Správa na tému prúdového pohonu vo fyzike. Na ceste k výnimočnému objavu

Medzi veľké technické a vedecké výdobytky 20. storočia jedno z prvých miest nepochybne patrí teória rakiet a prúdového pohonu. Roky druhej svetovej vojny (1941-1945) viedli k nezvyčajne rýchlemu zlepšeniu konštrukcie prúdových vozidiel. Prašné rakety sa znovu objavili na bojiskách, ale s použitím vysokokalorického bezdymového prášku TNT („Katyusha“). Boli vytvorené vzdušné lietadlá, bezpilotné lietadlá s pulzujúcimi vzduchovými motormi ("FAU-1") a balistické rakety s dosahom až 300 km ("FAU-2").

Raketová technika sa v súčasnosti stáva veľmi dôležitým a rýchlo rastúcim odvetvím. Rozvoj teórie letu prúdových vozidiel je jedným z naliehavých problémov moderného vedeckého a technologického rozvoja.

K. E. Ciolkovskij urobil pre poznanie veľa základy teórie raketového pohonu. Ako prvý v histórii vedy sformuloval a študoval problém štúdia priamočiareho pohybu rakiet na základe zákonov teoretickej mechaniky. Ako sme naznačili, princíp komunikácie pohybu pomocou reakčných síl vrhaných častíc realizoval Ciolkovskij ešte v roku 1883, no jeho vytvorenie matematicky rigoróznej teórie prúdového pohonu sa datuje až na koniec 19. storočia.

V jednom zo svojich diel Tsiolkovsky napísal: „Dlho som sa pozeral na raketu, ako všetci ostatní: z hľadiska zábavy a malých aplikácií. Nepamätám si dobre, ako ma napadlo robiť výpočty súvisiace s raketou. Zdá sa mi, že prvé semená myšlienky zasadil slávny snílek Jules Verne; prebudil prácu môjho mozgu istým smerom. Objavili sa túžby, za túžbami vznikla činnosť mysle. ...Starý kus papiera s konečnými vzorcami týkajúcimi sa prúdového zariadenia je označený dátumom 25. august 1898.“

“...nikdy som netvrdil, že mám úplné riešenie problému. Najprv nevyhnutne prídu: myšlienka, fantázia, rozprávka. Za nimi prichádza vedecký výpočet. A nakoniec mysleli exekučné koruny. Moje práce o cestovaní do vesmíru patria do strednej fázy kreativity. Viac ako ktokoľvek iný chápem priepasť, ktorá delí nápad od jeho realizácie, keďže som počas svojho života nielen premýšľal a kalkuloval, ale aj vykonával, pričom som pracoval aj rukami. Nie je však možné nemať nápad: vykonaniu predchádza myšlienka, presnému výpočtu predchádza fantázia.“

V roku 1903 sa v časopise Scientific Review objavil prvý článok Konstantina Eduardoviča o raketovej technológii, ktorý sa volal „Skúmanie svetových priestorov pomocou raketových nástrojov“. V tejto práci bola na základe najjednoduchších zákonov teoretickej mechaniky (zákon zachovania hybnosti a zákon nezávislého pôsobenia síl) uvedená teória letu rakiet a zdôvodnená možnosť využitia prúdových dopravných prostriedkov na medziplanetárnu komunikáciu. (Vytvorenie všeobecnej teórie pohybu telies, ktorých hmotnosť sa pri pohybe mení, patrí profesorovi I. V. Meshcherskému (1859-1935)).

Myšlienka použitia rakety na riešenie vedeckých problémov, použitie prúdových motorov na vytvorenie pohybu grandióznych medziplanetárnych lodí patrí výlučne Tsiolkovskému. Je zakladateľom moderných rakiet na kvapalné palivo s dlhým doletom, jedným z tvorcov novej kapitoly teoretickej mechaniky.

Klasická mechanika, ktorá študuje zákony pohybu a rovnováhy hmotných telies, vychádza z tri zákony pohybu, jasne a striktne formulované anglickým vedcom už v roku 1687. Tieto zákony využívali mnohí výskumníci pri skúmaní pohybu telies, ktorých hmotnosť sa počas pohybu nemenila. Zvažovali sa veľmi dôležité prípady pohybu a vznikla veľká veda – mechanika telies konštantnej hmotnosti. Axiómy mechaniky telies s konštantnou hmotnosťou alebo Newtonove pohybové zákony boli zovšeobecnením celého doterajšieho vývoja mechaniky. V súčasnosti sú základné zákony mechanického pohybu uvedené vo všetkých učebniciach fyziky pre stredné školy. Uvedieme tu stručné zhrnutie Newtonových pohybových zákonov, keďže následným krokom vo vede, ktorý umožnil študovať pohyb rakiet, bol ďalší rozvoj metód klasickej mechaniky.

Esej

fyzika

Na tému:

"tryskový pohon"

Vyplnil študent Mestského vzdelávacieho zariadenia SOŠ č.5

G. Lobnya, 10 trieda „B“,

Stepanenko Inna Yurievna

Prúdový pohon.

