Üzenet a sugárhajtás témában a fizikában. Útban egy kiemelkedő felfedezés felé

A 20. század nagy technikai és tudományos vívmányai között kétségtelenül az egyik első helyet foglalja el a rakéták és a sugárhajtás elmélete. A második világháború évei (1941-1945) szokatlanul gyors fejlődést eredményeztek a sugárhajtású járművek tervezésében. A lőporrakéták újra megjelentek a harctereken, de már több kalóriatartalmú füstmentes TNT-lőporon („Katyusha”). Létrehoztak sugárhajtású repülőgépeket, pilóta nélküli, impulzusos légsugárhajtóműveket („V-1”) és 300 km-es hatótávolságú ballisztikus rakétákat („V-2”).

A rakétatechnológia manapság az ipar nagyon fontos és gyorsan növekvő ágává válik. A sugárhajtású járművek repüléselméletének fejlesztése a modern tudományos és technológiai fejlődés egyik sürgető problémája.

K. E. Ciolkovszkij sokat tett a tudásért A rakéta mozgáselméletének alapjai. A tudomány történetében elsőként fogalmazta meg és vizsgálta meg a rakéták egyenes vonalú mozgásának vizsgálatának problémáját az elméleti mechanika törvényei alapján. Amint arra utaltunk, Ciolkovszkij már 1883-ban felismerte azt az elvet, hogy a mozgást a kilökött részecskék reakcióerejével közöljük, de a sugárhajtás matematikailag szigorú elméletének megalkotása a 19. század végére nyúlik vissza.

Egyik művében Ciolkovszkij ezt írta: „Sokáig néztem a rakétát, mint mindenki más: a szórakoztatás és a kis alkalmazások szempontjából. Nem emlékszem jól, hogyan jutott eszembe a rakétával kapcsolatos számítások elvégzése. Számomra úgy tűnik, hogy a gondolat első magvait a híres látnok, Jules Verne ültette el; felébresztette az agyam egy bizonyos irányba. A vágyak megjelentek, a vágyak mögött az elme tevékenysége keletkezett. ... A régi lapon a sugárhajtóműre vonatkozó végső képleteket 1898. augusztus 25-i dátum jelzi.

„... Soha nem állítottam, hogy teljes körű megoldást kaptam a kérdésre. Először elkerülhetetlenül jön: gondolat, fantázia, mese. Ezeket tudományos számítás követi. És a végén a kivégzés megkoronázza a gondolatot. Az űrutazással kapcsolatos munkáim a kreativitás középső szakaszába tartoznak. Mindenkinél jobban megértem azt a szakadékot, amely elválaszt egy ötletet a megvalósításától, mert életem során nem csak gondolkodtam és számoltam, hanem végrehajtottam is, kézzel is dolgoztam. Nem lehet azonban nem ötletnek lenni: a kivitelezést egy gondolat előzi meg, a pontos számítás csak fantázia.

1903-ban a Nauchnoye Obozrenie folyóirat publikálta Konsztantyin Eduardovics első cikkét a rakétatechnológiáról, melynek címe "Világterek vizsgálata sugárhajtású eszközökkel". Ebben a munkában az elméleti mechanika legegyszerűbb törvényei (a lendület megmaradásának törvénye és az erők független hatásának törvénye) alapján megadták a rakétarepülés elméletét, és alátámasztották a sugárhajtású járművek alkalmazásának lehetőségét bolygóközi kommunikációra. (I. V. Mescserszkij professzor (1859-1935) azon testek mozgásának általános elméletének megalkotása, amelyek tömege változik a mozgás folyamatában).

A rakéta tudományos problémák megoldására való felhasználásának ötlete, a sugárhajtóművek használata grandiózus bolygóközi hajók mozgásának létrehozására teljes mértékben Ciolkovszkijhoz tartozik. Ő a modern nagy hatótávolságú folyékony rakéták megalapítója, az elméleti mechanika új fejezetének egyik megteremtője.

A klasszikus mechanika, amely az anyagi testek mozgásának és egyensúlyának törvényeit vizsgálja, azon alapul három mozgástörvény, világosan és szigorúan fogalmazta meg egy angol tudós még 1687-ben. Ezeket a törvényszerűségeket sok kutató alkalmazta olyan testek mozgásának vizsgálatára, amelyek tömege nem változott a mozgás során. Nagyon fontos mozgási eseteket vettek figyelembe, és egy nagyszerű tudományt hoztak létre - az állandó tömegű testek mechanikáját. Az állandó tömegű testek mechanikájának axiómái, vagy a Newton-féle mozgástörvények a mechanika összes korábbi fejlesztésének általánosításai voltak. Jelenleg a mechanikai mozgás alapvető törvényei minden középiskolai fizika tankönyvben megtalálhatók. Itt összefoglaljuk Newton mozgástörvényeit, hiszen a tudomány következő lépése, amely lehetővé tette a rakéták mozgásának tanulmányozását, a klasszikus mechanika módszereinek továbbfejlesztése volt.

absztrakt

Fizika

A témán:

"Sugárhajtás"

5. számú középiskola tanulója végezte

G. Lobnya, 10 "B" osztály,

Stepanenko Inna Jurjevna

Sugárhajtás.

