Mecanism de propulsie cu reacție. Propulsie cu reacție în tehnologie, natură

Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse
FGOU SPO „Colegiul de construcții Perevozsky”
abstract
disciplina:
Fizică
subiect: Propulsie cu reacție

Efectuat:
Student
Grupele 1-121
Okuneva Alena
Verificat:
P.L. Vineaminovna

Orașul Perevoz
2011
Conţinut:

Introducere: Ce este propulsia cu reacție…………………………………………………………………………………………………………..3
Legea conservării impulsului………………………………………………………………………………….4
Aplicarea propulsiei cu reacție în natură……………………………….…....5
Utilizarea propulsiei cu reacție în tehnologie…….………...…..….….6
Propulsie cu reacție „Rachetă intercontinentală”…………..……………7
Baza fizică a muncii motor turboreactor ..................... .................... 8
Clasificarea motoarelor cu reacție și caracteristicile utilizării lor……………………………………………………………………….………….……..9
Caracteristici ale proiectării și creării unei aeronave…..…10
Concluzie…………………………………………………………………………………………………………….11
Lista literaturii utilizate…………………………………………………………………..12

„Propulsie cu reacție”
Mișcarea cu jet - mișcarea unui corp datorită separării de acesta cu o anumită viteză a unei părți a acestuia. Mișcarea jetului este descrisă pe baza legii conservării impulsului.
Propulsiunea cu reacție, care este folosită acum în avioane, rachete și proiectile spațiale, este caracteristică caracatițelor, calmarilor, sepielor, meduzelor - toate, fără excepție, folosesc reacția (recul) unui jet de apă ejectat pentru a înota.
Exemple de propulsie cu reacție pot fi găsite și în lumea plantelor.
În țările din sud, crește o plantă numită „castraveți nebuni”. Nu trebuie decât să atingeți ușor fructul copt, asemănător castraveților, deoarece sare pe tulpină, iar prin orificiul format din fruct, lichidul cu semințe zboară cu o viteză de până la 10 m / s.

Castraveții înșiși zboară în direcția opusă. Trage un castravete nebun (altfel se numește „pistolul doamnei”) mai mult de 12 m.

„Legea conservării impulsului”
Într-un sistem închis, suma vectorială a impulsurilor tuturor corpurilor incluse în sistem rămâne constantă pentru orice interacțiune a corpurilor acestui sistem între ele.
Această lege fundamentală a naturii se numește legea conservării impulsului. Este o consecință a celei de-a doua și a treia legi a lui Newton. Luați în considerare două corpuri care interacționează care fac parte dintr-un sistem închis.
Forțele de interacțiune dintre aceste corpuri vor fi notate cu și Conform celei de-a treia legi a lui Newton Dacă aceste corpuri interacționează în timpul t, atunci impulsurile forțelor de interacțiune sunt identice în valoare absolută și direcționate în direcții opuse: Să aplicăm a doua lege a lui Newton acestor corpuri. :

Această egalitate înseamnă că, ca urmare a interacțiunii dintre două corpuri, impulsul lor total nu s-a schimbat. Considerând acum toate interacțiunile de perechi posibile ale corpurilor incluse într-un sistem închis, putem concluziona că forțele interne ale unui sistem închis nu pot modifica impulsul total al acestuia, adică suma vectorială a momentelor tuturor corpurilor incluse în acest sistem. O reducere semnificativă a masei de lansare a rachetei poate fi realizată prin utilizarearachete cu mai multe etapecând etapele rachetei se separă pe măsură ce combustibilul se arde. Masele de containere care conțin combustibil, motoare uzate, sisteme de control etc. sunt excluse din procesul de accelerare ulterioară a rachetei. Pe calea creării de rachete economice în mai multe etape se dezvoltă știința modernă a rachetelor.

„Aplicarea propulsiei cu reacție în natură”
Propulsiunea cu reacție este folosită de multe moluște - caracatițe, calmari, sepie. De exemplu, o moluște de scoici de mare se mișcă înainte datorită forței reactive a unui jet de apă aruncat din coajă în timpul unei compresii puternice a supapelor sale.

Caracatiță
Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se deplasează în apă în felul următor. Ea ia apă în cavitatea branhială printr-o fantă laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă energic un jet de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlnie în lateral sau în spate și, strângând rapid apa din el, se poate mișca în direcții diferite.
Salpa este un animal marin cu corp transparent; atunci când se mișcă, primește apă prin deschiderea frontală, iar apa intră într-o cavitate largă, în interiorul căreia branhiile sunt întinse în diagonală. Imediat ce animalul ia o înghițitură mare de apă, gaura se închide. Apoi mușchii longitudinali și transversali ai salpei se contractă, întregul corp se contractă și apa este împinsă afară prin deschiderea din spate. Reacția jetului care se scurge împinge salpa înainte. De cel mai mare interes este motorul cu reacție calamar. Calamarul este cel mai mare locuitor nevertebrat din adâncurile oceanului. Calamarii au atins cel mai înalt nivel de excelență în navigația cu jet. Au chiar propriile lor trupuri. forme exterioare copiază racheta. Cunoscând legea conservării impulsului, vă puteți schimba propria viteză de mișcare în spațiu deschis. Dacă ești într-o barcă și ai niște pietre grele, atunci aruncarea cu pietre într-o anumită direcție te va muta în direcția opusă. Același lucru se va întâmpla și în spațiul cosmic, dar pentru asta se folosesc motoare cu reacție.

„Aplicarea propulsiei cu reacție în tehnologie”
La sfârșitul primului mileniu d.Hr., China a inventat propulsia cu reacție care acționa rachete - tuburi de bambus umplute cu praf de pușcă, erau folosite și ca distracție. Unul dintre primele modele de mașini a fost și cu un motor cu reacție și acest proiect i-a aparținut lui Newton.
Autorul primului proiect din lume al unui avion cu reacție conceput pentru zborul uman a fost revoluționarul rus N.I. Kibalcici. A fost executat la 3 aprilie 1881 pentru că a participat la tentativa de asasinare a împăratului Alexandru al II-lea. Și-a dezvoltat proiectul în închisoare după condamnarea la moarte. Kibalchich a scris: „În timp ce sunt în închisoare, cu câteva zile înainte de moartea mea, scriu acest proiect. Cred în fezabilitatea ideii mele, iar această credință mă susține în situația mea teribilă... Mă voi confrunta cu calm cu moartea, știind că ideea mea nu va muri odată cu mine.
Ideea de a folosi rachete pentru zborurile spațiale a fost propusă la începutul secolului nostru de omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. În 1903, un articol al unui profesor al gimnaziului Kaluga K.E. Tsiolkovsky „Cercetarea spațiilor lumii prin dispozitive cu reacție”. Această lucrare conținea cea mai importantă ecuație matematică pentru astronautică, cunoscută acum sub numele de „formula Tsiolkovsky”, care descrie mișcarea unui corp de masă variabilă. Ulterior, a dezvoltat o schemă pentru un motor rachetă pornit combustibil lichid, a propus un design de rachetă în mai multe etape, a exprimat ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbită apropiată de Pământ. El a arătat că singurul aparat capabil să depășească gravitația este o rachetă, adică. un aparat cu un motor cu reacție care utilizează combustibil și un oxidant situat pe aparatul propriu-zis. Rachetele sovietice au fost primele care au ajuns pe Lună, au înconjurat Luna și și-au fotografiat partea invizibilă de pe Pământ, au fost primele care au ajuns pe planeta Venus și au livrat instrumente științifice la suprafața acesteia. În 1986, două nave spațiale sovietice „Vega-1” și „Vega-2” au studiat cometa Halley la distanță apropiată, apropiindu-se de Soare o dată la 76 de ani.