Po mnoho storočí ľudstvo snívalo o vesmírnom lete. Spisovatelia sci-fi navrhli rôzne prostriedky na dosiahnutie tohto cieľa. V 17. storočí sa objavil príbeh francúzskeho spisovateľa Cyrana de Bergeraca o lete na Mesiac. Hrdina tohto príbehu sa dostal na Mesiac v železnom vozíku, cez ktorý neustále hádzal silný magnet. Priťahovaný k nemu vozík stúpal stále vyššie nad Zem, až kým nedosiahol Mesiac. A barón Munchausen povedal, že vyliezol na Mesiac po stonke fazule.

Ale ani jeden vedec, ani jeden spisovateľ sci-fi po mnoho storočí nedokázal vymenovať jediný prostriedok, ktorý má človek k dispozícii, s ktorým môže prekonať silu gravitácie a letieť do vesmíru. Dokázal to ruský vedec Konstantin Eduardovič Ciolkovskij (1857-1935). Ukázal, že jediným zariadením schopným prekonať gravitáciu je raketa, t.j. zariadenie s prúdovým motorom, ktoré využíva palivo a okysličovadlo umiestnené na samotnom zariadení.

Prúdový motor je motor, ktorý premieňa chemickú energiu paliva na kinetickú energiu prúdu plynu a motor naberá otáčky v opačnom smere. Na akých princípoch a fyzikálnych zákonoch je založené jeho pôsobenie?

Každý vie, že výstrel z pištole je sprevádzaný spätným rázom. Ak by sa hmotnosť strely rovnala hmotnosti pištole, rozleteli by sa rovnakou rýchlosťou. K spätnému rázu dochádza, pretože vyvrhnutá masa plynov vytvára reaktívnu silu, vďaka ktorej je možné zabezpečiť pohyb ako vo vzduchu, tak aj v bezvzduchovom priestore. A čím väčšia je hmotnosť a rýchlosť prúdiacich plynov, tým väčšiu silu spätného rázu naše rameno cíti, čím silnejšia je reakcia pištole, tým väčšia je reaktívna sila. To sa dá ľahko vysvetliť zo zákona zachovania hybnosti, ktorý hovorí, že geometrický (t.j. vektorový) súčet hybnosti telies, ktoré tvoria uzavretú sústavu, zostáva konštantný pre akékoľvek pohyby a interakcie telies sústavy, t.j.

K. E. Tsiolkovsky odvodil vzorec, ktorý umožňuje vypočítať maximálnu rýchlosť, ktorú môže raketa vyvinúť. Tu je vzorec:

Tu v max je maximálna rýchlosť rakety, v 0 je počiatočná rýchlosť, v r je rýchlosť prúdenia plynu z dýzy, m je počiatočná hmotnosť paliva a M je hmotnosť prázdnej rakety. Ako je zrejmé zo vzorca, táto maximálna dosiahnuteľná rýchlosť závisí predovšetkým od rýchlosti prúdenia plynu z dýzy, ktorá zase závisí predovšetkým od druhu paliva a teploty prúdu plynu. Čím vyššia teplota, tým vyššia rýchlosť. To znamená, že pre raketu musíte vybrať palivo s najvyššou kalorickou hodnotou, ktoré poskytuje najväčšie množstvo tepla. Zo vzorca tiež vyplýva, že táto rýchlosť závisí od počiatočnej aj konečnej hmotnosti rakety, t.j. závisí od toho, akú časť jeho hmotnosti tvorí palivo a akú časť tvoria zbytočné (z hľadiska rýchlosti letu) konštrukcie: telo, mechanizmy atď.

Tento Tsiolkovského vzorec je základom, na ktorom je založený celý výpočet moderných rakiet. Pomer hmotnosti paliva k hmotnosti rakety na konci prevádzky motora (t.j. v podstate k hmotnosti prázdnej rakety) sa nazýva Ciolkovského číslo.

Hlavným záverom z tohto vzorca je, že v bezvzduchovom priestore raketa vyvinie vyššiu rýchlosť, čím vyššia bude rýchlosť výtoku plynu a tým vyššie bude Ciolkovského číslo.

Záver.

Dodávam, že mnou uvedený popis fungovania medzikontinentálnej balistickej strely je zastaraný a zodpovedá úrovni rozvoja vedy a techniky 60-tych rokov, ale vzhľadom na obmedzený prístup k moderným vedeckým materiálom nie som schopný poskytnúť presný popis činnosti modernej medzikontinentálnej balistickej rakety ultra dlhého doletu. Vyzdvihol som však všeobecné vlastnosti obsiahnuté vo všetkých raketách, takže svoju úlohu považujem za splnenú.

Zoznam použitej literatúry:

Deryabin V. M. Zákony ochrany vo fyzike. – M.: Školstvo, 1982.

Gelfer Ya. M. Zákony ochrany. – M.: Nauka, 1967.

Telo K. Svet bez foriem. – M.: Mir, 1976.

Detská encyklopédia. – M.: Vydavateľstvo Akadémie vied ZSSR, 1959.

Abstrakt z fyziky na tému: „Prúdový pohon“ Dokončila študentka Mestskej vzdelávacej inštitúcie Stredná škola č. 5 v Lobnyi, 10. ročník „B“, Inna Yuryevna Stepanenko, 2006. Prúdový pohon. Po mnoho storočí ľudstvo snívalo o prieskume vesmíru.