Az emberiség évszázadok óta álmodott űrrepülésekről. A tudományos-fantasztikus írók különféle eszközöket javasoltak e cél elérése érdekében. A 17. században jelent meg Cyrano de Bergerac francia író története a Holdra való repülésről. A történet hőse egy vaskocsin jutott a Holdra, amelyre folyamatosan erős mágnest dobott. Hozzá vonzódva a kocsi egyre magasabbra emelkedett a Föld felett, míg el nem érte a Holdat. És Münchausen báró azt mondta, hogy babszáron mászott fel a Holdra.

De egyetlen tudós, egyetlen tudományos-fantasztikus író sem tudta hosszú évszázadok óta megnevezni az egyetlen olyan eszközt, amely az ember rendelkezésére áll, amelynek segítségével a gravitációs erőt leküzdve az űrbe repülhet. Ezt Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij (1857-1935) orosz tudós tette. Megmutatta, hogy a gravitációt legyőzni képes egyetlen berendezés a rakéta, i.e. tüzelőanyagot és magán a készüléken elhelyezett oxidálószert használó sugárhajtóműves berendezés.

A sugárhajtómű olyan motor, amely az üzemanyag kémiai energiáját egy gázsugár mozgási energiájává alakítja, miközben a motor az ellenkező irányban veszi fel a sebességet. Milyen elveken és fizikai törvényeken alapul a cselekvése?

Mindenki tudja, hogy a fegyverből leadott lövést visszarúgás kíséri. Ha a golyó súlya megegyezne a fegyver súlyával, ugyanolyan sebességgel repülnének szét. A visszarúgás azért következik be, mert a kidobott gáztömeg reaktív erőt hoz létre, melynek köszönhetően a mozgás levegőben és levegőtlen térben egyaránt biztosítható. És minél nagyobb a kiáramló gázok tömege és sebessége, annál nagyobb a vállunk által érzett visszarúgás, minél erősebb a fegyver reakciója, annál nagyobb a reaktív erő. Ez könnyen megmagyarázható az impulzusmegmaradás törvényéből, amely kimondja, hogy a zárt rendszert alkotó testek nyomatékainak geometriai (vagyis vektoros) összege a rendszer testeinek bármilyen mozgása és kölcsönhatása esetén állandó marad, i.e.

K. E. Tsiolkovsky levezetett egy képletet, amely lehetővé teszi a rakéta maximális sebességének kiszámítását. Íme a képlet:

Itt v max a rakéta maximális sebessége, v 0 a kezdeti sebesség, v r a gázok kiáramlásának sebessége a fúvókából, m az üzemanyag kezdeti tömege, M pedig az üres rakéta tömege. A képletből látható, hogy ez a maximálisan elérhető sebesség elsősorban a gázok fúvókából való kiáramlásának sebességétől függ, ami viszont elsősorban az üzemanyag típusától és a gázsugár hőmérsékletétől függ. Minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a sebesség. Ez azt jelenti, hogy egy rakétához ki kell választani a legtöbb kalóriatartalmú üzemanyagot, amely a legnagyobb hőmennyiséget adja. A képletből az is következik, hogy ez a sebesség a rakéta kezdeti és végső tömegétől is függ, pl. súlyának mekkora része esik az üzemanyagra, és melyik része - haszontalan (repülési sebesség szempontjából) szerkezetekre: hajótestre, mechanizmusokra stb.

Ez a Ciolkovszkij-képlet az az alap, amelyen a modern rakéták teljes számítása alapul. Az üzemanyag tömegének a rakéta tömegéhez viszonyított arányát a motor működésének végén (vagyis lényegében egy üres rakéta tömegéhez viszonyítva) Ciolkovszkij-számnak nevezzük.

Ebből a képletből a fő következtetés az, hogy levegőtlen térben a rakéta minél nagyobb sebességgel fejlődik, minél nagyobb a gázok kiáramlásának sebessége és minél nagyobb a Ciolkovszkij-szám.

Következtetés.

A magam nevében hozzáteszem, hogy egy interkontinentális ballisztikus rakéta működésének általam adott leírása elavult, és megfelel a 60-as évek tudomány és technológia fejlettségi szintjének, de a modern tudományos anyagokhoz való korlátozott hozzáférés miatt. Nem tudok pontos leírást adni egy modern ultra-nagy hatótávolságú interkontinentális ballisztikus rakéta működéséről. Kiemeltem azonban az összes rakétában rejlő általános tulajdonságokat, így feladatomat teljesítettnek tekintem.

A felhasznált irodalom listája:

Deryabin V. M. Megmaradási törvények a fizikában. – M.: Felvilágosodás, 1982.

Gelfer Ya. M. Természetvédelmi törvények. – M.: Nauka, 1967.

Test K. Formák nélküli világ. – M.: Mir, 1976.

Gyermekenciklopédia. - M .: A Szovjetunió Tudományos Akadémia kiadója, 1959.