Propulsie cu reacție „Rachetă intercontinentală”
Omenirea a visat întotdeauna să călătorească în spațiu. O varietate de mijloace pentru a atinge acest obiectiv au fost oferite de scriitori - science fiction, oameni de știință, visători. Dar timp de multe secole, nici un om de știință, nici un singur scriitor de science-fiction nu a putut inventa singurele mijloace de care dispune omul, cu ajutorul cărora este posibilă depășirea forței gravitației și zburarea în spațiu. K. E. Tsiolkovsky este fondatorul teoriei zborurilor spațiale.
Pentru prima dată, visul și aspirațiile multor oameni pentru prima dată ar putea fi aduse mai aproape de realitate de către omul de știință rus Konstantin Eduardovici Ciolkovski (1857-1935), care a arătat că singurul aparat capabil să depășească gravitația este o rachetă, el a prezentat mai întâi dovezi științifice ale posibilității de a folosi o rachetă pentru a zbura în spațiul cosmic, dincolo de atmosfera pământului și către alte planete ale sistemului solar. Tsoilkovsky a numit o rachetă un aparat cu un motor cu reacție care folosește combustibilul și oxidantul pe ea.
După cum știți din cursul de fizică, o lovitură de la o armă este însoțită de recul. Conform legilor lui Newton, un glonț și un pistol s-ar împrăștia în direcții diferite cu aceeași viteză dacă ar avea aceeași masă. Masa aruncată de gaze creează o forță reactivă, datorită căreia se poate asigura mișcarea atât în ​​aer, cât și în spațiul fără aer, așa are loc recul. Cu cât este mai mare forța de recul pe care o simte umărul nostru, cu atât este mai mare masa și viteza gazelor care se revarsă și, în consecință, cu cât reacția pistolului este mai puternică, cu atât forța reactivă este mai mare. Aceste fenomene sunt explicate prin legea conservării impulsului:
suma vectorială (geometrică) a impulsurilor corpurilor care alcătuiesc un sistem închis rămâne constantă pentru orice mișcări și interacțiuni ale corpurilor sistemului.
Formula prezentată a lui Tsiolkovsky este fundația pe care se bazează întregul calcul al rachetelor moderne. Numărul Tsiolkovsky este raportul dintre masa combustibilului și masa rachetei la sfârșitul funcționării motorului - la greutatea unei rachete goale.
Astfel, s-a constatat că viteza maximă realizabilă a rachetei depinde în primul rând de viteza de scurgere a gazelor din duză. Și viteza gazelor de eșapament ale duzei, la rândul său, depinde de tipul de combustibil și de temperatura jetului de gaz. Deci, cu cât temperatura este mai mare, cu atât viteza este mai mare. Apoi, pentru o rachetă adevărată, trebuie să alegeți combustibilul cu cel mai mare nivel de calorii care oferă cea mai mare cantitate de căldură. Formula arată că, printre altele, viteza unei rachete depinde de masa inițială și finală a rachetei, de ce parte din greutatea acesteia cade pe combustibil și de ce parte - de structurile inutile (în ceea ce privește viteza de zbor): corp, mecanisme etc. d.
Concluzia principală din această formulă a lui Tsiolkovsky pentru determinarea vitezei unei rachete spațiale este că, în spațiul fără aer, racheta se va dezvolta cu cât viteza este mai mare, cu atât este mai mare viteza de scurgere a gazelor și cu atât numărul lui Tsiolkovsky este mai mare.

„Bazele fizice ale motorului cu reacție”
În centrul motoarelor moderne cu reacție puternice de diferite tipuri se află principiul reacției directe, adică. principiul creării unei forțe motrice (sau împingere) sub forma unei reacții (recul) a unui jet de „substanță de lucru” care curge din motor, de obicei gaze fierbinți. În toate motoarele, există două procese de conversie a energiei. Mai întâi, energia chimică a combustibilului este convertită în energie termică a produselor de ardere, iar apoi energia termică este utilizată pentru a efectua lucrări mecanice. Astfel de motoare includ motoarele cu piston de automobile, locomotive diesel, turbine cu abur și gaz ale centralelor electrice etc. După ce în motorul termic s-au format gaze fierbinți, care conțin energie termică mare, această energie trebuie transformată în energie mecanică. La urma urmei, motoarele servesc pentru a face munca mecanica, pentru a „mișca” ceva, pentru a-l pune în acțiune, nu contează dacă este un dinam, vă rog să adăugați desene ale unei centrale electrice, a unei locomotive diesel, a unei mașini sau a unui avion. Pentru ca energia termică a gazelor să fie transformată în energie mecanică, volumul acestora trebuie să crească. Cu o astfel de expansiune, gazele efectuează munca pentru care este cheltuită energia lor internă și termică.
Duza cu jet poate avea diverse forme, și, în plus, un design diferit, în funcție de tipul de motor. Principalul lucru este viteza cu care gazele curg din motor. Dacă această viteză de ieșire nu depășește viteza cu care undele sonore se propagă în gazele care ies, atunci duza este o secțiune simplă de conductă cilindrică sau îngustă. Dacă viteza de scurgere trebuie să depășească viteza sunetului, atunci duza primește forma unei țevi care se extinde sau, mai întâi, se îngustează și apoi se extinde (duza lui Love). Numai într-un tub de o astfel de formă, după cum arată teoria și experiența, este posibil să se disperseze gazul la viteze supersonice, să treacă peste „bariera sonică”.

„Clasificarea motoarelor cu reacție și caracteristicile utilizării lor”
Cu toate acestea, acest trunchi puternic, principiul reacției directe, a dat viață unei uriașe coroane a „arborelului genealogic” al familiei motoarelor cu reacție. Pentru a face cunoștință cu ramurile principale ale coroanei sale, încununând „trunchiul” reacției directe. În curând, după cum se poate vedea din figură (vezi mai jos), acest trunchi este împărțit în două părți, parcă despărțit de un fulger. Ambele trunchiuri noi sunt decorate în mod egal cu coroane puternice. Această împărțire s-a produs din cauza faptului că toate motoarele cu reacție „chimice” sunt împărțite în două clase, în funcție de dacă folosesc aer ambiental pentru munca lor sau nu.
Într-un motor fără compresor de alt tip, un ramjet, nici măcar nu există această grilă de supape și presiunea din camera de ardere crește ca urmare a presiunii dinamice, adică. decelerare a fluxului de aer care se apropie care intră în motor în zbor. Este clar că un astfel de motor poate funcționa doar când aeronave zboară deja cu o viteză suficient de mare, nu va dezvolta forță în parcare. Dar, pe de altă parte, la o viteză foarte mare, de 4-5 ori viteza sunetului, un ramjet dezvoltă o tracțiune foarte mare și consumă mai puțin combustibil decât orice alt motor cu reacție „chimic” în aceste condiții. De aceea motoarele ramjet.
etc.................

Propulsia cu reacție în natură și tehnologie este un fenomen foarte comun. În natură, apare atunci când o parte a corpului se separă cu o anumită viteză de o altă parte. În acest caz, forța reactivă apare fără interacțiunea organismului dat cu corpurile externe.

Pentru a înțelege ce este în joc, cel mai bine este să apelăm la exemple. în natură şi tehnologie sunt numeroase. Vom vorbi mai întâi despre modul în care animalele îl folosesc și apoi despre cum este aplicat în tehnologie.

Meduze, larve de libelule, plancton și moluște

Mulți, înotând în mare, s-au întâlnit cu meduze. În Marea Neagră, cel puțin, sunt destui. Cu toate acestea, nu toată lumea credea că meduzele se mișcă doar cu ajutorul propulsiei cu reacție. Larvele de libelule, precum și unii reprezentanți ai planctonului marin, recurg la aceeași metodă. Eficiența animalelor marine nevertebrate care îl folosesc este adesea mult mai mare decât cea a invențiilor tehnice.

Multe moluște se mișcă într-un mod care ne interesează. Exemplele includ sepia, calmarul, caracatița. În special, moluștea marina de scoici este capabilă să avanseze folosind un jet de apă care este aruncat din coajă atunci când supapele sale sunt puternic comprimate.

Și acestea sunt doar câteva exemple din viața lumii animale care pot fi citate, dezvăluind subiectul: „Propulsiunea cu reacție în viața de zi cu zi, natură și tehnologie”.

Cum se mișcă sepia

Foarte interesantă este și sepia din acest punct de vedere. La fel ca multe cefalopode, se mișcă în apă folosind următorul mecanism. Printr-o pâlnie specială situată în fața corpului, precum și printr-o fantă laterală, sepia preia apă în cavitatea branhială. Apoi o aruncă cu putere prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlniei înapoi sau în lateral. În acest caz, mișcarea poate fi efectuată în direcții diferite.

Metoda pe care o folosește salpa

Curiosă este și metoda folosită de salpa. Acesta este numele unui animal marin care are un corp transparent. Salpa, când se mișcă, atrage apă, folosind deschiderea anterioară pentru aceasta. Apa este într-o cavitate largă, iar branhiile sunt situate în diagonală în interiorul acesteia. Gaura se închide când salpa ia o înghițitură mare de apă. Mușchii săi transversali și longitudinali se contractă, întregul corp al animalului se contractă. Prin orificiul din spate, apa este împinsă afară. Animalul se deplasează înainte datorită reacției jetului care se scurge.