Samotný pojem „tryskový pohon“ je pre mnohých ľudí silne spojený s modernými výdobytkami vedy a techniky, najmä fyziky, a v hlave sa im objavujú obrazy prúdových lietadiel či dokonca kozmických lodí letiacich nadzvukovou rýchlosťou pomocou notoricky známych prúdových motorov. Fenomén prúdového pohonu je v skutočnosti oveľa starší ako samotný človek, pretože sa objavil dávno pred nami ľuďmi. Áno, prúdový pohon je v prírode aktívne zastúpený: medúzy a sépie plávajú v hlbinách mora už milióny rokov na rovnakom princípe, akým dnes lietajú moderné nadzvukové prúdové lietadlá.

História prúdového pohonu

Od staroveku rôzni vedci pozorovali javy reaktívneho pohybu v prírode, ako prvý o tom napísal starogrécky matematik a mechanik Heron, hoci nikdy nezašiel ďalej ako k teórii.

Ak hovoríme o praktickej aplikácii prúdového pohonu, potom vynaliezaví Číňania boli prví. Približne v 13. storočí prišli na to, že princíp pohybu chobotníc a sépií si vypožičali pri vynájdení prvých rakiet, ktoré začali využívať ako na ohňostroje, tak aj na vojenské operácie (ako bojové a signálne zbrane). O niečo neskôr tento užitočný vynález Číňanov prevzali Arabi a od nich Európania.

Samozrejme, prvé konvenčne prúdové rakety mali pomerne primitívny dizajn a niekoľko storočí sa prakticky vôbec nevyvíjali, zdalo sa, že história vývoja prúdového pohonu sa zastavila. Prelom v tejto veci nastal až v 19. storočí.

Kto objavil prúdový pohon?

Možno, že vavríny objaviteľa prúdového pohonu v „novej ére“ možno udeliť Nikolajovi Kibalčičovi, nielen talentovanému ruskému vynálezcovi, ale aj revolučnému ľudovému dobrovoľníkovi na čiastočný úväzok. Svoj projekt prúdového motora a lietadla pre ľudí vytvoril, keď sedel v kráľovskom väzení. Kibalčiča neskôr za jeho revolučné aktivity popravili a jeho projekt ostal zapadať prachom na policiach v archívoch cárskej tajnej polície.

Neskôr bola Kibalchichova práca v tomto smere objavená a doplnená prácami ďalšieho talentovaného vedca K. E. Tsiolkovského. V rokoch 1903 až 1914 publikoval množstvo prác, v ktorých presvedčivo dokázal možnosť využitia prúdového pohonu na vytvorenie kozmických lodí na prieskum vesmíru. Sformoval aj princíp používania viacstupňových rakiet. Dodnes sa mnohé z Tsiolkovského myšlienok používajú v raketovej vede.

Príklady prúdového pohonu v prírode

Iste ste pri plávaní v mori videli medúzy, no sotva ste si mysleli, že tieto úžasné (a tiež pomalé) tvory sa pohybujú vďaka tryskovému pohonu. Totiž stiahnutím svojej priehľadnej kupoly vytláčajú vodu, ktorá medúzam slúži ako akýsi „prúdový motor“.

Sépia má podobný mechanizmus pohybu - špeciálnym lievikom pred telom a bočnou štrbinou nasáva vodu do žiabrovej dutiny a potom ju energicky vyvrhuje cez lievik smerujúci dozadu alebo do strany (v závislosti od smer pohybu, ktorý sépia potrebuje).

Najzaujímavejší prúdový motor vytvorený prírodou sa však nachádza v chobotniciach, ktoré možno celkom správne nazvať „živými torpédami“. Veď aj telo týchto zvieratiek svojim tvarom pripomína raketu, hoci v skutočnosti je všetko presne naopak – táto raketa svojim dizajnom kopíruje telo chobotnice.

Ak sa chobotnica potrebuje rýchlo rozbehnúť, použije svoj prirodzený prúdový motor. Jej telo je obklopené plášťom, špeciálnym svalovým tkanivom a polovica objemu celej chobotnice je v plášťovej dutine, do ktorej nasáva vodu. Potom prudko vyvrhne nazbieraný prúd vody cez úzku trysku, pričom všetkých desať chápadiel zloží nad hlavu tak, aby nadobudol prúdnicový tvar. Vďaka takejto pokročilej reaktívnej navigácii môžu chobotnice dosiahnuť pôsobivú rýchlosť 60-70 km za hodinu.

Medzi vlastníkmi prúdového motora v prírode sú aj rastliny, a to takzvaná „šialená uhorka“. Keď jeho plody dozrejú, v reakcii na najmenší dotyk vystrelí lepok so semenami

Zákon prúdového pohonu

Kalmáre, „šialené uhorky“, medúzy a iné sépie používajú prúdový pohyb už od staroveku, bez toho, aby premýšľali o jeho fyzickej podstate, ale pokúsime sa zistiť, čo je podstatou prúdového pohybu, aký druh pohybu sa nazýva prúdový pohyb a dajte mu definíciu.

Na začiatok sa môžete uchýliť k jednoduchému experimentu – ak nafúknete obyčajný balón vzduchom a bez zastavenia ho necháte lietať, bude rýchlo lietať, kým sa nevyčerpá jeho zásoba vzduchu. Tento jav vysvetľuje tretí Newtonov zákon, ktorý hovorí, že dve telesá interagujú so silami rovnakej veľkosti a opačného smeru.