Esszé a fizikáról A témában: "sugárhajtás" A MOU 5. számú középiskola diákja, G. Lobnya, 10. "B" osztály, Stepanenko Inna Jurjevna 2006. Reaktív mozgás. Az emberiség évszázadok óta álmodott az űrről

Sok ember számára a „sugárhajtás” fogalma erősen összekapcsolódik a tudomány és a technológia, különösen a fizika modern vívmányaival, és a fejükben a hírhedt sugárhajtóművek segítségével szuperszonikus sebességgel repülő sugárhajtású repülőgépek vagy akár űrhajók képei jelennek meg. . Valójában a sugárhajtás jelensége sokkal ősibb, mint maga az ember, mert jóval előttünk, emberek előtt jelent meg. Igen, a sugárhajtás aktívan képviselteti magát a természetben: a medúzák, a tintahalak évmilliók óta ugyanazon elv szerint úsznak a tenger mélyén, mint amilyennel manapság a modern szuperszonikus sugárhajtású repülőgépek repülnek.

A sugárhajtás története

Különböző tudósok ősidők óta figyelték meg a sugárhajtás jelenségeit a természetben, ahogy az ókori görög matematikus és szerelő, Heron írt róla mindenki más előtt, azonban soha nem ment túl az elméleten.

Ha a sugárhajtás gyakorlati alkalmazásáról beszélünk, akkor itt a feltaláló kínaiak voltak az elsők. A 13. század környékén az első rakéták feltalálásakor a polipok és tintahalak mozgásának elvét kölcsönözték, amelyeket tűzijátékokhoz és katonai műveletekhez (katonai és jelzőfegyverként) kezdtek alkalmazni. Kicsit később a kínaiak ezt a hasznos találmányát az arabok, és tőlük az európaiak is átvették.

Természetesen az első feltételesen sugárhajtású rakéták viszonylag primitív kialakításúak voltak, és több évszázadon keresztül gyakorlatilag nem fejlődtek ki, úgy tűnt, hogy a sugárhajtás fejlődésének története megfagyott. Áttörés ebben a kérdésben csak a 19. században következett be.

Ki fedezte fel a sugárhajtást?

Talán az "új időben" a sugárhajtás felfedezőjének babérjait Nyikolaj Kibalcsicsnak ítélhetik oda, aki nemcsak egy tehetséges orosz feltaláló, hanem egy részmunkaidős forradalmár - Népi Önkéntes is. Egy királyi börtönben ülve alkotta meg projektjét egy sugárhajtóműről és egy repülőgépről az embereknek. Később Kibalcsit forradalmi tevékenysége miatt kivégezték, projektje pedig továbbra is porosodott a cári titkosrendőrség archívumának polcain.

Később Kibalchich ilyen irányú munkáit fedezték fel és egészítették ki egy másik tehetséges tudós, K. E. Tsiolkovsky munkáival. 1903 és 1914 között egy sor közleményt publikált, amelyek meggyőzően bizonyították a sugárhajtás alkalmazásának lehetőségét az űrkutatási célú űrhajók létrehozásában. Ő alakította ki a többfokozatú rakéták használatának elvét is. Ciolkovszkij számos ötletét a mai napig használják a rakétatudományban.

Példák a sugárhajtásra a természetben

Bizonyára a tengerben úszva láttál medúzát, de nem is gondoltad, hogy ezek a csodálatos (és lassú) lények ugyanúgy mozognak a sugárhajtásnak köszönhetően. Ugyanis az átlátszó kupolájuk csökkentésével vizet préselnek ki, ami egyfajta „sugárhajtóműként” szolgál a medúzák számára.

A tintahal is hasonló mozgási mechanizmussal rendelkezik - a test előtti speciális tölcséren és az oldalsó résen keresztül vizet szív a kopoltyúüregébe, majd a tölcséren keresztül erőteljesen kidobja, hátra vagy oldalra irányítva ( a tintahal által igényelt mozgásiránytól függően).

De a természet által létrehozott legérdekesebb sugárhajtómű a tintahalakban található, amelyeket joggal nevezhetünk "élő torpedóknak". Végül is ezeknek az állatoknak a teste is a formájában hasonlít egy rakétára, bár valójában minden pontosan az ellenkezője - ez a rakéta a tintahal testét másolja a kialakításával.

Ha a tintahalnak gyors dobást kell végrehajtania, akkor természetes sugárhajtóművét használja. Testét köpeny, speciális izomszövet veszi körül, és a teljes tintahal térfogatának fele a köpenyüregre esik, amelybe vizet szív. Aztán hirtelen kidobja az összegyűjtött vízáramot egy keskeny fúvókán keresztül, miközben mind a tíz csápját a fejére hajtja úgy, hogy áramvonalas formát kapjon. Az ilyen tökéletes sugárhajtású navigációnak köszönhetően a tintahal lenyűgöző, 60-70 km/h sebességet érhet el.

A természetben a sugárhajtóművek tulajdonosai között vannak növények is, nevezetesen az úgynevezett "őrült uborka". Amikor a termése beérik, a legkisebb érintésre válaszul glutént lövell magokkal

A sugárhajtás törvénye

A tintahalak, az „őrült uborkák”, a medúzák és más tintahalak ősidők óta használják a sugárhajtást, anélkül, hogy annak fizikai lényegére gondolnának, de megpróbáljuk kitalálni, mi a sugárhajtás lényege, milyen mozgást nevezünk sugárhajtásnak. ez egy meghatározás.

