Exemple de mesaje de propulsie cu reacție. Utilizarea propulsiei cu reacție în tehnologie
AM FĂCUT MUNCĂ:
ELEV 10 CL
SADOV DMITRY
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.
Utilizarea propulsiei cu reacție în tehnologie
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, a apărut în tipărire un articol al unui profesor al gimnaziului Kaluga „Studiul spațiilor lumii cu dispozitive cu jet”. Această lucrare conținea cea mai importantă ecuație matematică pentru astronautică, cunoscută acum sub numele de „formula Tsiolkovsky”, care descria 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 folosește combustibil și un oxidant situat pe aparatul însuși.
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 a fost implementată 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 își găsește o largă aplicație practică în 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; 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
https://pandia.ru/text/80/073/images/image004_6.jpg" width="172 height=184" height="184">
Caracatiță
Sepie
meduze
Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se deplasează în apă în felul următor. Ea ia apă în cavitatea branhiale 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.
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, el folosește un motor cu reacție. Țesut muscular - mantaua înconjoară corpul moluștei din toate părțile, volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calmarului. 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, în sus sau în jos, calmarul se întoarce într-o direcție sau alta.
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 împușcătură de la o armă este însoțită de recul. Dacă greutatea glonțului ar fi egală cu greutatea pistolului, ar zbura separat cu aceeași viteză. Recul are loc 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.
slide 2
Aplicarea propulsiei cu reacție în natură
Mulți dintre noi în viața noastră ne-am întâlnit în timp ce înotam în mare cu meduze. Dar puțini oameni au crezut că meduzele folosesc și propulsia cu reacție pentru a se deplasa. Și adesea eficiența nevertebratelor marine atunci când se utilizează propulsia cu reacție este mult mai mare decât cea a invențiilor tehnice.
slide 3
Propulsiunea cu reacție este folosită de multe moluște - caracatițe, calmari, sepie.
slide 4
Sepie
Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se deplasează în apă în felul următor. Ea ia apă în cavitatea branhiale 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.
slide 5
Calmar
Calamarii au atins cel mai înalt nivel de excelență în navigația cu jet. Au chiar și un corp care copiază o rachetă cu formele ei exterioare (sau mai bine, o rachetă copiază un calmar, deoarece are o prioritate incontestabilă în această chestiune)
slide 6
Calamarul este cel mai mare locuitor nevertebrat din adâncurile oceanului. Se mișcă conform principiului propulsiei cu jet, absorbind apa în sine și apoi împingând-o cu mare forță printr-o gaură specială - o „pâlnie”, iar la viteză mare (aproximativ 70 km/h) se deplasează înapoi în șocuri. În acest caz, toate cele zece tentacule ale calmarului sunt adunate într-un nod deasupra capului și capătă o formă simplă.
Slide 7
calamar zburător
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. 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.
Slide 8
Caracatiță
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 săritură, caracatița s-a deplasat nu numai din cauza jetului, ci și a vâslit cu tentacule.
Pentru mulți oameni, însuși conceptul de „propulsie cu reacție” este strâns asociat cu realizările moderne în știință și tehnologie, în special fizică, iar imaginile cu avioane cu reacție sau chiar cu nave spațiale care zboară la viteze supersonice cu ajutorul notoriilor motoare cu reacție apar în capul lor. . De fapt, fenomenul propulsiei cu reacție este mult mai vechi decât chiar omul însuși, pentru că a apărut cu mult înaintea noastră, oamenii. Da, propulsia cu reacție este reprezentată activ în natură: meduzele, sepia înoată în adâncurile mării de milioane de ani, conform aceluiași principiu pe care îl zboară astăzi avioanele moderne cu reacție supersonice.
Istoria propulsiei cu reacție
Din cele mai vechi timpuri, diverși oameni de știință au observat fenomenele de propulsie cu reacție în natură, așa cum matematicianul și mecanicul grec antic Heron a scris despre asta înaintea oricui altcuiva, cu toate acestea, el nu a mers niciodată dincolo de teorie.
Dacă vorbim despre aplicarea practică a propulsiei cu reacție, atunci chinezii inventivi au fost primii aici. În jurul secolului al XIII-lea, ei au ghicit să împrumute principiul mișcării caracatițelor și sepielor în inventarea primelor rachete, pe care au început să le folosească atât pentru artificii, cât și pentru operațiuni militare (ca arme militare și de semnalizare). Puțin mai târziu, această invenție utilă a chinezilor a fost adoptată de arabi, iar de la ei europeni.