To znamená, že sila vplyvu lopty na prúdy vzduchu, ktoré z nej unikajú, sa rovná sile, ktorou vzduch odtláča loptu od seba. Na podobnom princípe ako guľa funguje aj raketa, ktorá obrovskou rýchlosťou vymrští časť svojej hmoty, pričom dostane silné zrýchlenie v opačnom smere.

Zákon zachovania hybnosti a prúdového pohonu

Fyzika vysvetľuje proces prúdového pohonu. Hybnosť je súčinom hmotnosti telesa a jeho rýchlosti (mv). Keď je raketa v pokoji, jej hybnosť a rýchlosť sú nulové. Keď sa z neho začne vyvrhovať prúdový prúd, potom zvyšok musí podľa zákona zachovania hybnosti nadobudnúť takú rýchlosť, pri ktorej bude celková hybnosť stále rovná nule.

Vzorec prúdového pohonu

Vo všeobecnosti možno pohyb trysiek opísať nasledujúcim vzorcom:
m s v s + m р v р =0
m s v s =-m р v р

kde m s v s je impulz vytvorený prúdom plynu, m p v p je impulz prijatý raketou.

Znamienko mínus ukazuje, že smer pohybu rakety a sila prúdového pohybu sú opačné.

Prúdový pohon v technike - princíp činnosti prúdového motora

V moderných technológiách zohráva prúdový pohon veľmi dôležitú úlohu, keďže prúdové motory poháňajú lietadlá a kozmické lode. Konštrukcia samotného prúdového motora sa môže líšiť v závislosti od jeho veľkosti a účelu. Ale tak či onak, každý z nich má

• dodávka paliva,
• komora na spaľovanie paliva,
• tryska, ktorej úlohou je zrýchľovať prúd prúdu.

Takto vyzerá prúdový motor.

Prúdový pohon, video

A na záver zábavné video o fyzikálnych experimentoch s prúdovým pohonom.

Prúdový pohon v prírode a technike

ABSTRAKT O FYZIKE

Prúdový pohon- pohyb, ku ktorému dochádza, keď sa ktorákoľvek jeho časť oddelí od tela určitou rýchlosťou.

Reaktívna sila sa vyskytuje bez akejkoľvek interakcie s vonkajšími telesami.

Aplikácia prúdového pohonu v prírode

Mnohí z nás sa počas plávania v mori stretli s medúzami. V každom prípade je ich v Čiernom mori pomerne dosť. Málokto si však myslel, že medúzy využívajú na pohyb aj prúdový pohon. Okrem toho sa takto pohybujú larvy vážok a niektoré druhy morského planktónu. A často je účinnosť morských bezstavovcov pri použití prúdového pohonu oveľa vyššia ako pri technologických vynálezoch.

Prúdový pohon využívajú mnohé mäkkýše – chobotnice, chobotnice, sépie. Napríklad mäkkýš morský hrebeň sa pohybuje dopredu v dôsledku reaktívnej sily prúdu vody vyvrhnutého z ulity počas prudkého stlačenia jeho ventilov.

Chobotnica

Sépia

Sépia, podobne ako väčšina hlavonožcov, sa vo vode pohybuje nasledujúcim spôsobom. Cez bočnú štrbinu a špeciálny lievik pred telom naberie vodu do žiabrovej dutiny a potom cez lievik energicky vyvrhne prúd vody. Sépia nasmeruje lievikovú trubicu na stranu alebo dozadu a rýchlo z nej vytlačí vodu a môže sa pohybovať rôznymi smermi.

Salpa je morský živočích s priehľadným telom, pri pohybe dostáva vodu cez predný otvor a voda vstupuje do širokej dutiny, v ktorej sú diagonálne natiahnuté žiabre. Akonáhle si zviera dá veľký dúšok vody, otvor sa zatvorí. Potom sa stiahnu pozdĺžne a priečne svaly salpu, celé telo sa stiahne a zadným otvorom sa vytlačí voda. Reakcia unikajúceho prúdu tlačí salpu dopredu.