Kezdésként egy egyszerű kísérlethez folyamodhat - ha felfúj egy közönséges léggömböt levegővel, és anélkül, hogy megköti, repülni hagyja, gyorsan repül, amíg el nem fogy. Ez a jelenség magyarázza Newton harmadik törvényét, amely szerint két test egyenlő nagyságú és ellentétes irányú erőkkel lép kölcsönhatásba.

Vagyis a labda becsapódásának ereje a belőle kilépő levegőáramokra egyenlő azzal az erővel, amellyel a levegő a labdát magától taszítja. A rakéta is a labdához hasonló elven működik, amely nagy sebességgel löki ki tömegének egy részét, miközben erős gyorsulást kap az ellenkező irányba.

A lendület és a sugárhajtás megmaradásának törvénye

A fizika elmagyarázza a sugárhajtás folyamatát. A lendület a test tömegének és sebességének (mv) szorzata. Amikor egy rakéta nyugalomban van, lendülete és sebessége nulla. Amikor egy sugár kilökődik belőle, akkor a többinek az impulzus megmaradásának törvénye szerint olyan sebességet kell elérnie, amelynél a teljes impulzus még mindig nulla lesz.

Sugárhajtási képlet

A sugárhajtás általában a következő képlettel írható le:
m s v s +m p v p =0
m s v s =-m p v p

ahol m s v s a gázsugár által keltett lendület, m p v p a rakéta által kapott lendület.

A mínusz jel azt mutatja, hogy a rakéta iránya és a sugárhajtás ereje ellentétes.

Sugárhajtás a technológiában - a sugárhajtómű működési elve

A modern technológiában a sugárhajtás nagyon fontos szerepet játszik, mivel a sugárhajtóművek hajtják meg a repülőgépeket és az űrhajókat. Maga a sugárhajtómű-készülék méretétől és céljától függően eltérő lehet. De így vagy úgy, mindegyiknek megvan

• üzemanyag-ellátás,
• kamra, tüzelőanyag elégetésére,
• fúvóka, melynek feladata a sugáráramlás felgyorsítása.

Így néz ki egy sugárhajtómű.

Sugárhajtás, videó

És végül egy szórakoztató videó a sugárhajtású fizikai kísérletekről.

Sugárhajtás a természetben és a technológiában

FIZIKÁBÓL

Sugárhajtás- az a mozgás, amely akkor következik be, amikor egy része bizonyos sebességgel elválik a testtől.

A reaktív erő külső testekkel való kölcsönhatás nélkül keletkezik.

A sugárhajtás alkalmazása a természetben

Életünk során sokan találkoztunk a tengerben medúzával úszva. Mindenesetre a Fekete-tengeren van belőlük elég. De kevesen gondolták, hogy a medúza sugárhajtást is használ a mozgáshoz. Ráadásul így mozognak a szitakötőlárvák és bizonyos típusú tengeri planktonok. És gyakran a tengeri gerinctelenek hatékonysága a sugárhajtás alkalmazásakor sokkal magasabb, mint a műszaki találmányoké.

A sugárhajtást sok puhatestű - polipok, tintahalak, tintahalak - alkalmazzák. Például egy tengeri kagyló puhatestű a szelepeinek éles összenyomása során a héjból kilökődő vízsugár reaktív ereje miatt mozog előre.

Polip

Tintahal

A tintahal, mint a legtöbb lábasfejű, a következő módon mozog a vízben. Egy oldalsó résen és a test előtti speciális tölcséren keresztül vizet visz be a kopoltyúüregbe, majd erőteljesen vízáramot dob ​​át a tölcséren. A tintahal a tölcsércsövet oldalra vagy hátra irányítja, és gyorsan kinyomva belőle a vizet, különböző irányokba tud mozogni.

A salpa átlátszó testű tengeri állat, mozgás közben az elülső nyíláson keresztül kap vizet, és a víz egy széles üregbe kerül, amelyben átlósan feszítik a kopoltyúkat. Amint az állat iszik egy nagy korty vizet, a lyuk bezárul. Ezután a salpa hosszanti és keresztirányú izmai összehúzódnak, az egész test összehúzódik, és a hátsó nyíláson keresztül kinyomódik a víz. A kiáramló sugár reakciója előrenyomja a salpát.

