. Pęd któregokolwiek z ciał w układzie zmienia się pod wpływem ich wzajemnego oddziaływania. Całkowity pęd ciał w układzie zamkniętym pozostaje niezmienny dla różnych ruchów i interakcji ciał. To jest prawo zachowania pędu.

Przykładami działania tego prawa mogą być wszelkie zderzenia ciał (kule bilardowe, samochody, cząstki elementarne), a także złamania ciał i strzelanie. Po wystrzeleniu z broni następuje odrzut: pocisk pędzi do przodu, a sama broń zostaje odrzucona. Dlaczego to się dzieje? Pocisk i broń tworzą między sobą zamknięty system, w którym działa prawo zachowania pędu. Podczas strzelania zmieniają się impulsy samej broni i pocisku. Ale całkowity pęd broni i znajdującego się w niej pocisku przed oddaniem strzału będzie równy całkowitemu pędowi broni odrzucanej i wystrzelonego pocisku po wystrzeleniu. Gdyby kula i broń miały tę samą masę, leciałyby w przeciwnych kierunkach z tą samą prędkością.

Prawo zachowania pędu ma szerokie zastosowanie praktyczne. Pozwala wyjaśnić napęd odrzutowy, dzięki któremu osiągane są największe prędkości.

Napęd odrzutowy w fizyce

Najbardziej uderzającym przykładem prawa zachowania pędu jest napęd odrzutowy realizowany przez rakietę. Najważniejszą częścią silnika jest komora spalania. W jednej ze ścian znajduje się dysza strumieniowa, przystosowana do uwalniania gazu powstającego podczas spalania paliwa. Pod działaniem wysokiej temperatury i ciśnienia gaz opuszcza dyszę silnika z dużą prędkością. Przed startem rakiety jej pęd względem Ziemi wynosi zero. W momencie startu rakieta również otrzymuje pęd równy pędowi gazu, ale przeciwny do kierunku.

Przykład fizyki napędów odrzutowych można zobaczyć wszędzie. Podczas obchodów urodzin balon może stać się rakietą. Jak? Napompuj balon, ściskając otwarty otwór, aby zapobiec ucieczce powietrza. Teraz go zwolnij. Balon będzie krążył po pokoju z ogromną prędkością, napędzany wylatującym z niego powietrzem.

Historia napędu odrzutowego

Historia silników odrzutowych rozpoczęła się już w 120 roku p.n.e., kiedy Heron z Aleksandrii zaprojektował pierwszy silnik odrzutowy, aeolipil. Woda wlewa się do metalowej kuli, która jest podgrzewana przez ogień. Para, która wydostaje się z tej kuli, obraca ją. To urządzenie pokazuje napęd odrzutowy. Kapłani z powodzeniem użyli silnika Herona do otwierania i zamykania drzwi świątyni. Modyfikacja eolipila - koło Segnera, które jest skutecznie wykorzystywane w naszych czasach do nawadniania gruntów rolnych. W XVI wieku Giovani Branca przedstawił światu pierwszą turbinę parową, która działała na zasadzie napędu odrzutowego. Isaac Newton zaproponował jeden z pierwszych projektów samochodu parowego.

Pierwsze próby wykorzystania napędu odrzutowego w technologii do poruszania się po ziemi sięgają XV-XVII wieku. Jeszcze 1000 lat temu Chińczycy mieli rakiety, których używali jako broń wojskową. Na przykład w 1232 roku, według kroniki, w wojnie z Mongołami używali strzał wyposażonych w rakiety.

Pierwsze próby budowy samolotu odrzutowego rozpoczęły się w 1910 roku. Za podstawę przyjęto badania rakietowe minionych stuleci, które szczegółowo opisały zastosowanie prochowych przyspieszaczy, które mogą znacznie skrócić długość dopalacza i rozbiegu. Głównym konstruktorem był rumuński inżynier Henri Coanda, który zbudował samolot napędzany silnikiem tłokowym. Pionierem technologii napędu odrzutowego można słusznie nazwać inżyniera z Anglii - Franka Whittle'a, który przedstawił pierwsze pomysły na stworzenie silnika odrzutowego i uzyskał na nie swój patent pod koniec XIX wieku.