Najväčší záujem je o prúdový motor chobotnice. Chobotnica je najväčším bezstavovcovým obyvateľom oceánskych hlbín. Kalmáre dosiahli najvyššiu dokonalosť v prúdovej navigácii. Dokonca aj ich telo svojimi vonkajšími formami kopíruje raketu (alebo lepšie povedané, raketa kopíruje chobotnicu, keďže tá má v tejto veci nespornú prednosť). Keď sa chobotnica pohybuje pomaly, používa veľkú plutvu v tvare diamantu, ktorá sa pravidelne ohýba. Na rýchle hádzanie využíva prúdový motor. Svalové tkanivo - plášť obklopuje telo mäkkýšov zo všetkých strán, objem jeho dutiny je takmer polovičný ako objem tela chobotnice. Zviera nasáva vodu do dutiny plášťa a potom ostro vyvrhne prúd vody cez úzku dýzu a vysokou rýchlosťou sa pohybuje dozadu. Zároveň sa všetkých desať chápadiel chobotnice nad hlavou zloží do uzla a získa aerodynamický tvar. Tryska je vybavená špeciálnym ventilom a svaly ju môžu otáčať a meniť smer pohybu. Kalmárový motor je veľmi ekonomický, je schopný dosiahnuť rýchlosť až 60 - 70 km/h. (Niektorí vedci sa domnievajú, že dokonca až 150 km/h!) Niet divu, že chobotnicu nazývajú „živé torpédo“. Ohnutím zviazaných chápadiel doprava, doľava, nahor alebo nadol sa chobotnica otáča jedným alebo druhým smerom. Keďže takýto volant je v porovnaní so samotným zvieraťom veľmi veľký, stačí jeho mierny pohyb na to, aby sa chobotnici aj v plnej rýchlosti bez problémov vyhli zrážke s prekážkou. Ostré otočenie volantu - a plavec sa ponáhľa opačným smerom. Takže ohol koniec lievika dozadu a teraz sa posúva hlavou dopredu. Ohol ho doprava – a prúdový tlak ho odhodil doľava. Ale keď potrebujete rýchlo plávať, lievik vždy trčí presne medzi chápadlami a chobotnica sa vrhne chvostom ako prvá, ako by bežal rak - rýchly chodec obdarený obratnosťou pretekára.

Ak nie je potrebné sa ponáhľať, chobotnice a sépie plávajú so zvlnenými plutvami - spredu dozadu po nich prechádzajú miniatúrne vlny a zviera sa ladne kĺže, občas sa tlačí aj prúdom vody vyvrhnutým spod plášťa. Vtedy sú zreteľne viditeľné jednotlivé otrasy, ktoré mäkkýš dostáva v momente erupcie vodných prúdov. Niektoré hlavonožce môžu dosiahnuť rýchlosť až päťdesiatpäť kilometrov za hodinu. Zdá sa, že nikto nerobil priame merania, ale to sa dá posúdiť podľa rýchlosti a doletu lietajúcich kalamárov. A ukázalo sa, že chobotnice majú vo svojej rodine také talenty! Najlepším pilotom medzi mäkkýšmi je chobotnica Stenoteuthis. Anglickí námorníci to nazývajú lietajúce chobotnice („lietajúce chobotnice“). Toto je malé zviera veľké asi ako sleď. Rybu prenasleduje takou rýchlosťou, že často vyskočí z vody a preletí po jej hladine ako šíp. K tomuto triku sa uchýli, aby si zachránil život pred predátormi – tuniakom a makrelou. Po vyvinutí maximálneho prúdového ťahu vo vode pilot chobotnice vzlietne do vzduchu a preletí nad vlnami viac ako päťdesiat metrov. Apogeum letu živej rakety leží tak vysoko nad vodou, že lietajúce chobotnice často končia na palubách zaoceánskych lodí. Štyri až päť metrov nie je rekordná výška, do ktorej chobotnice stúpajú do neba. Niekedy vyletia ešte vyššie.

Anglický výskumník mäkkýšov Dr. Rees vo vedeckom článku opísal chobotnicu (dlhú len 16 centimetrov), ktorá po preletení značnej vzdialenosti vzduchom spadla na most jachty, ktorá sa týčila takmer sedem metrov nad vodou.

Stáva sa, že na loď v šumivej kaskáde padne veľa lietajúcich chobotníc. Staroveký spisovateľ Trebius Niger raz rozprával smutný príbeh o lodi, ktorá sa údajne potopila pod váhou lietajúcich kalamárov, ktoré dopadli na jej palubu. Kalmáre môžu vzlietnuť bez zrýchlenia.

Chobotnice vedia aj lietať. Francúzsky prírodovedec Jean Verani videl, ako obyčajná chobotnica v akváriu zrýchlila a zrazu vyskočila z vody dozadu. Keď opísal vo vzduchu oblúk dlhý asi päť metrov, skočil späť do akvária. Pri naberaní rýchlosti na skok sa chobotnica pohybovala nielen v dôsledku prúdového ťahu, ale aj veslovala svojimi chápadlami.
Vrecovité chobotnice plávajú, samozrejme, horšie ako chobotnice, ale v kritických momentoch môžu ukázať rekordnú triedu pre najlepších šprintérov. Zamestnanci kalifornského akvária sa pokúsili odfotografovať chobotnicu útočiacu na kraba. Chobotnica sa rútila na svoju korisť takou rýchlosťou, že film aj pri natáčaní v najvyšších rýchlostiach vždy obsahoval mastnotu. To znamená, že hod trval stotiny sekundy! Chobotnice zvyčajne plávajú relatívne pomaly. Joseph Seinl, ktorý skúmal migráciu chobotníc, vypočítal: chobotnica veľká pol metra pláva morom priemernou rýchlosťou asi pätnásť kilometrov za hodinu. Každý prúd vody vyvrhnutý z lievika ho tlačí dopredu (alebo skôr dozadu, keďže chobotnica pláva dozadu) dva až dva a pol metra.

Tryskový pohyb možno nájsť aj vo svete rastlín. Napríklad zrelé plody „šialenej uhorky“ sa pri najmenšom dotyku odrazia od stopky a z výslednej diery sa násilne vyhodí lepkavá tekutina so semenami. Samotná uhorka odlieta opačným smerom až 12 m.