A legnagyobb érdeklődésre a tintahal sugárhajtómű tartozik. A tintahal az óceánok legnagyobb gerinctelen lakója. A tintahalak elérték a legmagasabb szintű kiválóságot a sugárhajtású navigációban. Még egy testük is van külső formáival, amely egy rakétát másol (vagy jobb esetben a rakéta egy tintahalat másol, mivel ebben a kérdésben vitathatatlan prioritása van). Lassú mozgáskor a tintahal nagy gyémánt alakú uszonyt használ, amely időnként meghajlik. Gyors dobáshoz sugárhajtóművet használ. Izomszövet - a köpeny minden oldalról körülveszi a puhatestű testét, üregének térfogata csaknem fele a tintahal testének térfogatának. Az állat vizet szív be a köpenyüregbe, majd hirtelen vízsugarat lövell ki egy keskeny fúvókán keresztül, és nagy sebességgel hátrafelé mozog. Ebben az esetben a tintahal mind a tíz csápját egy csomóba gyűjtik a fej felett, és áramvonalas formát kap. A fúvóka speciális szeleppel van felszerelve, és az izmok elfordíthatják, megváltoztatva a mozgás irányát. A tintahal motor nagyon gazdaságos, akár 60-70 km / h sebességet is képes elérni. (Egyes kutatók úgy vélik, hogy akár 150 km/h-ig is!) Nem hiába nevezik a tintahalat „élő torpedónak”. A kötegbe hajtogatott csápokat jobbra, balra, felfelé vagy lefelé hajlítva a tintahal egyik vagy másik irányba elfordul. Mivel egy ilyen kormánykerék nagyon nagy magához az állathoz képest, enyhe mozgása elegendő ahhoz, hogy a tintahal még teljes sebességgel is könnyedén elkerülje az akadályokkal való ütközést. A kormánykerék éles fordulata - és az úszó az ellenkező irányba rohan. Most visszahajlította a tölcsér végét, és most fejjel előre csúszik. Jobbra ívelte – és a sugár lökése balra lökte. De ha gyorsan kell úszni, a tölcsér mindig kilóg közvetlenül a csápok közé, és a tintahal a farkával rohan előre, ahogy egy rák futna – a ló mozgékonyságával felruházott futó.

Ha nem kell sietni, a tintahalak és a tintahalak úszkálnak, hullámozva az uszonyukat - miniatűr hullámok futnak át rajtuk elölről hátrafelé, és az állat kecsesen siklik, időnként a köpeny alól kidobott vízsugárral is lökdösi magát. Ekkor jól láthatóak azok az egyéni ütések, amelyeket a puhatestű a vízsugarak kitörésekor kap. Egyes lábasfejűek akár ötvenöt kilométer per órás sebességet is elérhetnek. Úgy tűnik, senki sem végzett közvetlen méréseket, de ez a repülő tintahal sebessége és hatótávolsága alapján ítélhető meg. És ilyenek, mint kiderült, a polipok rokonaiban vannak tehetségek! A puhatestűek közül a legjobb pilóta a tintahal stenoteuthis. Az angol tengerészek úgy hívják: repülő tintahal ("repülő tintahal"). Ez egy kis állat akkora, mint egy hering. Olyan gyorsasággal üldözi a halakat, hogy gyakran kiugrik a vízből, és nyílként rohan át a víz felszínén. Ehhez a trükkhöz is folyamodik, hogy megmentse életét a ragadozóktól - tonhaltól és makrélától. A vízben maximális tolóerőt kifejlesztve a pilótatintahal felszáll a levegőbe, és több mint ötven métert repül a hullámok felett. Egy élő rakéta repülésének csúcspontja olyan magasan fekszik a víz felett, hogy a repülő tintahalak gyakran zuhannak az óceánjáró hajók fedélzetére. A négy-öt méter nem rekordmagasság, ameddig a tintahal az égbe emelkedik. Néha még magasabbra repülnek.

Dr. Rees angol kagylókutató egy tudományos cikkben leírt egy (mindössze 16 centiméter hosszú) tintahalat, amely jókora távolságot repülve a levegőben a jacht csaknem hét méterrel a víz fölé magasodó hídjára esett.

Előfordul, hogy sok repülő tintahal csillogó zuhatagban esik a hajóra. Az ókori író, Trebius Niger egyszer szomorú történetet mesélt egy hajóról, amely állítólag el is süllyedt a fedélzetére hullott repülő tintahal súlya alatt. A tintahal gyorsulás nélkül is felszállhat.

A polipok is tudnak repülni. Jean Verany francia természettudós látta, hogy egy közönséges polip felgyorsul az akváriumban, és hirtelen hátrafelé ugrott ki a vízből. Mintegy öt méter hosszú ívet írt le a levegőben, és visszazuhant az akváriumba. Az ugráshoz felgyorsulva a polip nemcsak a sugárhajtás hatására mozgott, hanem csápokkal is evezett.
A zsákos polipok persze rosszabbul úsznak, mint a tintahalak, de kritikus pillanatokban rekordosztályt tudnak felmutatni a legjobb sprintereknek. A California Aquarium munkatársai egy rákot támadó polipot próbáltak lefényképezni. A polip olyan sebességgel rohant a prédára, hogy a filmen még a legnagyobb sebességgel történő fotózáskor is mindig voltak kenőanyagok. Szóval századmásodpercekig tartott a dobás! Általában a polipok viszonylag lassan úsznak. Joseph Signl, aki a polipok vándorlását tanulmányozta, kiszámította, hogy egy félméteres polip körülbelül tizenöt kilométeres óránkénti átlagos sebességgel úszik át a tengeren. A tölcsérből minden egyes kidobott vízsugár két-két és fél méterrel előre (vagy inkább hátrafelé, ahogy a polip úszik hátrafelé) löki.

A sugármozgás a növényvilágban is megtalálható. Például az „őrült uborka” beérett termései a legkisebb érintésre lepattannak a szárról, és a kialakult lyukból egy ragacsos, magos folyadékot lövell ki erővel. Maga az uborka 12 m-ig az ellenkező irányba repül.