Pierwsze silniki odrzutowe

Po raz pierwszy rozwój silnika odrzutowego w Rosji podjęto na początku XX wieku. Teorię ruchu pojazdów odrzutowych i technologii rakietowej zdolnej do rozwijania prędkości naddźwiękowej przedstawił słynny rosyjski naukowiec K. E. Tsiołkowski. Utalentowany projektant A. M. Lyulka zdołał wprowadzić ten pomysł w życie. To on stworzył projekt pierwszego samolotu odrzutowego w ZSRR, działającego przy pomocy turbiny odrzutowej. Pierwsze samoloty odrzutowe stworzyli niemieccy inżynierowie. Projektowanie i produkcja odbywały się potajemnie w zakamuflowanych fabrykach. Hitler, ze swoim pomysłem zostania światowym władcą, połączył najlepszych niemieckich konstruktorów do produkcji potężnej broni, w tym szybkich samolotów. Najbardziej udanym z nich był pierwszy niemiecki samolot odrzutowy, Messerschmitt-262. Samolot ten jako pierwszy na świecie przeszedł pomyślnie wszystkie testy, swobodnie wzbił się w powietrze, a następnie zaczął być masowo produkowany.

Samolot posiadał następujące cechy:

Urządzenie posiadało dwa silniki turboodrzutowe.
Na dziobie znajdował się radar.
Maksymalna prędkość samolotu osiągnęła 900 km/h.

Dzięki tym wszystkim wskaźnikom i cechom konstrukcyjnym pierwszy samolot odrzutowy Messerschmitt-262 był potężnym środkiem walki z innymi samolotami.

Prototypy nowoczesnych samolotów pasażerskich

W okresie powojennym rosyjscy projektanci stworzyli samoloty odrzutowe, które później stały się prototypami nowoczesnych samolotów pasażerskich.

I-250, lepiej znany jako legendarny MiG-13, to myśliwiec opracowany przez A. I. Mikojana. Pierwszy lot wykonano wiosną 1945 roku, w tym czasie myśliwiec pokazywał rekordową prędkość 820 km/h. Do produkcji wprowadzono samoloty odrzutowe MiG-9 i Jak-15.

W kwietniu 1945 roku samolot odrzutowy Su-5 P. O. Sukhoi po raz pierwszy wzbił się w przestworza, wznosząc się i lecąc dzięki odrzutowemu silnikowi-sprężarce i silnikowi tłokowemu umieszczonemu w tylnej części konstrukcji.

Po zakończeniu wojny i kapitulacji faszystowskich Niemiec Związek Radziecki otrzymał jako trofea niemieckie samoloty z silnikami odrzutowymi JUMO-004 i BMW-003.

Pierwsze światowe prototypy

Nie tylko niemieccy i radzieccy projektanci byli zaangażowani w rozwój, testowanie nowych samolotów i ich produkcję. Inżynierowie z USA, Włoch, Japonii i Wielkiej Brytanii stworzyli również wiele udanych projektów wykorzystujących napęd odrzutowy w technologii. Wśród pierwszych opracowań z różnymi typami silników są:

Non-178 - niemiecki samolot z turboodrzutową elektrownią, wystartował w sierpniu 1939 roku.
GlosterE. 28/39 - samolot oryginalnie z Wielkiej Brytanii, z silnikiem turboodrzutowym, po raz pierwszy wzbił się w powietrze w 1941 roku.
Not-176 - myśliwiec stworzony w Niemczech przy użyciu silnika rakietowego, wykonał swój pierwszy lot w lipcu 1939 roku.
BI-2 to pierwszy radziecki samolot napędzany przez elektrownię rakietową.
Campini N.1 to samolot odrzutowy stworzony we Włoszech, który był pierwszą próbą włoskich projektantów odejścia od analogu tłokowego.
Yokosuka MXY7 Ohka („Oka”) z silnikiem Tsu-11 to japoński samolot myśliwsko-bombowy, tzw. samolot jednorazowy z pilotem kamikaze na pokładzie.

Wykorzystanie napędu odrzutowego w technologii było ostrym impulsem do szybkiego stworzenia kolejnych samolotów odrzutowych i dalszego rozwoju konstrukcji samolotów wojskowych i cywilnych.

GlosterMeteor, samolot myśliwski na powietrzu wyprodukowany w Wielkiej Brytanii w 1943 roku, odegrał znaczącą rolę w II wojnie światowej, a po jej zakończeniu pełnił zadanie przechwytywania niemieckich pocisków V-1.
Lockheed F-80 to samolot odrzutowy produkowany w USA na silniku typu AllisonJ. Samoloty te niejednokrotnie brały udział w wojnie japońsko-koreańskiej.
B-45 Tornado to prototyp nowoczesnych amerykańskich bombowców B-52, powstały w 1947 roku.
MiG-15 - kontynuator uznanego myśliwca odrzutowego MiG-9, który czynnie uczestniczył w konflikcie militarnym w Korei, został wyprodukowany w grudniu 1947 roku.
Tu-144 to pierwszy radziecki naddźwiękowy samolot pasażerski.