Calamar - „torpile vii”

Poate cel mai interesant este motorul cu reacție pe care îl are calmarul. Acest animal este considerat cel mai mare reprezentant al nevertebratelor care trăiesc la mari adâncimi oceanice. În navigația cu jet, calmarii au atins adevărata perfecțiune. Chiar și corpul acestor animale seamănă cu o rachetă cu formele sale exterioare. Sau mai degrabă, această rachetă copiază calmarul, deoarece el este cel care deține superioritatea de necontestat în această chestiune. Dacă trebuie să vă mișcați încet, animalul folosește o înotătoare mare în formă de diamant, care se îndoaie din când în când. Dacă aveți nevoie de o aruncare rapidă, un motor cu reacție vine în ajutor.

Pe toate părțile, corpul moluștei este înconjurat de o manta - țesut muscular. Aproape jumătate din volumul total al corpului animalului cade pe volumul cavității acestuia. Calamarul folosește cavitatea mantalei pentru a se propulsa aspirând apă în ea. Apoi ejectează brusc jetul de apă acumulat printr-o duză îngustă. Drept urmare, el se mișcă smucind înapoi cu viteză mare. În același timp, calmarul își pliază toate cele 10 tentacule într-un nod deasupra capului, pentru a dobândi o formă simplă. Duza are o supapă specială, iar mușchii animalului o pot întoarce. Astfel, direcția de mișcare se schimbă.

Viteză impresionantă de mișcare a calmarului

Trebuie sa spun ca motorul de calmar este foarte economic. Viteza pe care o poate dezvolta poate ajunge la 60-70 km/h. Unii cercetători cred chiar că poate ajunge până la 150 km/h. După cum puteți vedea, calmarul este numit „torpilă vie” dintr-un motiv. Se poate întoarce în direcția dorită, aplecându-se în jos, în sus, tentacule la stânga sau la dreapta, pliate într-un mănunchi.

Cum calamarul controlează mișcarea

Deoarece volanul este foarte mare în comparație cu dimensiunea animalului însuși, pentru ca calmarul să evite cu ușurință o coliziune cu un obstacol, chiar deplasându-se la viteză maximă, este suficientă doar o mișcare ușoară a volanului. Dacă îl întoarceți brusc, animalul se va repezi imediat în direcția opusă. Calamarul se îndoaie înapoi capătul pâlniei și, ca urmare, poate aluneca cu capul înainte. Dacă o arcuiește spre dreapta, va fi aruncat în stânga de o tracțiune de jet. Cu toate acestea, atunci când este necesar să înoți rapid, pâlnia este întotdeauna situată direct între tentacule. Animalul, în acest caz, se repezi cu coada înainte, ca alergarea unui raci care merge rapid, dacă ar avea agilitatea unui cal.

În cazul în care nu este nevoie să se grăbească, sepia și calmarul înoată, în timp ce își unduiesc aripioarele. Valurile miniaturale trec prin ele din față în spate. Calamarii si sepia aluneca gratios. Ei doar ocazional se pun cu un jet de apă care este aruncat de sub manta. Socurile separate pe care le primește moluștea în timpul erupției jeturilor de apă sunt clar vizibile în astfel de momente.

calamar zburător

Unele cefalopode pot accelera până la 55 km/h. Se pare că nimeni nu a făcut măsurători directe, dar putem da o astfel de cifră în funcție de intervalul și viteza de zbor a calmarilor zburători. Se pare că există câteva. Calamarul Stenoteuthis este cel mai bun pilot dintre toate moluștele. Marinarii englezi îl numesc calamar zburător (flying squid). Acest animal, a cărui fotografie este prezentată mai sus, este mic, de dimensiunea unui hering. Alungă peștii atât de repede încât adesea sare din apă, țâșnind peste suprafața lui ca o săgeată. El folosește acest truc și atunci când este în pericol de prădători - macrou și ton. După ce a dezvoltat propulsia maximă a jetului în apă, calmarul începe în aer și apoi zboară la mai mult de 50 de metri deasupra valurilor. Când zboară, este atât de sus încât calamarii zburători cad adesea pe punțile navelor. O înălțime de 4-5 metri pentru ei nu este deloc un record. Uneori, calmarii zburători zboară și mai sus.

Dr. Rees, un cercetător de crustacee din Marea Britanie, în articolul său științific, a descris un reprezentant al acestor animale, a căror lungime a corpului era de numai 16 cm. Cu toate acestea, a reușit să zboare o distanță destul de mare prin aer, după care a aterizat pe podul iahtului. Și înălțimea acestui pod era de aproape 7 metri!

Sunt momente în care o mulțime de calmari zburători cad pe navă deodată. Trebius Niger, un scriitor antic, a povestit odată o poveste tristă despre o navă care părea să nu suporte greutatea acestor animale marine și s-a scufundat. Interesant este că calmarii sunt capabili să decoleze chiar și fără accelerare.

caracatițe zburătoare

Caracatițele au și capacitatea de a zbura. Jean Verany, un naturalist francez, a văzut cum unul dintre ei a accelerat în acvariul său și apoi a sărit brusc din apă. Animalul a descris un arc în aer de aproximativ 5 metri, apoi a căzut în acvariu. Caracatița, câștigând viteza necesară săriturii, s-a deplasat nu numai datorită propulsiei cu reacție. A vâslit și cu tentaculele sale. Caracatițele sunt largi, așa că înoată mai rău decât calmarii, dar în momentele critice, aceste animale sunt capabile să ofere șanse celor mai buni sprinteri. Lucrătorii din California Aquarium au vrut să facă o fotografie cu o caracatiță atacând un crab. Cu toate acestea, caracatița, repezindu-se spre prada sa, a dezvoltat o astfel de viteză încât chiar și atunci când folosea modul special, fotografiile s-au dovedit a fi neclare. Asta înseamnă că aruncarea a durat doar câteva fracțiuni de secundă!

Cu toate acestea, caracatițele înoată de obicei destul de încet. Omul de știință Joseph Signl, care a studiat migrația caracatițelor, a descoperit că caracatița, a cărei dimensiune este de 0,5 m, înoată cu o viteză medie de aproximativ 15 km/h. Fiecare jet de apă pe care îl aruncă din pâlnie îl deplasează înainte (mai precis, înapoi, întrucât înoată înapoi) cu aproximativ 2-2,5 m.

"Castraveți stropiți"

Propulsia cu reacție în natură și tehnologie poate fi luată în considerare folosind exemple din lumea plantelor pentru a o ilustra. Unul dintre cele mai faimoase este fructele coapte ale așa-numitelor Ei sar din tulpină la cea mai mică atingere. Apoi, din orificiul format ca urmare a acesteia, se aruncă cu mare forță un lichid special lipicios, în care se află semințele. Castravetele însuși zboară în direcția opusă la o distanță de până la 12 m.

Legea conservării impulsului

Asigurați-vă că spuneți despre asta, luând în considerare propulsia cu reacție în natură și tehnologie. Cunoașterea ne permite să ne schimbăm, în special, propria noastră viteză de mișcare dacă ne aflăm în spațiu deschis. De exemplu, stai într-o barcă și ai niște pietre cu tine. Dacă le arunci într-o anumită direcție, barca se va mișca în direcția opusă. Această lege operează și în spațiul cosmic. Cu toate acestea, în acest scop folosesc

Ce alte exemple de propulsie cu reacție în natură și tehnologie pot fi observate? Foarte bine legea conservării impulsului este ilustrată de exemplul unui pistol.

După cum știți, o lovitură din ea este întotdeauna însoțită de recul. Să presupunem că greutatea glonțului ar fi egală cu greutatea pistolului. În acest caz, ar zbura separat cu aceeași viteză. Recul are loc deoarece se creează o forță reactivă, deoarece există o masă aruncată. Datorită acestei forțe, mișcarea este asigurată atât în ​​spațiu fără aer, cât și în aer. Cu cât viteza și masa gazelor care se revarsă sunt mai mari, cu atât forța de recul resimțită de umărul nostru este mai mare. În consecință, forța reactivă este mai mare, cu atât reacția pistolului este mai puternică.

Vise de a zbura în spațiu

Propulsiunea cu reacție în natură și tehnologie a fost o sursă de idei noi pentru oamenii de știință de mulți ani. Timp de multe secole, omenirea a visat să zboare în spațiu. Trebuie să presupunem că utilizarea propulsiei cu reacție în natură și tehnologie nu s-a epuizat în niciun caz.