Az impulzusmegmaradás törvényének ismeretében megváltoztathatja saját mozgási sebességét a nyílt térben. Ha csónakban tartózkodik, és nehéz sziklája van, akkor a köveket egy bizonyos irányba dobva az ellenkező irányba mozdítja el Önt. Ugyanez fog megtörténni a világűrben is, de ehhez sugárhajtóműveket használnak.

Mindenki tudja, hogy a fegyverből leadott lövést visszarúgás kíséri. Ha a golyó súlya megegyezne a fegyver súlyával, ugyanolyan sebességgel repülnének szét. A visszarúgás azért következik be, mert a kidobott gáztömeg reaktív erőt hoz létre, melynek köszönhetően a mozgás levegőben és levegőtlen térben egyaránt biztosítható. És minél nagyobb a kiáramló gázok tömege és sebessége, annál nagyobb a vállunk által érzett visszarúgás, minél erősebb a fegyver reakciója, annál nagyobb a reaktív erő.

A sugárhajtás alkalmazása a technológiában

Az emberiség évszázadok óta álmodott űrrepülésekről. A tudományos-fantasztikus írók különféle eszközöket javasoltak e cél elérése érdekében. A 17. században jelent meg Cyrano de Bergerac francia író története a Holdra való repülésről. A történet hőse egy vaskocsin jutott a Holdra, amelyre folyamatosan erős mágnest dobott. Hozzá vonzódva a kocsi egyre magasabbra emelkedett a Föld felett, míg el nem érte a Holdat. És Münchausen báró azt mondta, hogy babszáron mászott fel a Holdra.

Az i.sz. első évezred végén Kína feltalálta a sugárhajtást, amely rakétákat hajtott – lőporral töltött bambuszcsöveket, szórakozásnak is használták. Az egyik első autóprojekt szintén sugárhajtóműves volt, és ez a projekt Newtonhoz tartozott

A világ első emberi repülésre tervezett sugárhajtású repülőgép-projektjének szerzője az orosz forradalmár N.I. Kibalchich. 1881. április 3-án kivégezték, mert részt vett a II. Sándor császár elleni merényletben. Projektjét a halálbüntetés után a börtönben dolgozta ki. Kibalchich ezt írta: „A börtönben, néhány nappal a halálom előtt írom ezt a projektet. Hiszek az ötletem megvalósíthatóságában, és ez a hit támogat szörnyű helyzetemben... Nyugodtan nézek szembe a halállal, tudván, hogy az ötletem nem hal meg velem.

A rakéták űrrepülésekhez való felhasználásának ötletét századunk elején Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij orosz tudós javasolta. 1903-ban a kalugai gimnázium egyik tanárának cikke, K.E. Ciolkovszkij "Világterek kutatása sugárhajtású eszközökkel". Ez a munka tartalmazta az űrhajózás legfontosabb matematikai egyenletét, amelyet ma „Ciolkovszkij-formulaként” ismernek, és amely egy változó tömegű test mozgását írja le. Ezt követően kidolgozott egy folyékony tüzelőanyagú rakétamotor sémáját, többlépcsős rakétatervezést javasolt, és kifejezésre juttatta annak lehetőségét, hogy teljes űrvárosokat hozzanak létre a Föld-közeli pályán. Megmutatta, hogy a gravitációt legyőzni képes egyetlen berendezés a rakéta, i.e. tüzelőanyagot és magán a készüléken elhelyezett oxidálószert használó sugárhajtóműves berendezés.

Repülőgép hajtómű- ez egy olyan motor, amely az üzemanyag kémiai energiáját a gázsugár mozgási energiájává alakítja, miközben a motor az ellenkező irányban vesz fel sebességet.

K. E. Ciolkovszkij ötletét szovjet tudósok hajtották végre Szergej Pavlovics Koroljev akadémikus irányítása alatt. A történelem első mesterséges földi műholdját 1957. október 4-én egy rakéta indította el a Szovjetunióban.

A sugárhajtás elve széles körben alkalmazható a repülésben és az űrhajózásban. A világűrben nincs olyan közeg, amellyel a test kölcsönhatásba léphetne, és ezáltal változtathatna sebességének irányán és modulusán, ezért űrrepülésre csak sugárhajtású repülőgépek, azaz rakéták használhatók.

Rakéta eszköz

A rakéta mozgása a lendület megmaradásának törvényén alapul. Ha egy adott időpontban egy testet kidobnak a rakétából, akkor ugyanazt a lendületet kapja, de az ellenkező irányba irányul.

Bármely rakétában, a kialakításától függetlenül, mindig van egy héj és üzemanyag oxidálószerrel. A rakétahéj tartalmaz egy hasznos terhet (jelen esetben egy űrhajót), egy műszerteret és egy motort (égéskamra, szivattyúk stb.).

A rakéta fő tömege oxidálószerrel ellátott üzemanyag (az oxidálószerre azért van szükség, hogy az üzemanyag égjen, mivel az űrben nincs oxigén).