Nowoczesne pojazdy odrzutowe

Każdego roku samoloty są ulepszane, ponieważ projektanci z całego świata pracują nad stworzeniem nowej generacji samolotów zdolnych do latania z prędkością dźwięku iz prędkością ponaddźwiękową. Obecnie istnieją liniowce zdolne pomieścić dużą liczbę pasażerów i ładunków, o ogromnych rozmiarach i niewyobrażalnej prędkości ponad 3000 km/h, samoloty wojskowe wyposażone w nowoczesny sprzęt bojowy.

Ale wśród tej odmiany jest kilka projektów rekordzistów odrzutowych:

Airbus A380 to najbardziej przestronny samolot, który może pomieścić na pokładzie 853 pasażerów, co zapewnia dwupokładowa konstrukcja. Jest także jednym z najbardziej luksusowych i najdroższych samolotów naszych czasów. Największy samolot pasażerski w powietrzu.
Boeing 747 - przez ponad 35 lat był uważany za najbardziej przestronny samolot piętrowy i mógł przewozić 524 pasażerów.
AN-225 „Mriya” to samolot transportowy o ładowności 250 ton.
LockheedSR-71 to samolot odrzutowy, który podczas lotu osiąga prędkość 3529 km/h.

Badania lotnicze nie stoją w miejscu, ponieważ samoloty odrzutowe są podstawą szybko rozwijającego się nowoczesnego lotnictwa. Obecnie projektuje się kilka zachodnich i rosyjskich załogowych, pasażerskich, bezzałogowych samolotów pasażerskich z silnikami odrzutowymi, których wydanie planowane jest na kilka następnych lat.

Rosyjskie innowacyjne rozwiązania przyszłości obejmują myśliwiec 5. generacji PAK FA - T-50, którego pierwsze egzemplarze wejdą do wojska prawdopodobnie pod koniec 2017 lub na początku 2018 roku po przetestowaniu nowego silnika odrzutowego.

Natura jest przykładem napędu odrzutowego

Reaktywna zasada ruchu została pierwotnie zasugerowana przez samą naturę. Jego działanie wykorzystują larwy niektórych gatunków ważek, meduzy, wiele mięczaków – przegrzebki, mątwy, ośmiornice, kalmary. Stosują rodzaj „zasady odpychania”. Mątwy wciągają wodę i wyrzucają ją tak szybko, że same robią skok do przodu. Kalmary korzystające z tej metody mogą osiągnąć prędkość do 70 kilometrów na godzinę. Dlatego ta metoda poruszania się umożliwiła nazwanie kałamarnic „rakietami biologicznymi”. Inżynierowie wynaleźli już silnik, który działa na zasadzie ruchów kałamarnic. Jednym z przykładów wykorzystania napędu odrzutowego w przyrodzie i technologii jest armatka wodna.

To urządzenie, które zapewnia ruch za pomocą siły wody wyrzucanej pod silnym ciśnieniem. W urządzeniu woda jest pompowana do komory, a następnie wypuszczana z niej przez dyszę, a naczynie porusza się w kierunku przeciwnym do wyrzutu strumienia. Woda jest zasysana przez silnik zasilany olejem napędowym lub benzyną.

Świat roślin oferuje nam również przykłady napędów odrzutowych. Wśród nich są gatunki, które wykorzystują taki ruch do rozsiewania nasion, takie jak szalony ogórek. Tylko na zewnątrz ta roślina jest podobna do znanych nam ogórków. I otrzymał charakterystyczny „szaleńczy” ze względu na dziwny sposób reprodukcji. Owoce dojrzewają i odbijają się od szypułek. W efekcie otwiera się otwór, przez który ogórek wystrzeliwuje substancję zawierającą nadające się do kiełkowania nasiona, wywołując reaktywność. A sam ogórek w tym samym czasie odbija się do dwunastu metrów w kierunku przeciwnym do strzału.

Manifestacja w przyrodzie i technologii napędu odrzutowego podlega tym samym prawom wszechświata. Ludzkość coraz częściej wykorzystuje te prawa, aby osiągnąć swoje cele nie tylko w ziemskiej atmosferze, ale także w kosmosie, a napęd odrzutowy jest tego najlepszym przykładem.

Podobne artykuły