Și totul a început cu un vis. Scriitorii de science fiction cu câteva secole în urmă ne-au oferit diverse mijloace pentru a atinge acest obiectiv dorit. În secolul al XVII-lea, Cyrano de Bergerac, un scriitor francez, a creat o poveste despre un zbor către Lună. Eroul său a ajuns la satelitul Pământului folosind un vagon de fier. Peste acest design, el a aruncat în mod constant magnet puternic. Căruța, atrasă de el, se ridica din ce în ce mai sus deasupra Pământului. În cele din urmă, a ajuns pe lună. Un alt personaj celebru, baronul Munchausen, a urcat pe lună pe o tulpină de fasole.

Desigur, la acea vreme se știa puțin despre modul în care utilizarea propulsiei cu reacție în natură și tehnologie poate face viața mai ușoară. Dar zborul fanteziei, desigur, a deschis noi orizonturi.

În drum spre o descoperire extraordinară

În China, la sfârșitul mileniului I d.Hr. e. a inventat propulsia cu reacție care a propulsat rachete. Acestea din urmă erau pur și simplu tuburi de bambus umplute cu praf de pușcă. Aceste rachete au fost lansate pentru distracție. Motorul cu reacție a fost folosit într-unul dintre primele modele de mașini. Această idee i-a aparținut lui Newton.

N.I. s-a gândit și la modul în care propulsia cu reacție apare în natură și tehnologie. Kibalcici. Acesta este un revoluționar rus, autorul primului proiect al unui avion cu reacție, care este conceput pentru ca o persoană să zboare pe el. Revoluționarul, din păcate, a fost executat la 3 aprilie 1881. Kibalcici a fost acuzat că a participat la tentativa de asasinare a lui Alexandru al II-lea. Deja în închisoare, în timp ce aștepta executarea unei pedepse cu moartea, a continuat să studieze un fenomen atât de interesant precum propulsia cu reacție în natură și tehnologie, care apare atunci când o parte a unui obiect este separată. În urma acestor studii și-a dezvoltat proiectul. Kibalchich a scris că această idee l-a susținut în poziția sa. Este gata să-și înfrunte moartea cu calm, știind că o descoperire atât de importantă nu va muri odată cu el.

Implementarea ideii de zbor spațial

Manifestarea propulsiei cu reacție în natură și tehnologie a continuat să fie studiată de K. E. Tsiolkovsky (fotografia sa este prezentată mai sus). La începutul secolului al XX-lea, acest mare om de știință rus a propus ideea de a folosi rachete pentru zborurile în spațiu. Articolul său pe acest subiect a apărut în 1903. A prezentat o ecuație matematică care a devenit cea mai importantă pentru astronautică. Este cunoscută în vremea noastră ca „formula Tsiolkovsky”. Această ecuație descrie mișcarea unui corp cu o masă variabilă. În scrierile sale ulterioare, el a prezentat o schemă pentru un motor de rachetă care funcționează cu combustibil lichid. Tsiolkovsky, studiind utilizarea propulsiei cu reacție în natură și tehnologie, a dezvoltat un design de rachetă în mai multe etape. De asemenea, deține ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbită apropiată de Pământ. Acestea sunt descoperirile la care savantul a ajuns în timp ce studia propulsia cu reacție în natură și tehnologie. Rachetele, așa cum a arătat Tsiolkovsky, sunt singurele vehicule care pot depăși racheta, el a definit ca un mecanism care are un motor cu reacție care utilizează combustibilul și oxidantul situat pe el. Acest aparat transformă energia chimică a combustibilului, care devine energia cinetică a jetului de gaz. Racheta însăși începe să se miște în direcția opusă.

În cele din urmă, oamenii de știință, după ce au studiat mișcarea reactivă a corpurilor în natură și tehnologie, au trecut la practică. A fost o sarcină pe scară largă de a realiza visul de lungă durată al omenirii. Și un grup de oameni de știință sovietici, condus de academicianul S.P. Korolev, s-a descurcat cu asta. Ea a implementat ideea lui Tsiolkovsky. Primul satelit artificial al planetei noastre a fost lansat în URSS pe 4 octombrie 1957. Desigur, în acest caz a fost folosită o rachetă.

Yu. A. Gagarin (foto sus) a fost omul care a avut onoarea de a fi primul care a zburat în spațiul cosmic. Acest eveniment important pentru lume a avut loc la 12 aprilie 1961. Gagarin a zburat în jurul globului cu satelitul Vostok. URSS a fost primul stat ale cărui rachete au ajuns pe Lună, au zburat în jurul ei și au fotografiat partea invizibilă de pe Pământ. În plus, rușii au fost cei care au vizitat pentru prima dată Venus. Au adus instrumente științifice la suprafața acestei planete. Astronautul american Neil Armstrong este prima persoană care a pășit pe suprafața Lunii. A aterizat pe el pe 20 iulie 1969. În 1986, Vega-1 și Vega-2 (nave aparținând URSS) au fost explorate cu distanta scurta Cometa Halley, care se apropie de Soare doar o dată la 76 de ani. Explorările spațiale continuă...

După cum puteți vedea, fizica este o știință foarte importantă și utilă. Propulsia cu reacție în natură și tehnologie este doar una dintre problemele interesante care sunt luate în considerare în ea. Și realizările acestei științe sunt foarte, foarte semnificative.

Cum este folosită astăzi propulsia cu reacție în natură și tehnologie

În fizică, descoperiri deosebit de importante au fost făcute în ultimele câteva secole. În timp ce natura rămâne practic neschimbată, tehnologia se dezvoltă într-un ritm rapid. În zilele noastre, principiul propulsiei cu reacție este utilizat pe scară largă nu numai de diverse animale și plante, ci și în astronautică și aviație. În spațiul cosmic nu există niciun mediu pe care corpul să-l poată utiliza pentru a interacționa pentru a schimba modulul și direcția vitezei sale. De aceea, doar rachetele pot fi folosite pentru a zbura în vid.

Astăzi, propulsia cu reacție este utilizată activ în viața de zi cu zi, în natură și în tehnologie. Nu mai este un mister ca pe vremuri. Cu toate acestea, omenirea nu ar trebui să se oprească aici. Se așteaptă noi orizonturi. Aș vrea să cred că propulsia cu reacție în natură și tehnologie, descrisă pe scurt în articol, va inspira pe cineva la noi descoperiri.

Navele spațiale de mai multe tone se înalță spre cer, iar meduzele, sepia și caracatițele transparente, gelatinoase, manevrează cu dibăcie în apele mării - ce au în comun? Se dovedește că, în ambele cazuri, se folosește principiul propulsiei cu reacție pentru deplasare. Acesta este subiectul căruia îi este dedicat articolul nostru de astăzi.

Să ne uităm în istorie

Cel mai Primele informații sigure despre rachete datează din secolul al XIII-lea. Au fost folosite de indieni, chinezi, arabi și europeni în operațiuni de luptă ca arme militare și de semnalizare. Au urmat apoi secole de uitare aproape completă a acestor dispozitive.

În Rusia, ideea de a folosi un motor cu reacție a fost reînviată datorită muncii revoluționarului Narodnaya Volya Nikolai Kibalchich. Stând în temnițele regale, el a dezvoltat proiectul rusesc al unui motor cu reacție și al unui avion pentru oameni. Kibalcici a fost executat, iar timp de mulți ani proiectul său a strâns praf în arhivele poliției secrete țariste.

Principalele idei, desene și calcule ale acestui talentat și om curajos au fost dezvoltate în continuare în lucrările lui K. E. Tsiolkovsky, care a propus să le folosească pentru comunicațiile interplanetare. Din 1903 până în 1914, a publicat o serie de lucrări, în care demonstrează în mod convingător posibilitatea utilizării propulsiei cu reacție pentru a explora spațiul cosmic și dovedește fezabilitatea utilizării rachetelor în mai multe etape.

Multe dezvoltări științifice ale lui Tsiolkovsky sunt încă folosite în știința rachetelor.

rachete biologice

Cum a apărut ideea de a vă deplasa împingând propriul curent cu jet? Poate că, urmărind îndeaproape viața marină, locuitorii zonelor de coastă au observat cum se întâmplă acest lucru în lumea animală.

De exemplu, scoică se deplasează datorită forței reactive a jetului de apă aruncat din carcasă în timpul comprimării rapide a supapelor sale. Dar nu va ține niciodată pasul cu cei mai rapizi înotători - calmarii.

Corpurile lor în formă de rachetă se repezi cu coada înainte, aruncând apa depozitată dintr-o pâlnie specială. se mișcă după același principiu, storcând apa prin contractarea cupolei lor transparente.

Natura a dotat un „motor cu reacție” și o plantă numită „castraveți stropiți”. Când fructele sale sunt complet coapte, ca răspuns la cea mai mică atingere, elimină glutenul cu semințe. Fătul în sine este aruncat în direcția opusă la o distanță de până la 12 m!