Desigur, primele rachete cu reacție condiționată au avut un design relativ primitiv și timp de câteva secole practic nu s-au dezvoltat în niciun fel, părea că istoria dezvoltării propulsiei cu reacție a înghețat. O descoperire în această chestiune a avut loc abia în secolul al XIX-lea.
Cine a descoperit propulsia cu reacție?
Poate că laurii pionierului propulsiei cu reacție în „timpul nou” îi pot fi acordate lui Nikolai Kibalcich, nu numai un talentat inventator rus, ci și un revoluționar cu jumătate de normă - Voluntar al Poporului. Și-a creat proiectul unui motor cu reacție și un avion pentru oameni în timp ce stătea într-o închisoare regală. Mai târziu, Kibalcici a fost executat pentru activitățile sale revoluționare, iar proiectul său a rămas să adune praf pe rafturile arhivelor poliției secrete țariste.
Mai târziu, lucrările lui Kibalcich în această direcție au fost descoperite și completate de lucrările unui alt om de știință talentat, K. E. Tsiolkovsky. Din 1903 până în 1914, a publicat o serie de lucrări care au dovedit în mod convingător posibilitatea utilizării propulsiei cu reacție în crearea de nave spațiale pentru explorarea spațiului. El a format, de asemenea, principiul utilizării rachetelor în mai multe etape. Până în prezent, multe dintre ideile lui Tsiolkovsky sunt folosite în știința rachetelor.
Exemple de propulsie cu reacție în natură
Cu siguranță, în timp ce înotai în mare, ai văzut meduze, dar cu greu te-ai gândit că aceste creaturi uimitoare (și, de asemenea, lente) se mișcă la fel datorită propulsiei cu reacție. Și anume, prin reducerea domului lor transparent, ei stoarce apa, care servește ca un fel de „motor cu reacție” pentru meduze.
Sepia are, de asemenea, un mecanism similar de mișcare - printr-o pâlnie specială în fața corpului și prin fanta laterală, trage apa în cavitatea branhială și apoi o aruncă energic prin pâlnie, îndreptată înapoi sau în lateral ( in functie de directia de miscare necesara sepiei).
Dar cel mai interesant motor cu reacție creat de natură se găsește în calmari, care pot fi numiti pe bună dreptate „torpile vii”. La urma urmei, chiar și corpul acestor animale în forma sa seamănă cu o rachetă, deși, în adevăr, totul este exact invers - această rachetă copiază corpul unui calmar cu designul său.
Dacă calmarul trebuie să facă o aruncare rapidă, folosește motorul său natural cu reacție. Corpul său este înconjurat de o manta, un țesut muscular special, iar jumătate din volumul întregului calmar cade pe cavitatea mantalei, în care aspiră apă. Apoi ejectează brusc curentul de apă colectat printr-o duză îngustă, în timp ce își pliază toate cele zece tentacule deasupra capului, astfel încât să dobândească o formă aerodinamică. Datorită unei astfel de navigații perfecte cu jet, calmarii pot atinge o viteză impresionantă de 60-70 km pe oră.
Printre proprietarii unui motor cu reacție în natură se numără și plante, și anume așa-numitul „castravete nebun”. Când fructele sale se coc, ca răspuns la cea mai mică atingere, împușcă gluten cu semințe
Legea propulsiei cu reacție
Calamarii, „castraveții nebuni”, meduzele și alte sepie au folosit propulsia cu reacție din cele mai vechi timpuri, fără să ne gândim la esența sa fizică, dar vom încerca să ne dăm seama care este esența propulsiei cu reacție, ce mișcare se numește jet, pentru a da este o definiție.
Pentru început, puteți recurge la un experiment simplu - dacă umflați un balon obișnuit cu aer și, fără să-l legați, îl lăsați să zboare, acesta va zbura rapid până când va rămâne fără aer. Acest fenomen explică a treia lege a lui Newton, care spune că două corpuri interacționează cu forțe egale ca mărime și opuse ca direcție.
Adică, forța impactului mingii asupra fluxurilor de aer care ies din ea este egală cu forța cu care aerul respinge mingea de la sine. O rachetă funcționează, de asemenea, pe un principiu similar cu o minge, care ejectează o parte din masa sa cu viteză mare, în timp ce primește o accelerație puternică în direcția opusă.
Legea conservării impulsului și a propulsiei cu reacție
Fizica explică procesul de propulsie cu reacție. Momentul este produsul dintre masa unui corp și viteza acestuia (mv). Când o rachetă este în repaus, impulsul și viteza ei sunt zero. Când un jet începe să fie aruncat din el, atunci restul, conform legii conservării impulsului, trebuie să dobândească o astfel de viteză la care impulsul total să fie în continuare egal cu zero.