Keď poznáte zákon zachovania hybnosti, môžete zmeniť svoju vlastnú rýchlosť pohybu v otvorenom priestore. Ak ste v člne a máte niekoľko ťažkých kameňov, hádzanie kameňov v určitom smere vás posunie opačným smerom. To isté sa stane vo vesmíre, ale tam na to používajú prúdové motory.

Každý vie, že výstrel z pištole je sprevádzaný spätným rázom. Ak by sa hmotnosť strely rovnala hmotnosti pištole, rozleteli by sa rovnakou rýchlosťou. K spätnému rázu dochádza, pretože vyvrhnutá masa plynov vytvára reaktívnu silu, vďaka ktorej je možné zabezpečiť pohyb ako vo vzduchu, tak aj v bezvzduchovom priestore. A čím väčšia je hmotnosť a rýchlosť prúdiacich plynov, tým väčšiu silu spätného rázu naše rameno cíti, čím silnejšia je reakcia pištole, tým väčšia je reaktívna sila.

Aplikácia prúdového pohonu v technike

Po mnoho storočí ľudstvo snívalo o vesmírnom lete. Spisovatelia sci-fi navrhli rôzne prostriedky na dosiahnutie tohto cieľa. V 17. storočí sa objavil príbeh francúzskeho spisovateľa Cyrana de Bergeraca o lete na Mesiac. Hrdina tohto príbehu sa dostal na Mesiac v železnom vozíku, cez ktorý neustále hádzal silný magnet. Priťahovaný k nemu vozík stúpal stále vyššie nad Zem, až kým nedosiahol Mesiac. A barón Munchausen povedal, že vyliezol na Mesiac po stonke fazule.

Koncom prvého tisícročia nášho letopočtu vynašla Čína prúdový pohon, ktorý poháňal rakety – bambusové trubice naplnené strelným prachom, využívali sa aj ako zábava. Jeden z prvých automobilových projektov bol aj s prúdovým motorom a tento projekt patril Newtonovi

Autorom prvého projektu prúdového lietadla na svete určeného na ľudský let bol ruský revolucionár N.I. Kibalchich. Popravili ho 3. apríla 1881 za účasť na atentáte na cisára Alexandra II. Svoj projekt rozvinul vo väzení po odsúdení na smrť. Kibalchich napísal: „Vo väzení, pár dní pred svojou smrťou, píšem tento projekt. Verím v uskutočniteľnosť môjho nápadu a táto viera ma podporuje v mojej hroznej situácii... Pokojne sa postavím smrti s vedomím, že môj nápad nezomrie so mnou.“

Myšlienku využitia rakiet na vesmírne lety navrhol začiatkom tohto storočia ruský vedec Konstantin Eduardovič Ciolkovskij. V roku 1903 vyšiel v tlači článok kalužského učiteľa gymnázia K.E. Ciolkovskij "Skúmanie svetových priestorov pomocou reaktívnych nástrojov." Táto práca obsahovala najdôležitejšiu matematickú rovnicu pre astronautiku, teraz známu ako „Tsiolkovského vzorec“, ktorá popisovala pohyb telesa s premenlivou hmotnosťou. Následne vyvinul dizajn raketového motora na kvapalné palivo, navrhol viacstupňový dizajn rakety a vyjadril myšlienku možnosti vytvorenia celých vesmírnych miest na nízkej obežnej dráhe Zeme. Ukázal, že jediným zariadením schopným prekonať gravitáciu je raketa, t.j. zariadenie s prúdovým motorom, ktoré využíva palivo a okysličovadlo umiestnené na samotnom zariadení.

Prúdový motor je motor, ktorý premieňa chemickú energiu paliva na kinetickú energiu prúdu plynu, pričom motor naberá otáčky v opačnom smere.

Myšlienku K.E. Tsiolkovského realizovali sovietski vedci pod vedením akademika Sergeja Pavloviča Koroleva. Prvý umelý satelit Zeme v histórii bol vypustený raketou v Sovietskom zväze 4. októbra 1957.

Princíp prúdového pohonu nachádza široké praktické uplatnenie v letectve a kozmonautike. Vo vesmíre neexistuje médium, s ktorým by teleso mohlo interagovať a tým meniť smer a veľkosť svojej rýchlosti, preto sa na vesmírne lety môžu používať iba prúdové lietadlá, teda rakety.

Raketové zariadenie

Pohyb rakety je založený na zákone zachovania hybnosti. Ak je v určitom okamihu akékoľvek teleso odhodené z rakety, získa rovnaký impulz, ale nasmerovaný opačným smerom.

Každá raketa, bez ohľadu na jej dizajn, má vždy plášť a palivo s okysličovadlom. Raketový plášť zahŕňa užitočné zaťaženie (v tomto prípade kozmickú loď), prístrojový priestor a motor (spaľovaciu komoru, čerpadlá atď.).

Hlavnou hmotou rakety je palivo s okysličovadlom (oxidačné činidlo je potrebné na udržanie spaľovania paliva, pretože vo vesmíre nie je žiadny kyslík).