Nici viața marina și nici plantele nu cunosc legile fizice care stau la baza acestui mod de locomoție. Vom încerca să ne dăm seama.

Bazele fizice ale principiului propulsiei cu reacție

Să începem cu un experiment simplu. Umflați o minge de cauciucși, fără a lega, vom da drumul la zborul liber. Mișcarea rapidă a mingii va continua atâta timp cât fluxul de aer care curge din ea este suficient de puternic.

Pentru a explica rezultatele acestei experiențe, ar trebui să apelăm la a treia lege, care prevede că două corpuri interacționează cu forțe egale ca mărime și opuse ca direcție. Prin urmare, forța cu care mingea acționează asupra jeturilor de aer care ies din ea este egală cu forța cu care aerul respinge mingea de la sine.

Să transferăm acest raționament în rachetă. Aceste dispozitive cu viteză mare aruncă o parte din masa lor, drept urmare ele însele primesc accelerație în direcția opusă.

Din punct de vedere al fizicii, asta procesul este explicat clar prin legea conservării impulsului. Momentul este produsul dintre masa corpului și viteza acestuia (mv). În timp ce racheta este în repaus, viteza și impulsul ei sunt zero. Dacă un curent cu jet este ejectat din acesta, atunci partea rămasă, conform legii conservării impulsului, trebuie să dobândească o astfel de viteză încât impulsul total să fie în continuare egal cu zero.

Să ne uităm la formule:

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

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

Unde m g v g impulsul creat de jetul de gaze, m p v p impulsul primit de rachetă.

Semnul minus arată că direcția de mișcare a rachetei și a curentului cu jet sunt opuse.

Dispozitivul și principiul de funcționare al unui motor cu reacție

În tehnologie, motoarele cu reacție propulsează avioanele, rachetele și pun navele spațiale pe orbită. În funcție de scop, au un dispozitiv diferit. Dar fiecare dintre ele are o sursă de combustibil, o cameră pentru arderea sa și o duză care accelerează curentul cu jet.

Stațiile automate interplanetare sunt, de asemenea, echipate cu un compartiment pentru instrumente și cabine cu sistem de susținere a vieții pentru astronauți.

Modern rachete spațiale acestea sunt aeronave complexe, cu mai multe etape, care folosesc cele mai recente realizări în inginerie. După lansare, combustibilul din treapta inferioară arde mai întâi, după care se separă de rachetă, reducându-i masa totală și crescând viteza.

Apoi, combustibilul este consumat în a doua etapă și așa mai departe. În cele din urmă, aeronava este adusă pe o traiectorie dată și își începe zborul independent.

Hai sa visam putin

Marele visător și om de știință K. E. Tsiolkovsky a oferit generațiilor viitoare încrederea că motoarele cu reacție vor permite omenirii să iasă din atmosfera pământului și să se grăbească în spațiu. Previziunea lui s-a adeverit. Luna și chiar cometele îndepărtate sunt explorate cu succes de nave spațiale.

În astronautică se folosesc motoare cu combustibil lichid. Folosind produse petroliere drept combustibil, dar vitezele care pot fi obținute cu ajutorul lor sunt insuficiente pentru zboruri foarte lungi.

Poate că voi, dragii noștri cititori, veți asista la zborurile pământenilor către alte galaxii pe vehicule cu motoare nucleare, termonucleare sau ionice.

Dacă acest mesaj ți-a fost de folos, m-aș bucura să te văd

Propulsie cu reacție în natură și tehnologie

REZUMAT DE FIZICĂ

Propulsie cu reacție- miscarea care apare atunci cand o parte a acesteia se desparte de corp cu o anumita viteza.

Forța reactivă apare fără nicio interacțiune cu corpurile externe.

Aplicarea propulsiei cu reacție în natură

Mulți dintre noi în viața noastră ne-am întâlnit în timp ce înotam în mare cu meduze. În orice caz, sunt destui în Marea Neagră. Dar puțini oameni au crezut că meduzele folosesc și propulsia cu reacție pentru a se deplasa. În plus, așa se mișcă larvele de libelule și unele tipuri de plancton marin. Și adesea eficiența nevertebratelor marine atunci când se utilizează propulsia cu reacție este mult mai mare decât cea a invențiilor tehnice.

Propulsiunea cu reacție este folosită de multe moluște - caracatițe, calmari, sepie. De exemplu, o moluște de scoici de mare se mișcă înainte datorită forței reactive a unui jet de apă aruncat din coajă în timpul unei compresii puternice a supapelor sale.

Caracatiță

Sepie

Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se deplasează în apă în felul următor. Ea ia apă în cavitatea branhială printr-o fantă laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă energic un jet de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlnie în lateral sau în spate și, strângând rapid apa din el, se poate mișca în direcții diferite.

Salpa este un animal marin cu corp transparent; atunci când se mișcă, primește apă prin deschiderea frontală, iar apa intră într-o cavitate largă, în interiorul căreia branhiile sunt întinse în diagonală. Imediat ce animalul ia o înghițitură mare de apă, gaura se închide. Apoi mușchii longitudinali și transversali ai salpei se contractă, întregul corp se contractă și apa este împinsă afară prin deschiderea din spate. Reacția jetului care se scurge împinge salpa înainte.

De cel mai mare interes este motorul cu reacție calamar. Calamarul este cel mai mare locuitor nevertebrat din adâncurile oceanului. Calamarii au atins cel mai înalt nivel de excelență în navigația cu jet. Au chiar și un corp cu formele sale exterioare care copiază o rachetă (sau, mai bine, o rachetă copiază un calmar, deoarece are o prioritate incontestabilă în această chestiune). Când se mișcă încet, calmarul folosește o aripioară mare în formă de diamant, care se îndoaie periodic. Pentru o aruncare rapidă, folosește un motor cu reacție. Țesut muscular - mantaua înconjoară corpul moluștei din toate părțile, volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calamarului. Animalul aspiră apă în cavitatea mantalei și apoi ejectează brusc un jet de apă printr-o duză îngustă și se mișcă înapoi cu viteză mare. În acest caz, toate cele zece tentacule ale calmarului sunt adunate într-un nod deasupra capului și capătă o formă simplificată. Duza este echipată cu o supapă specială, iar mușchii o pot întoarce, schimbând direcția de mișcare. Motorul de calmar este foarte economic, este capabil să atingă viteze de până la 60 - 70 km/h. (Unii cercetători cred că chiar și până la 150 km / h!) Nu degeaba calmarul este numit o „torpilă vie”. Îndoind tentaculele îndoite într-un mănunchi spre dreapta, stânga, sus sau jos, calmarul se întoarce într-o direcție sau alta. Deoarece un astfel de volan este foarte mare în comparație cu animalul însuși, mișcarea sa ușoară este suficientă pentru ca calmarul, chiar și la viteză maximă, să evite cu ușurință o coliziune cu un obstacol. O rotire bruscă a volanului - iar înotatorul se repezi în direcția opusă. Acum a îndoit capătul pâlniei înapoi și acum alunecă cu capul înainte. A arcuit-o spre dreapta – iar împingerea jetului l-a aruncat în stânga. Dar când trebuie să înoți repede, pâlnia iese întotdeauna chiar între tentacule, iar calmarul se repezi cu coada înainte, așa cum ar alerga un cancer - un alergător înzestrat cu agilitatea unui cal.

Dacă nu este nevoie să se grăbească, calmarii și sepia înoată, ondulandu-și aripioarele - valuri miniaturale le trec din față în spate, iar animalul alunecă cu grație, împingându-se ocazional și cu un jet de apă aruncat de sub manta. Apoi, șocurile individuale pe care le primește moluștea în momentul erupției jeturilor de apă sunt clar vizibile. Unele cefalopode pot atinge viteze de până la cincizeci și cinci de kilometri pe oră. Nimeni nu pare să fi făcut măsurători directe, dar acest lucru poate fi judecat după viteza și raza de acțiune a calmarilor zburători. Și așa, se dovedește, există talente în rudele caracatițelor! Cel mai bun pilot dintre moluște este calmarul stenoteuthis. Marinarii englezi o numesc - flying squid („flying squid”). Acesta este un animal mic de mărimea unui hering. El urmărește peștii cu atâta viteză încât sare adesea din apă, repezindu-i pe suprafața ca o săgeată. De asemenea, recurge la acest truc pentru a-și salva viața de prădători - ton și macrou. După ce a dezvoltat forța maximă a jetului în apă, calamarul pilot decolează în aer și zboară peste valuri mai mult de cincizeci de metri. Apogeul zborului unei rachete vii se află atât de sus deasupra apei, încât calamarii zburători cad adesea pe punțile navelor oceanice. Patru sau cinci metri nu este o înălțime record la care se ridică calmarii pe cer. Uneori zboară chiar mai sus.