Formula de propulsie cu reacție
În general, propulsia cu reacție poate fi descrisă prin următoarea formulă:
m s v s +m p v p =0
m s v s =-m p v p
unde m s v s este impulsul generat de jetul de gaze, m p v p este impulsul primit de rachetă.
Semnul minus arată că direcția rachetei și forța propulsiei cu reacție sunt opuse.
Propulsiunea cu reacție în tehnologie - principiul funcționării unui motor cu reacție
În tehnologia modernă, propulsia cu reacție joacă un rol foarte important, deoarece motoarele cu reacție propulsează avioanele și navele spațiale. Dispozitivul motorului cu reacție în sine poate diferi în funcție de dimensiunea și scopul său. Dar într-un fel sau altul, fiecare dintre ei are
- alimentare cu combustibil,
- camera, pentru arderea combustibilului,
- duză, a cărei sarcină este să accelereze curentul cu jet.
Așa arată un motor cu reacție.
Logica naturii este cea mai accesibilă și cea mai utilă logică pentru copii.
Konstantin Dmitrievici Ușinski(03/03/1823–01/03/1871) - Profesor rus, fondator al pedagogiei științifice în Rusia.
BIOFIZICA: PROMOVARE JET ÎN NATURA VIE
Recomand cititorilor paginilor verzi să se uite fascinanta lume a biofiziciiși cunoașteți principalul principiile propulsiei cu reacție la fauna sălbatică. Programul de azi: cornerot de meduze- cea mai mare meduză din Marea Neagră, scoici, întreprinzător larvă de libelule, delicios calamar cu motorul său cu reacție de neegalatşi minunate ilustraţii ale biologului sovietic şi pictor de animale Kondakov Nikolai Nikolaevici.
Conform principiului propulsiei cu reacție în fauna sălbatică, o serie de animale se mișcă, de exemplu, meduze, scoici, larve ale libelulei rocker, calamar, caracatiță, sepie ... Să le cunoaștem mai bine pe unele dintre ele ;-)
Mod jet de a muta meduze
Meduzele sunt unul dintre cei mai vechi și numeroși prădători de pe planeta noastră! Corpul unei meduze este 98% apă și este compus în mare parte din țesut conjunctiv udat - mezoglea funcționând ca un schelet. Baza mezogleei este colagenul proteic. Corpul gelatinos și transparent al unei meduze are forma unui clopot sau a unei umbrele (cu diametrul de la câțiva milimetri). pana la 2,5 m). Majoritatea meduzelor se mișcă mod reactivîmpingând apa din cavitatea umbrelei.
Cornerota de meduze(Rhizostomae), un detașament de celenterate din clasa scyphoid. meduze ( pana la 65 cmîn diametru) sunt lipsite de tentacule marginale. Marginile gurii sunt alungite în lobi bucali cu numeroase pliuri care cresc împreună pentru a forma multe deschideri bucale secundare. Atingerea lobilor gurii poate provoca arsuri dureroase datorita actiunii celulelor intepatoare. Aproximativ 80 de specii; Ei trăiesc în principal în zonele tropicale, mai rar în mările temperate. În Rusia - 2 tipuri: Rhizostoma pulmo comună în mările Negre și Azov, Rhopilema asamushi găsit în Marea Japoniei.
Jet scape scoici scoici de mare
Scoici de scoici, de obicei culcat liniștit în partea de jos, când principalul lor dușman se apropie de ei - un prădător încântător de lent, dar extrem de insidios - stea de mare- strângeți puternic supapele învelișului lor, împingând apa din ea cu forță. Folosind astfel principiul propulsiei cu reacție, plutesc în sus și, continuând să deschidă și să închidă cochilia, pot înota o distanță considerabilă. Dacă, dintr-un motiv oarecare, scoica nu are timp să scape cu ea zbor cu jet, steaua de mare o strânge cu mâinile, deschide cochilia și mănâncă...
Scoică(Pecten), un gen de nevertebrate marine din clasa bivalvelor (Bivalvia). Cochilia de scoici este rotunjită cu o margine dreaptă a balamalei. Suprafața sa este acoperită cu nervuri radiale divergente din partea de sus. Valvele cochiliei sunt închise de un mușchi puternic. Pecten maximus, Flexopecten glaber trăiesc în Marea Neagră; în Marea Japoniei și în Marea Okhotsk - Mizuhopecten yessoensis ( până la 17 cmîn diametru).