Palivo a okysličovadlo sa privádzajú do spaľovacej komory pomocou čerpadiel. Palivo sa pri spaľovaní mení na plyn s vysokou teplotou a vysokým tlakom. V dôsledku veľkého tlakového rozdielu v spaľovacej komore a vo vonkajšom priestore vychádzajú plyny zo spaľovacej komory silným prúdom cez špeciálne tvarované hrdlo nazývané dýza. Účelom trysky je zvýšiť rýchlosť prúdu.

Pred štartom rakety je jej hybnosť nulová. V dôsledku interakcie plynu v spaľovacej komore a všetkých ostatných častí rakety dostane plyn unikajúci cez dýzu nejaký impulz. Potom je raketa uzavretým systémom a jej celková hybnosť musí byť po štarte nulová. Preto celý plášť rakety, ktorý je v ňom, dostane impulz rovnajúci sa veľkosti impulzu plynu, ale opačný smer.

Najmasívnejšia časť rakety, určená na štart a zrýchlenie celej rakety, sa nazýva prvý stupeň. Keď prvý masívny stupeň viacstupňovej rakety pri zrýchlení vyčerpá všetky zásoby paliva, oddelí sa. Ďalšie zrýchľovanie pokračuje druhým, menej masívnym stupňom a pridáva k rýchlosti predtým dosiahnutej pomocou prvého stupňa o niečo viac rýchlosti a potom sa oddeľuje. Tretí stupeň pokračuje vo zvyšovaní rýchlosti na požadovanú hodnotu a prenáša užitočné zaťaženie na obežnú dráhu.

Prvým človekom, ktorý letel vo vesmíre, bol občan Sovietskeho zväzu Jurij Alekseevič Gagarin. 12. apríla 1961 Na satelite Vostok obletel zemeguľu.

Sovietske rakety ako prvé dosiahli Mesiac, obleteli Mesiac a odfotografovali jeho stranu neviditeľnú zo Zeme a ako prvé dosiahli planétu Venušu a dopravili na jej povrch vedecké prístroje. V roku 1986 dve sovietske kozmické lode Vega 1 a Vega 2 podrobne preskúmali Halleyovu kométu, ktorá sa k Slnku približuje raz za 76 rokov.

Koncept prúdového pohonu a prúdového ťahu

Prúdový pohon (z hľadiska príkladov v prírode)- pohyb, ku ktorému dochádza, keď sa ktorákoľvek jeho časť oddelí od tela určitou rýchlosťou.

Princíp prúdového pohonu je založený na zákone zachovania hybnosti izolovanej mechanickej sústavy telies:

To znamená, že celková hybnosť systému častíc je konštantná. Pri absencii vonkajších vplyvov je impulz systému nulový a je možné ho meniť zvnútra v dôsledku prúdového ťahu.

Tryskový ťah (z pohľadu príkladov v prírode)- reakčná sila separovaných častíc, ktorá pôsobí v bode stredu výfuku (u rakety - stred výstupu z dýzy motora) a smeruje opačne k vektoru rýchlosti separovaných častíc.

Hmotnosť pracovnej tekutiny (raketa)

Všeobecné zrýchlenie pracovnej tekutiny

Prietok oddelených častíc (plynov)

Každá druhá spotreba paliva

Príklady prúdového pohonu v neživej prírode

Tryskový pohyb možno nájsť aj vo svete rastlín. V južných krajinách (a aj tu na pobreží Čierneho mora) rastie rastlina nazývaná „šialená uhorka“.

Latinský názov rodu Ecballium pochádza z gréckeho slova, ktoré znamená „vyhodiť“, podľa štruktúry plodov, ktoré vyhadzujú semená.

Plody uhorky šialenej sú modrozelené alebo zelené, šťavnaté, podlhovasté alebo podlhovasto vajcovité, 4-6 cm dlhé, 1,5-2,5 cm široké, štetinovité, na oboch koncoch tupé, viacsemenné (obrázok 1). Semená sú podlhovasté, malé, stlačené, hladké, úzko ohraničené, dlhé asi 4 mm. Keď semená dozrievajú, tkanivo, ktoré ich obklopuje, sa mení na slizkú hmotu. Zároveň sa v plodoch vytvára veľký tlak, v dôsledku čoho sa ovocie oddeľuje od stopky a semená spolu so slizom sú násilne vyhadzované cez vzniknutý otvor. Samotné uhorky odlietajú opačným smerom. Šialená uhorka (inak nazývaná „dámska pištoľ“) strieľa na viac ako 12 m (obr. 2).

Príklady prúdového pohonu v živočíšnej ríši

Morské príšery

Mnoho morských živočíchov používa na pohyb prúdový pohon, vrátane medúz, hrebenatok, chobotníc, chobotníc, sépií, salps a niektorých druhov planktónu. Všetky využívajú reakciu vyvrhnutého prúdu vody, rozdiel je v stavbe tela, a teda v spôsobe príjmu a výdaja vody.

Mäkkýš morský (obr. 3) sa pohybuje v dôsledku reaktívnej sily prúdu vody vyvrhnutého z ulity pri prudkom stlačení jeho ventilov. Tento druh pohybu využíva v prípade nebezpečenstva.