Cercetătorul englez de crustacee Dr. Rees a descris într-un articol științific un calmar (numai 16 centimetri lungime), care, zburând o distanță destul de mare prin aer, a căzut pe podul iahtului, care se ridica la aproape șapte metri deasupra apei.

Se întâmplă ca mulți calmari zburători să cadă pe navă într-o cascadă sclipitoare. Scriitorul antic Trebius Niger a povestit odată o poveste tristă despre o navă care s-ar fi scufundat chiar sub greutatea calmarilor zburători care i-au căzut pe punte. Calamarii pot decola fără accelerare.

Caracatițele pot zbura și ele. Naturalistul francez Jean Verany a văzut o caracatiță obișnuită accelerându-se într-un acvariu și sărind brusc din apă pe spate. Descriind în aer un arc lung de aproximativ cinci metri, s-a aruncat înapoi în acvariu. Câștigând viteză pentru un salt, caracatița s-a mișcat nu numai din cauza propulsiei jetului, ci și a vâslit cu tentacule.
Caracatițele largi înoată, desigur, mai rău decât calmarii, dar în momentele critice pot arăta o clasă record pentru cei mai buni sprinteri. Personalul acvariului din California a încercat să fotografieze o caracatiță atacând un crab. Caracatița s-a repezit la pradă cu atâta viteză încât pe film, chiar și când se filma la cele mai mari viteze, erau întotdeauna lubrifianți. Deci, aruncarea a durat sutimi de secundă! De obicei caracatițele înoată relativ încet. Joseph Signl, care a studiat migrația caracatiței, a calculat că o caracatiță de jumătate de metru înoată prin mare cu o viteză medie de aproximativ cincisprezece kilometri pe oră. Fiecare jet de apă aruncat din pâlnie îl împinge înainte (sau mai bine zis, înapoi, în timp ce caracatița înoată înapoi) doi până la doi metri și jumătate.

Mișcarea cu jet poate fi găsită și în lumea plantelor. De exemplu, fructele coapte ale „castraveților nebuni” la cea mai mică atingere sar de pe tulpină, iar un lichid lipicios cu semințe este aruncat cu forță din orificiul format. Castravetele însuși zboară în direcția opusă până la 12 m.

Cunoscând legea conservării impulsului, vă puteți schimba propria viteză de mișcare în spațiu deschis. Dacă ești într-o barcă și ai niște pietre grele, atunci aruncarea cu pietre într-o anumită direcție te va muta în direcția opusă. Același lucru se va întâmpla și în spațiul cosmic, dar pentru asta se folosesc motoare cu reacție.

Toată lumea știe că o lovitură de la o armă este însoțită de recul. Dacă greutatea glonțului ar fi egală cu greutatea pistolului, ar zbura separat cu aceeași viteză. Recul apare deoarece masa de gaze aruncată creează o forță reactivă, datorită căreia se poate asigura mișcarea atât în ​​aer, cât și în spațiul fără aer. Și cu cât masa și viteza gazelor care se revarsă sunt mai mari, cu atât forța de recul resimțită de umărul nostru este mai mare, cu atât reacția pistolului este mai puternică, cu atât forța reactivă este mai mare.

Utilizarea propulsiei cu reacție în tehnologie

Timp de multe secole, omenirea a visat la zboruri spațiale. Scriitorii de science fiction au propus o varietate de mijloace pentru a atinge acest obiectiv. În secolul al XVII-lea, a apărut o poveste a scriitorului francez Cyrano de Bergerac despre un zbor către Lună. Eroul acestei povești a ajuns pe lună într-un vagon de fier, peste care a aruncat constant un magnet puternic. Atras de el, vagonul s-a ridicat din ce în ce mai sus deasupra Pământului până a ajuns pe Lună. Iar baronul Munchausen a spus că s-a urcat pe lună pe tulpina unei fasole.

La sfârșitul primului mileniu d.Hr., China a inventat propulsia cu reacție care acționa rachete - tuburi de bambus umplute cu praf de pușcă, erau folosite și ca distracție. Unul dintre primele proiecte de mașini a fost și cu un motor cu reacție și acest proiect i-a aparținut lui Newton

Autorul primului proiect din lume al unui avion cu reacție conceput pentru zborul uman a fost revoluționarul rus N.I. Kibalcici. A fost executat la 3 aprilie 1881 pentru că a participat la tentativa de asasinare a împăratului Alexandru al II-lea. Și-a dezvoltat proiectul în închisoare după condamnarea la moarte. Kibalchich a scris: „În timp ce sunt în închisoare, cu câteva zile înainte de moartea mea, scriu acest proiect. Cred în fezabilitatea ideii mele, iar această credință mă susține în situația mea teribilă... Mă voi confrunta cu calm cu moartea, știind că ideea mea nu va muri odată cu mine.

Ideea de a folosi rachete pentru zborurile spațiale a fost propusă la începutul secolului nostru de omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. În 1903, un articol al unui profesor al gimnaziului Kaluga K.E. Tsiolkovsky „Cercetarea spațiilor lumii prin dispozitive cu reacție”. Această lucrare conținea cea mai importantă ecuație matematică pentru astronautică, cunoscută acum sub numele de „formula Tsiolkovsky”, care descrie mișcarea unui corp de masă variabilă. Ulterior, a dezvoltat o schemă pentru un motor de rachetă cu combustibil lichid, a propus un design de rachetă în mai multe etape și a exprimat ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbită apropiată de Pământ. El a arătat că singurul aparat capabil să depășească gravitația este o rachetă, adică. un aparat cu un motor cu reacție care utilizează combustibil și un oxidant situat pe aparatul propriu-zis.

Motor turboreactor- acesta este un motor care transformă energia chimică a combustibilului în energia cinetică a jetului de gaz, în timp ce motorul capătă viteză în sens invers.

Ideea lui K.E. Tsiolkovsky a fost realizată de oamenii de știință sovietici sub îndrumarea academicianului Serghei Pavlovici Korolev. Primul satelit artificial al Pământului din istorie a fost lansat de o rachetă în Uniunea Sovietică pe 4 octombrie 1957.

Principiul propulsiei cu reacție este larg uz practicîn aviație și astronautică. În spațiul cosmic nu există niciun mediu cu care corpul să poată interacționa și, prin urmare, să-și schimbe direcția și modulul vitezei sale, prin urmare numai avioanele cu reacție, adică rachetele, pot fi folosite pentru zborurile în spațiu.

Dispozitiv rachetă

Mișcarea rachetei se bazează pe legea conservării impulsului. Dacă la un moment dat un corp este aruncat din rachetă, atunci va căpăta același impuls, dar îndreptat în direcția opusă

În orice rachetă, indiferent de design, există întotdeauna o carcasă și combustibil cu un oxidant. Carcasa rachetei include o sarcină utilă (în acest caz, o navă spațială), un compartiment pentru instrumente și un motor (camera de ardere, pompe etc.).

Masa principală a rachetei este combustibilul cu un oxidant (oxidantul este necesar pentru a menține combustibilul arzând, deoarece nu există oxigen în spațiu).

Combustibilul și oxidantul sunt pompați în camera de ardere. Combustibilul, ardend, se transformă într-un gaz cu temperatură ridicată și presiune ridicată. Datorită diferenței mari de presiune în camera de ardere și în spațiul cosmic, gazele din camera de ardere se reped într-un jet puternic printr-un clopot cu formă specială, numită duză. Scopul duzei este de a crește viteza jetului.

Înainte de lansarea unei rachete, impulsul ei este zero. Ca urmare a interacțiunii gazului din camera de ardere și din toate celelalte părți ale rachetei, gazul care iese prin duză primește un anumit impuls. Atunci racheta este un sistem închis, iar impulsul său total trebuie să fie egal cu zero după lansare. Prin urmare, carcasa rachetei, orice se află în ea, primește un impuls egal în valoare absolută cu impulsul gazului, dar opus ca direcție.

Cea mai masivă parte a rachetei, concepută pentru a lansa și accelera întreaga rachetă, se numește prima etapă. Când prima etapă masivă a unei rachete cu mai multe etape epuizează toate rezervele de combustibil în timpul accelerației, se separă. Accelerația ulterioară este continuată de a doua etapă, mai puțin masivă, iar vitezei obținute anterior cu ajutorul primei trepte, se adaugă mai multă viteză și apoi se separă. Cea de-a treia etapă continuă să-și mărească viteza până la valoarea necesară și livrează sarcina utilă pe orbită.