Pompă cu jet Rocker Dragonfly
temperament larve de libelule, sau ashny(Aeshna sp.) nu mai puțin prădător decât rudele sale înaripate. Timp de doi, și uneori de patru ani, trăiește în regatul subacvatic, se târăște de-a lungul fundului stâncos, urmărind micii locuitori acvatici, cu plăcere incluzând mormoloci de calibru destul de mare și prăjiți în dieta ei. În momentele de pericol, larva libelulei-legănoase decolează și se zvâcnește înainte, mânată de munca unui minunat pompa cu jet. Luând apă în intestinul posterior și apoi aruncând-o brusc afară, larva sare înainte, împinsă de forța de recul. Folosind astfel principiul propulsiei cu reacție, larva libelulei rocker se ascunde de amenințare urmărind-o cu smucituri și smucituri încrezătoare.
Impulsuri reactive ale „autostrăzii” nervoase a calmarilor
În toate cazurile de mai sus (principiile propulsiei cu jet a meduzei, scoicilor, larvelor libelulei rocker), șocurile și smuciturile sunt separate între ele prin intervale semnificative de timp, prin urmare, nu se realizează o viteză mare de mișcare. Pentru a crește viteza de mișcare, cu alte cuvinte, numărul de impulsuri reactive pe unitatea de timp, Necesar creșterea conducerii nervoase care excită contracția musculară, care servește un motor cu reacție viu. O astfel de conductivitate mare este posibilă cu un diametru mare al nervului.
Se știe că calmarii au cele mai mari fibre nervoase din regnul animal. În medie, ating 1 mm în diametru - de 50 de ori mai mare decât la majoritatea mamiferelor - și conduc excitația cu o viteză 25 m/s. Și un calmar de trei metri dosidius(locuieste in largul coastei Chile) grosimea nervilor este fantastic de mare - 18 mm. Nervi groși ca frânghiile! Semnalele creierului - agenții cauzatori ai contracțiilor - se repezi de-a lungul „autostrăzii” nervoase a calmarului cu viteza unei mașini - 90 km/h.
Datorită calmarului, cercetările privind activitatea vitală a nervilor au avansat rapid de la începutul secolului al XX-lea. „Și cine știe, scrie naturalistul britanic Frank Lane, poate că acum există oameni care îi datorează calmarului că sistemul lor nervos este într-o stare normală...”
Viteza și manevrabilitatea calmarului se explică și prin excelent forme hidrodinamice corpul animalului, de ce calmar și poreclit „torpilă vie”.
calamari(Teuthoidea), un subordine al cefalopodelor din ordinul decapodelor. Dimensiunea este de obicei de 0,25-0,5 m, dar unele specii sunt cele mai mari nevertebrate(calamarii din genul Architeuthis ajung 18 m, inclusiv lungimea tentaculelor).
Corpul calmarilor este alungit, ascuțit în spate, în formă de torpilă, ceea ce determină viteza mare de mișcare a acestora ca în apă ( până la 70 km/h), și în aer (calamarii pot sări din apă la o înălțime pana la 7 m).
Motor cu reacție calamar
Propulsie cu reacție, folosit acum în torpile, avioane, rachete și proiectile spațiale, este de asemenea caracteristic cefalopode - caracatiță, sepie, calmar. De cel mai mare interes pentru tehnicieni și biofizicieni este motor cu reacție calamar. Atenție la cât de simplu, cu ce consum minim de material, natura a rezolvat această sarcină complexă și încă de neîntrecut ;-)
În esență, calmarul are două motoare fundamental diferite ( orez. 1a). Când se mișcă încet, folosește o înotătoare mare în formă de diamant, care se îndoaie periodic sub forma unui val care călătorește de-a lungul corpului. Calamarul folosește un motor cu reacție pentru a se arunca rapid.. Baza acestui motor este mantaua - țesutul muscular. Înconjoară corpul moluștei din toate părțile, formând aproape jumătate din volumul corpului său și formează un fel de rezervor - cavitatea mantalei - „camera de ardere” a unei rachete viiîn care apa este aspirată periodic. Cavitatea mantalei conține branhiile și organele interne ale calmarului ( orez. 1b).
Cu un mod de înot cu jet animalul aspiră apă prin fisura larg deschisă a mantalei în cavitatea mantalei din stratul limită. Decalajul mantalei este strâns „prins” cu „butoane” speciale după ce „camera de ardere” a unui motor viu este umplută cu apă de mare. Decalajul mantalei este situat aproape de mijlocul corpului calmarului, unde are cea mai mare grosime. Forța care provoacă mișcarea animalului este creată prin ejectarea unui jet de apă printr-o pâlnie îngustă, care se află pe suprafața abdominală a calmarului. Această pâlnie, sau sifon, - „duza” unui motor cu reacție viu.