Az üzemanyagot és az oxidálószert az égéstérbe szivattyúzzák. Az üzemanyag égve magas hőmérsékletű és nagy nyomású gázzá alakul. Az égéstérben és a világűrben fennálló nagy nyomáskülönbség miatt az égéstérből a gázok erőteljes sugárban törnek ki egy speciálisan kialakított harangon, úgynevezett fúvókán keresztül. A fúvóka célja a sugár sebességének növelése.

Mielőtt egy rakéta elindulna, a lendülete nulla. Az égéstérben lévő gáz és a rakéta összes többi részének kölcsönhatása következtében a fúvókán keresztül kilépő gáz impulzust kap. Ekkor a rakéta zárt rendszer, és a teljes lendületének nullával kell egyenlőnek lennie az indítás után. Ezért a rakéta héja, bármi is legyen benne, a gáz impulzusával abszolút értékű, de ellentétes irányú impulzust kap.

A rakéta legmasszívabb részét, amelyet a teljes rakéta indítására és felgyorsítására terveztek, első fokozatnak nevezik. Amikor egy többfokozatú rakéta első hatalmas fokozata gyorsítás közben kimeríti az összes üzemanyagtartalékot, szétválik. A további gyorsítást a második, kevésbé masszív fokozat folytatja, és a korábban az első fokozat segítségével elért sebességhez még hozzátesz, majd elválik. A harmadik fokozat tovább növeli sebességét a kívánt értékre, és pályára szállítja a hasznos terhet.

Az első ember, aki a világűrben repült, Jurij Alekszejevics Gagarin, a Szovjetunió állampolgára volt. 1961. április 12. A Vostok műholdhajóval megkerülte a földgömböt

A szovjet rakéták elsőként értek el a Holdra, megkerülték a Holdat és lefényképezték annak láthatatlan oldalát a Földről, elsőként értek el a Vénusz bolygóra, és tudományos műszereket juttattak a felszínére. 1986-ban két szovjet "Vega-1" és "Vega-2" űrhajó közelről vizsgálta a Halley-üstököst, és 76 évente egyszer közelítette meg a Napot.

A sugárhajtás és a sugárhajtás fogalma

Sugárhajtás (szempontból, példák a természetben)- az a mozgás, amely akkor következik be, amikor egy része bizonyos sebességgel elválik a testtől.

A sugárhajtás elve egy izolált testrendszer impulzusmegmaradásának törvényén alapul:

Vagyis egy részecskerendszer összimpulzusa állandó érték. Külső hatások hiányában a rendszer impulzusa nulla, és a sugárhajtás hatására belülről is lehet változtatni.

Jet tolóerő (szempontból, példák a természetben)- az elválasztó részecskék reakcióereje, amely a kiáramlás középpontjában (rakétánál - a motor fúvóka vágásának középpontjában) érvényesül, és az elválasztó részecskék sebességvektorával ellentétes irányban irányul.

A munkafolyadék tömege (rakéták)

A munkatest általános gyorsulása

Az elválasztott részecskék (gázok) kilégzési sebessége

Minden második üzemanyag-fogyasztás

Példák a sugárhajtásra az élettelen természetben

A sugármozgás a növényvilágban is megtalálható. A déli országokban (és itt a Fekete-tenger partján is) nő a "bolond uborka" nevű növény.

Az Ecbalium nemzetség latin neve a görög szóból származik - kidobom jelentéssel, a magokat kidobó gyümölcs szerkezete szerint.

A veszett uborka termése kékeszöld vagy zöld, lédús, hosszúkás vagy hosszúkás tojásdad, 4–6 cm hosszú, 1,5–2,5 széles, sörtéjű, mindkét végén tompa, több magvú (1. kép). A magvak hosszúkásak, kicsik, összenyomottak, simák, keskeny szegélyűek, körülbelül 4 mm hosszúak. Amikor a magvak beérnek, az őket körülvevő szövet nyálkás masszává válik. Ugyanakkor a termésben nagy nyomás keletkezik, aminek következtében a termés leválik a szárról, és a magvak a nyálkahártyával együtt a kialakult lyukon keresztül erővel kidobódnak. Maga az uborka az ellenkező irányba repül. Lő egy őrült uborkát (egyébként "hölgypisztolynak" nevezik) 12 méternél nagyobbra (2. ábra).

Példák a sugárhajtásra az állatvilágban

Tengeri lények

Sok tengeri állat használ sugárhajtást a mozgáshoz, beleértve a medúzákat, a tengeri herkentyűket, a polipokat, a tintahalakat, a tintahalakat, a salpokat és bizonyos típusú planktonokat. Mindegyikük egy kilökött vízsugár reakcióját alkalmazza, a különbség a test felépítésében, tehát a vízfelvétel és -kidobás módjában rejlik.

A tengeri fésűkagyló puhatestű (3. ábra) a szelepeinek éles összenyomása során a héjból kilökődő vízsugár reaktív ereje miatt mozog. Veszély esetén alkalmazza ezt a fajta mozgást.