Prima persoană care a zburat în spațiul cosmic a fost Yuri Alekseevich Gagarin, un cetățean al Uniunii Sovietice. 12 aprilie 1961 A înconjurat globul pe nava satelit Vostok

Rachetele sovietice au fost primele care au ajuns pe Lună, au înconjurat Luna și și-au fotografiat partea invizibilă de pe Pământ, au fost primele care au ajuns pe planeta Venus și au livrat instrumente științifice la suprafața acesteia. În 1986, două nave spațiale sovietice „Vega-1” și „Vega-2” au studiat cometa Halley la distanță apropiată, apropiindu-se de Soare o dată la 76 de ani.

Pentru majoritatea oamenilor, termenul de „propulsie cu reacție” este prezentat ca un progres modern în știință și tehnologie, în special în domeniul fizicii. Propulsia cu reacție în tehnologie este asociată de mulți cu nave spațiale, sateliți și avioane cu reacție. Se pare că fenomenul propulsiei cu reacție a existat mult mai devreme decât omul însuși și independent de el. Oamenii au reușit doar să înțeleagă, să folosească și să dezvolte ceea ce este supus legilor naturii și ale universului.

Ce este propulsia cu reacție?

În engleză, cuvântul „jet” sună ca „jet”. Înseamnă mișcarea unui corp, care se formează în procesul de separare a unei părți de acesta cu o anumită viteză. Apare o forță care mișcă corpul în direcția opusă direcției de mișcare, separând o parte de acesta. De fiecare dată când materia iese dintr-un obiect, iar obiectul se mișcă în direcția opusă, are loc o propulsie cu jet. Pentru a ridica obiecte în aer, inginerii trebuie să proiecteze un lansator de rachete puternic. Eliberând jeturi de flăcări, motoarele rachetei o ridică pe orbita Pământului. Uneori, rachetele lansează sateliți și sonde spațiale.

În ceea ce privește avioanele și aeronavele militare, principiul funcționării acestora amintește oarecum de decolarea unei rachete: corpul fizic reacționează la un jet puternic de gaz ejectat, în urma căruia se mișcă în direcția opusă. Acesta este principiul de bază al avioanelor cu reacție.

Legile lui Newton în propulsia cu reacție

Inginerii își bazează dezvoltarea pe principiile universului, descrise pentru prima dată în detaliu în lucrările remarcabilului om de știință britanic Isaac Newton, care a trăit la sfârșitul secolului al XVII-lea. Legile lui Newton descriu mecanica gravitației și ne spun ce se întâmplă atunci când lucrurile se mișcă. Ele explică în mod clar în special mișcarea corpurilor în spațiu.

A doua lege a lui Newton determină că puterea unui obiect în mișcare depinde de cantitatea de materie pe care o conține, cu alte cuvinte, masa sa și modificările vitezei de mișcare (accelerație). Deci, pentru a crea o rachetă puternică, este necesar ca aceasta să elibereze constant o cantitate mare de energie de mare viteză. A treia lege a lui Newton spune că pentru fiecare acțiune va exista o reacție egală, dar opusă - o reacție. Motoarele cu reacție în natură și tehnologie respectă aceste legi. În cazul unei rachete, forța de acțiune este materia care zboară din țeava de eșapament. Reacția este de a împinge racheta înainte. Forța emisiilor din ea este cea care împinge racheta. În spațiu, unde o rachetă are o greutate mică sau deloc, chiar și o mică împingere de la motoarele rachetei poate face ca o navă mare să zboare înainte rapid.

Tehnologia de propulsie cu reacție

Fizica mișcării jetului este că accelerarea sau decelerația corpului are loc fără influența corpurilor înconjurătoare. Procesul are loc datorită separării unei părți a sistemului.

Exemple de propulsie cu reacție în tehnologie sunt:

1. fenomenul de recul de la o lovitură;
2. explozii;
3. lovituri în timpul accidentelor;
4. recul atunci când utilizați un furtun puternic;
5. o barcă cu motor cu reacție;
6. avion cu reacție și rachetă.

Corpurile creează un sistem închis dacă interacționează doar între ele. O astfel de interacțiune poate duce la o modificare a stării mecanice a corpurilor care formează sistemul.

Care este legea conservării impulsului?

Pentru prima dată această lege a fost anunțată de filozoful și fizicianul francez R. Descartes. Când două sau mai multe corpuri interacționează, între ele se formează un sistem închis. Orice corp în mișcare are propriul său impuls. Aceasta este masa corpului înmulțită cu viteza acestuia. Impulsul total al sistemului este egal cu suma vectorială a impulsurilor corpurilor din acesta. Momentul oricăruia dintre corpurile din cadrul sistemului se modifică datorită influenței lor reciproce. Momentul total al corpurilor într-un sistem închis rămâne neschimbat pentru diferite mișcări și interacțiuni ale corpurilor. Aceasta este legea conservării impulsului.

Orice ciocniri de corpuri (mingi de biliard, mașini, particule elementare), precum și spargeri de cadavre și împușcături pot fi exemple de funcționare a acestei legi. Când este tras dintr-o armă, are loc recul: proiectilul se repezi înainte, iar arma însăși este respinsă înapoi. De ce se întâmplă asta? Un glonț și o armă formează între ele un sistem închis, unde funcționează legea conservării impulsului. La tragere, impulsurile armei în sine și ale glonțului se schimbă. Dar impulsul total al armei și al glonțului din ea înainte de tragere va fi egal cu impulsul total al armei care se retrage și al glonțului tras după tragere. Dacă un glonț și o armă ar avea aceeași masă, s-ar împrăștia înăuntru părți opuse cu aceeași viteză.

Legea conservării impulsului are o largă aplicație practică. Vă permite să explicați propulsia cu reacție, datorită căreia se obțin cele mai mari viteze.

Propulsie cu reacție în fizică

Cel mai frapant exemplu al legii conservării impulsului este propulsia cu reacție efectuată de o rachetă. Cea mai importantă parte a motorului este camera de ardere. Într-unul dintre pereții săi se află o duză cu jet, adaptată să elibereze gazul care apare în timpul arderii combustibilului. Sub acțiunea temperaturii și presiunii ridicate, gazul iese din duza motorului cu viteză mare. Înainte de lansarea unei rachete, impulsul acesteia față de Pământ este zero. În momentul lansării, racheta primește și un impuls care este egal cu impulsul gazului, dar opus ca direcție.

Un exemplu de fizică a propulsiei cu reacție poate fi văzut peste tot. În timpul sărbătoririi unei zile de naștere, un balon poate deveni o rachetă. Cum? Umflați balonul prin ciupirea orificiului deschis pentru a preveni scăparea aerului. Acum eliberează-l. Balonul va alerga în jurul camerei cu viteză mare, condus de aerul care zboară din ea.

Istoria propulsiei cu reacție

Istoria motoarelor cu reacție a început încă din anul 120 î.Hr., când Heron din Alexandria a proiectat primul motor cu reacție, aeolipilul. Se toarnă apă într-o bilă de metal, care este încălzită prin foc. Aburul care iese din această minge o rotește. Acest dispozitiv prezintă propulsie cu reacție. Preoții au folosit cu succes motorul lui Heron pentru a deschide și închide ușile templului. Modificarea eolipilului - roata lui Segner, care este folosită eficient în timpul nostru pentru irigarea terenurilor agricole. În secolul al XVI-lea, Giovani Branca a introdus în lume prima turbină cu abur, care a funcționat pe principiul propulsiei cu reacție. Isaac Newton a propus unul dintre primele modele pentru o mașină cu abur.

Primele încercări de a folosi propulsia cu reacție în tehnologie pentru deplasarea pe sol datează din secolele XV-XVII. Chiar și acum 1000 de ani, chinezii aveau rachete pe care le foloseau ca armă militară. De exemplu, în 1232, conform cronicii, în războiul cu mongolii au folosit săgeți echipate cu rachete.

Primele încercări de a construi un avion cu reacție au început în 1910. S-au luat drept bază studiile de rachete din secolele trecute, care au descris în detaliu utilizarea amplificatoarelor de pulbere, care pot reduce semnificativ durata post-ardere și a rulării decolare. Proiectantul șef a fost inginerul român Henri Coanda, care a construit o aeronavă propulsată de un motor cu piston. Pionierul propulsiei cu reacție în tehnologie poate fi numit pe bună dreptate un inginer din Anglia - Frank Whittle, care a propus primele idei pentru crearea unui motor cu reacție și a primit brevetul pentru acestea la sfârșitul secolului al XIX-lea.