„Duza” motorului este echipată cu o supapă specială iar mușchii îl pot întoarce. Prin modificarea unghiului de instalare al duzei pâlnie ( orez. 1c), calmarul înoată la fel de bine atât înainte, cât și înapoi (dacă înoată înapoi, pâlnia se extinde de-a lungul corpului, iar supapa este apăsată de peretele său și nu interferează cu jetul de apă care curge din cavitatea mantalei; atunci când calmarul are nevoie). pentru a merge înainte, capătul liber al pâlniei se alungește oarecum și se îndoaie în plan vertical, ieșirea sa este pliată și supapa ia o poziție îndoită). Împingerile cu jet și aspirația apei în cavitatea mantalei se succed una după alta cu o viteză imperceptibilă, iar calmarul zboară prin albastrul oceanului ca o rachetă.
Calamarul și motorul său cu reacție - figura 1
1a) calmar - torpilă vie; 1b) motor cu reacție calamar; 1c) poziția duzei și a valvei acesteia atunci când calmarul se mișcă înainte și înapoi.
Animalul petrece fracțiuni de secundă pe aportul de apă și expulzarea acesteia. Aspirând apă în cavitatea mantalei din partea pupa a corpului în perioadele de mișcare lentă prin inerție, calmarul efectuează astfel aspirarea stratului limită, prevenind astfel separarea fluxului în timpul curgerii instabile în jur. Prin creșterea porțiunilor de apă ejectată și creșterea contracției mantalei, calmarul crește ușor viteza de mișcare.
Motorul cu reacție calamar este foarte economic, astfel încât să poată atinge viteza 70 km/h; unii cercetători cred că chiar 150 km/h!
Inginerii au creat deja motor asemănător cu motorul cu reacție calamar: aceasta este tun de apa funcționează cu un motor convențional pe benzină sau diesel. De ce motor cu reacție calamar atrage în continuare atenția inginerilor și face obiectul unei cercetări atente de către biofizicieni? Pentru lucrul sub apă, este convenabil să aveți un dispozitiv care funcționează fără acces la aerul atmosferic. Căutarea creativă a inginerilor are ca scop crearea unui design motor cu hidroreacție, asemănător jet de aer…
Bazat pe cărți grozave:
„Biofizică la lecțiile de fizică” Cecilia Bunimovna Katz,
și „Primate ale mării” Igor Ivanovici Akimushkina
Kondakov Nikolai Nikolaevici (1908–1999) – Biolog sovietic, pictor de animale, candidat la științe biologice. Principala sa contribuție la știința biologică au fost desenele sale cu diverși reprezentanți ai faunei. Aceste ilustrații au fost incluse în multe publicații, cum ar fi Marea Enciclopedie Sovietică, Cartea Roșie a URSS, în atlase de animale și materiale didactice.
Akimușkin Igor Ivanovici (01.05.1929–01.01.1993) – Biolog sovietic, scriitor - popularizator al biologiei, autor al unor cărți de știință populară despre viața animală. Laureat al premiului „Knowledge” al Societății All-Union. Membru al Uniunii Scriitorilor din URSS. Cea mai faimoasă publicație a lui Igor Akimushkin este o carte în șase volume „Lumea animalelor”.
Materialele acestui articol vor fi utile pentru aplicare nu numai la lecţiile de fizicăși biologie dar şi în activităţile extraşcolare.
Material biofizic este extrem de benefică pentru mobilizarea atenției elevilor, pentru transformarea formulărilor abstracte în ceva concret și apropiat, care afectează nu doar sfera intelectuală, ci și cea emoțională.
Literatură:
§ Katz Ts.B. Biofizică la lecțiile de fizică
§ § Akimushkin I.I. Primatele mării
Moscova: editura „Gândirea”, 1974
§ Tarasov L.V. Fizica în natură
Moscova: Editura Enlightenment, 1988
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 deplasează 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 branhiale 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 deplasează, ia apă prin deschiderea frontală, iar apa pătrunde într-o cavitate largă, în interiorul căreia branhiile sunt întinse în diagonală. De îndată 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, el folosește un motor cu reacție. Țesut muscular - mantaua înconjoară corpul moluștei din toate părțile, volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calmarului. 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, în sus sau în 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 pare, 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 săritură, caracatița s-a deplasat nu numai din cauza 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 o 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 împușcătură de la o armă este însoțită de recul. Dacă greutatea glonțului ar fi egală cu greutatea pistolului, ar zbura separat cu aceeași viteză. Recul are loc 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 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 al erei noastre, în China a fost inventată propulsia cu reacție, care a propulsat rachete - tuburi de bambus umplute cu praf de pușcă, au fost 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 descria 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.