Sépia (obrázok 4) a chobotnice (obrázok 5) naberú vodu do žiabrovej dutiny cez bočnú štrbinu a špeciálny lievik pred telom a potom cez lievik energicky vyvrhnú prúd vody. Sépia nasmeruje lievikovú trubicu na stranu alebo dozadu a rýchlo z nej vytlačí vodu a môže sa pohybovať rôznymi smermi. Chobotnice preložením chápadiel nad hlavou dávajú svojmu telu aerodynamický tvar a môžu tak ovládať svoj pohyb a meniť jeho smer.

Chobotnice môžu dokonca lietať. Francúzsky prírodovedec Jean Verani videl, ako obyčajná chobotnica v akváriu zrýchlila a zrazu vyskočila z vody dozadu. Keď opísal vo vzduchu oblúk dlhý asi päť metrov, skočil späť do akvária. Pri naberaní rýchlosti na skok sa chobotnica pohybovala nielen v dôsledku prúdového ťahu, ale aj veslovala svojimi chápadlami.

Salpa (obr. 6) je morský živočích s priehľadným telom, pri pohybe prijíma vodu predným otvorom a voda sa dostáva do širokej dutiny, v ktorej sú diagonálne natiahnuté žiabre. Akonáhle si zviera dá veľký dúšok vody, otvor sa zatvorí. Potom sa stiahnu pozdĺžne a priečne svaly salpu, celé telo sa stiahne a voda sa vytlačí zadným otvorom.

Kalmáre (obr. 7). Svalové tkanivo - plášť obklopuje telo mäkkýšov zo všetkých strán, objem jeho dutiny je takmer polovičný ako objem tela chobotnice. Zviera nasáva vodu do dutiny plášťa a potom ostro vyvrhne prúd vody cez úzku dýzu a vysokou rýchlosťou sa pohybuje dozadu. Zároveň sa všetkých desať chápadiel chobotnice nad hlavou zloží do uzla a získa aerodynamický tvar. Tryska je vybavená špeciálnym ventilom a svaly ju môžu otáčať a meniť smer pohybu. Kalmárový motor je veľmi ekonomický a dokáže dosiahnuť rýchlosť až 60 - 70 km/h. Ohnutím zviazaných chápadiel doprava, doľava, nahor alebo nadol sa chobotnica otáča jedným alebo druhým smerom. Keďže takýto volant je v porovnaní so samotným zvieraťom veľmi veľký, stačí jeho mierny pohyb na to, aby sa chobotnici aj v plnej rýchlosti bez problémov vyhli zrážke s prekážkou. Ale keď potrebujete rýchlo plávať, lievik vždy vyčnieva priamo medzi chápadlá a chobotnica sa rúti chvostom ako prvá.

Inžinieri už vytvorili motor podobný motoru chobotnice. Hovorí sa tomu vodné delo. V nej sa do komory nasáva voda. A potom sa z nej vyhodí cez trysku; plavidlo sa pohybuje v smere opačnom k ​​smeru prúdovej emisie. Voda sa nasáva pomocou bežného benzínového alebo naftového motora (pozri prílohu).

Najlepším pilotom medzi mäkkýšmi je chobotnica Stenoteuthis. Námorníci to nazývajú „lietajúca chobotnica“. Rybu prenasleduje takou rýchlosťou, že často vyskočí z vody a preletí po jej hladine ako šíp. K tomuto triku sa uchýli, aby si zachránil život pred predátormi – tuniakom a makrelou. Po vyvinutí maximálneho prúdového ťahu vo vode pilot chobotnice vzlietne do vzduchu a preletí nad vlnami viac ako päťdesiat metrov. Apogeum letu živej rakety leží tak vysoko nad vodou, že lietajúce chobotnice často končia na palubách zaoceánskych lodí. Štyri až päť metrov nie je rekordná výška, do ktorej chobotnice stúpajú do neba. Niekedy vyletia ešte vyššie.

Anglický výskumník mäkkýšov Dr. Rees vo vedeckom článku opísal chobotnicu (dlhú len 16 centimetrov), ktorá po preletení značnej vzdialenosti vzduchom spadla na most jachty, ktorá sa týčila takmer sedem metrov nad vodou.

Stáva sa, že na loď v šumivej kaskáde padne veľa lietajúcich chobotníc. Staroveký spisovateľ Trebius Niger raz rozprával smutný príbeh o lodi, ktorá sa údajne potopila pod váhou lietajúcich kalamárov, ktoré dopadli na jej palubu.

Hmyz

Larvy vážok sa pohybujú podobným spôsobom. A nie všetky, ale dlhobruché, aktívne plávajúce larvy stojatých (čeľaď Rocker) a tečúcich (čeľaď Cordulegaster) vôd, ako aj krátkobruché lezúce larvy stojatých vôd. Larva využíva prúdový pohyb hlavne vo chvíľach nebezpečenstva, aby sa rýchlo presunula na iné miesto. Tento spôsob pohybu neumožňuje presné manévrovanie a nie je vhodný na prenasledovanie koristi. Larvy rockerov však nikoho neprenasledujú - radšej lovia zo zálohy.

Zadné črevo larvy vážky okrem svojej hlavnej funkcie slúži aj ako orgán pohybu. Voda naplní zadné črevo, potom sa silou vyhodí a larva sa pohybuje podľa princípu prúdového pohybu o 6-8 cm.

prírodná technológia prúdového pohonu

Aplikácia