Primele motoare cu reacție

Pentru prima dată, dezvoltarea unui motor cu reacție în Rusia a fost preluată la începutul secolului al XX-lea. Teoria mișcării vehiculelor cu reacție și a tehnologiei rachete capabile să dezvolte viteza supersonică a fost prezentată de celebrul om de știință rus K. E. Tsiolkovsky. Talentatul designer A. M. Lyulka a reușit să dea viață acestei idei. El a creat proiectul primei aeronave cu reacție din URSS, care funcționează cu ajutorul unei turbine cu reacție. Primele avioane cu reacție au fost create de ingineri germani. Proiectarea și producția au fost realizate în secret în fabrici camuflate. Hitler, cu ideea sa de a deveni un conducător mondial, a conectat cei mai buni designeri germani pentru a produce arme puternice, inclusiv avioane de mare viteză. Cel mai de succes dintre acestea a fost primul avion cu reacție german, Messerschmitt-262. Acest avion a fost primul din lume care a trecut cu succes toate testele, a ieșit în aer liber și apoi a început să fie produs în masă.

Aeronava avea următoarele caracteristici:

• Dispozitivul avea două motoare turboreactor.
• Un radar a fost localizat în prova.
• Viteza maximă a aeronavei a ajuns la 900 km/h.

Datorită tuturor acestor indicatori și caracteristici de design, primul avion cu reacție Messerschmitt-262 a fost un mijloc formidabil de luptă împotriva altor aeronave.

Prototipuri de avioane moderne

În perioada postbelică, designerii ruși au creat avioane cu reacție, care au devenit ulterior prototipurile avioanelor moderne.

I-250, mai cunoscut sub numele de legendarul MiG-13, este un avion de luptă dezvoltat de A. I. Mikoyan. Primul zbor a fost efectuat în primăvara anului 1945, la acea vreme avionul de vânătoare arăta o viteză record de 820 km/h. Avioanele cu reacție MiG-9 și Yak-15 au fost puse în producție.

În aprilie 1945, pentru prima dată, un avion cu reacție Sukhoi Su-5 a urcat pe cer, ridicându-se și zburând datorită unui motor-compresor cu reacție de aer și a unui motor cu piston situat în secțiunea de coadă a structurii.

După încheierea războiului și capitularea Germaniei naziste Uniunea Sovietică primit ca trofee avioane germane cu motoare cu reacție JUMO-004 și BMW-003.

Primele prototipuri mondiale

Nu numai designerii germani și sovietici au fost implicați în dezvoltarea, testarea noilor avioane și producția acestora. Inginerii din SUA, Italia, Japonia și Marea Britanie au creat și multe proiecte de succes folosind propulsia cu reacție în tehnologie. Printre primele dezvoltări cu diferite tipuri de motoare se numără:

• Non-178 - Aeronavă germană cu o centrală cu turboreacție, a decolat în august 1939.
• GlosterE. 28/39 - o aeronavă originară din Marea Britanie, cu un motor de tip turboreactor, a ieșit pentru prima dată pe cer în 1941.
• Not-176 - un avion de luptă, creat în Germania folosind un motor de rachetă, și-a făcut primul zbor în iulie 1939.
• BI-2 este prima aeronavă sovietică care a fost propulsată de o centrală electrică cu rachete.
• Campini N.1 este un avion cu reacție creat în Italia, care a devenit prima încercare a designerilor italieni de a se îndepărta de omologul piston.
• Yokosuka MXY7 Ohka ("Oka") cu un motor Tsu-11 este un avion de vânătoare-bombardiere japonez, așa-numitul avion de unică folosință cu un pilot kamikaze la bord.

Utilizarea propulsiei cu reacție în tehnologie a servit ca un impuls puternic pentru crearea rapidă a următoarelor avioane cu reacție și dezvoltare ulterioară constructii de aeronave militare si civile.

1. GlosterMeteor, o aeronavă de luptă care respira aer, fabricată în Marea Britanie în 1943, a jucat un rol important în cel de-al Doilea Război Mondial, iar după finalizarea acestuia, a îndeplinit sarcina de a intercepta rachetele V-1 germane.
2. Lockheed F-80 este un avion cu reacție fabricat în SUA folosind un motor de tip AllisonJ. Aceste aeronave au participat de mai multe ori la războiul japonez-coreean.
3. B-45 Tornado este un prototip al bombardierelor americane moderne B-52, create în 1947.
4. MiG-15 - un adept al avionului de luptă recunoscut MiG-9, care a participat activ la conflictul militar din Coreea, a fost produs în decembrie 1947.
5. Tu-144 este primul avion cu reacție supersonic sovietic de pasageri.

Vehicule moderne cu reacție

În fiecare an, avioanele se îmbunătățesc, deoarece designeri din întreaga lume lucrează pentru a crea o nouă generație de aeronave capabile să zboare cu viteza sunetului și la viteze supersonice. Acum există nave de linie capabile să găzduiască un număr mare de pasageri și mărfuri, de dimensiuni enorme și viteze inimaginabile de peste 3.000 km/h, avioane militare dotate cu echipamente de luptă moderne.

Dar printre această varietate există mai multe modele de deținători de recorduri cu jet:

1. Airbus A380 este cea mai spațioasă aeronavă capabilă să găzduiască 853 de pasageri la bord, ceea ce este asigurat de un design cu două punți. El este, de asemenea, unul dintre cele mai luxoase și scumpe avioane de linie din vremea noastră. Cel mai mare avion de pasageri din aer.
2. Boeing 747 - de peste 35 de ani a fost considerat cel mai spațios avion de linie cu etaj și putea transporta 524 de pasageri.
3. AN-225 „Mriya” este o aeronavă de marfă care are o capacitate de încărcare utilă de 250 de tone.
4. LockheedSR-71 este un avion cu reacție care atinge o viteză de 3529 km/h în timpul zborului.

Cercetarea aviației nu stă pe loc, deoarece avioanele cu reacție stau la baza aviației moderne care se dezvoltă rapid. Acum sunt proiectate mai multe avioane de linie occidentale și rusești cu echipaj, pasageri și fără pilot, cu motoare cu reacție, a căror lansare este programată pentru următorii câțiva ani.

Evoluțiile inovatoare rusești ale viitorului includ a 5-a generație de vânătoare PAK FA - T-50, ale cărui primele copii vor intra în trupe probabil la sfârșitul anului 2017 sau începutul lui 2018, după testarea unui nou motor cu reacție.

Natura este un exemplu de propulsie cu reacție

Principiul reactiv al mișcării a fost inițial sugerat de natura însăși. Acțiunea sa este folosită de larvele unor specii de libelule, meduze, multe moluște - scoici, sepie, caracatițe, calmari. Ei aplică un fel de „principiul respingerii”. Sepiele atrag apă și o aruncă atât de repede încât ei înșiși fac un salt înainte. Calamarul folosind această metodă poate atinge viteze de până la 70 de kilometri pe oră. De aceea, această metodă de mișcare a făcut posibilă numirea calmarilor „rachete biologice”. Inginerii au inventat deja un motor care funcționează pe principiul mișcărilor calmarului. Un exemplu de utilizare a propulsiei cu reacție în natură și tehnologie este un tun cu apă.

Acesta este un dispozitiv care asigură mișcarea cu ajutorul forței apei aruncate sub presiune puternică. În dispozitiv, apa este pompată în cameră și apoi eliberată dintr-o duză, iar vasul se mișcă în direcția opusă ejecției jetului. Apa este aspirată de un motor care funcționează pe motorină sau pe benzină.

Lumea plantelor ne oferă și exemple de propulsie cu reacție. Printre acestea se numără specii care folosesc o astfel de mișcare pentru a dispersa semințele, cum ar fi castravetele nebun. Numai în exterior, această plantă este similară cu castraveții familiari nouă. Și a primit caracterul „nebun” din cauza modului ciudat de reproducere. La coacere, fructele sar de pe tulpini. Ca urmare, se deschide o gaură prin care castravetele împușcă o substanță care conține semințe potrivite pentru germinare, aplicând reactivitate. Și castravetele însuși, în același timp, sare până la doisprezece metri în direcția opusă împușcării.

Manifestarea în natură și tehnologia propulsiei cu reacție este supusă acelorași legi ale universului. Omenirea folosește din ce în ce mai mult aceste legi pentru a-și atinge obiectivele nu numai în atmosfera Pământului, ci și în spațiu, iar propulsia cu reacție este un prim exemplu în acest sens.