A tintahalak (4. ábra) és a polipok (5. ábra) egy oldalsó résen és a test előtti speciális tölcséren keresztül vizet visznek a kopoltyúüregbe, majd erőteljesen kilövellnek egy vízáramot a tölcséren keresztül. A tintahal a tölcsércsövet oldalra vagy hátra irányítja, és gyorsan kinyomva belőle a vizet, különböző irányokba tud mozogni. A polipok a csápjukat a fejükre hajtva áramvonalas formát kölcsönöznek testüknek, így irányíthatják mozgásukat, megváltoztatva annak irányát.

A polipok még repülni is tudnak. Jean Verany francia természettudós látta, hogy egy közönséges polip felgyorsul az akváriumban, és hirtelen hátrafelé ugrott ki a vízből. Mintegy öt méter hosszú ívet írt le a levegőben, és visszazuhant az akváriumba. Az ugráshoz felgyorsulva a polip nemcsak a sugárhajtás hatására mozgott, hanem csápokkal is evezett.

A salpa (6. kép) átlátszó testű tengeri állat, mozgása során az elülső nyíláson keresztül kap vizet, és a víz egy széles üregbe kerül, amelyen belül átlósan megfeszülnek a kopoltyúk. Amint az állat iszik egy nagy korty vizet, a lyuk bezárul. Ezután a salpa hosszanti és keresztirányú izmai összehúzódnak, az egész test összehúzódik, és a hátsó nyíláson keresztül kinyomódik a víz.

Tintahal (7. ábra). Izomszövet - a köpeny minden oldalról körülveszi a puhatestű testét, üregének térfogata csaknem fele a tintahal testének térfogatának. Az állat vizet szív be a köpenyüregbe, majd hirtelen vízsugarat lövell ki egy keskeny fúvókán keresztül, és nagy sebességgel hátrafelé mozog. Ebben az esetben a tintahal mind a tíz csápját egy csomóba gyűjtik a fej felett, és áramvonalas formát kap. A fúvóka speciális szeleppel van felszerelve, és az izmok elfordíthatják, megváltoztatva a mozgás irányát. A tintahal motor nagyon gazdaságos, és akár 60-70 km / h sebességre is képes. A kötegbe hajtogatott csápokat jobbra, balra, felfelé vagy lefelé hajlítva a tintahal egyik vagy másik irányba elfordul. Mivel egy ilyen kormánykerék nagyon nagy magához az állathoz képest, enyhe mozgása elegendő ahhoz, hogy a tintahal még teljes sebességgel is könnyedén elkerülje az akadályokkal való ütközést. De ha gyorsan kell úszni, a tölcsér mindig kilóg közvetlenül a csápok közé, és a tintahal a farkával előre rohan.

A mérnökök már készítettek egy tintahalmotorhoz hasonló motort. Vízsugárnak hívják. Ebben a kamrába vizet szívnak. Aztán egy fúvókán keresztül kidobják belőle; a hajó a sugár kilökésének irányával ellentétes irányba mozog. A vizet hagyományos benzin- vagy dízelmotorral szívják fel (lásd a függeléket).

A puhatestűek közül a legjobb pilóta a tintahal stenoteuthis. A tengerészek "repülő tintahalnak" hívják. Olyan gyorsasággal üldözi a halakat, hogy gyakran kiugrik a vízből, és nyílként rohan át a víz felszínén. Ehhez a trükkhöz is folyamodik, hogy megmentse életét a ragadozóktól - tonhaltól és makrélától. A vízben maximális tolóerőt kifejlesztve a pilótatintahal felszáll a levegőbe, és több mint ötven métert repül a hullámok felett. Egy élő rakéta repülésének csúcspontja olyan magasan fekszik a víz felett, hogy a repülő tintahalak gyakran zuhannak az óceánjáró hajók fedélzetére. A négy-öt méter nem rekordmagasság, ameddig a tintahal az égbe emelkedik. Néha még magasabbra repülnek.

Dr. Rees angol kagylókutató egy tudományos cikkben leírt egy (mindössze 16 centiméter hosszú) tintahalat, amely jókora távolságot repülve a levegőben a jacht csaknem hét méterrel a víz fölé magasodó hídjára esett.

Előfordul, hogy sok repülő tintahal csillogó zuhatagban esik a hajóra. Az ókori író, Trebius Niger egyszer szomorú történetet mesélt egy hajóról, amely állítólag el is süllyedt a fedélzetére hullott repülő tintahal súlya alatt.

Rovarok

Hasonló módon mozognak a szitakötőlárvák is. És nem mindegyik, hanem az állóvizek hosszúhasú, aktívan úszó lárvái (Rocker család) és folyóvizek (Cordulegaster család), valamint állóvizek rövidhasú kúszó lárvái. A lárva főként veszély pillanatában használja a sugármozgást, hogy gyorsan egy másik helyre költözzön. Ez a mozgásmód nem biztosítja a pontos manőverezést, és nem alkalmas zsákmány üldözésére. De a rocker lárvák nem üldöznek senkit - inkább lesből vadásznak.

A szitakötőlárva hátsó bélrendszere fő funkciója mellett mozgásszervi szerepet is ellát. A víz kitölti a hátsó beleket, majd erővel kidobják, és a lárva a sugárhajtás elve szerint 6-8 cm-t mozog.

sugárhajtású természettechnika

Alkalmazás