Física. Movimiento reactivo en la naturaleza y la tecnología. Información interesante sobre la propulsión a chorro Dónde se produce la propulsión a chorro en la naturaleza

Naves espaciales de varias toneladas se elevan hacia el cielo y medusas, sepias y pulpos transparentes y gelatinosos maniobran hábilmente en las aguas del mar. ¿Qué tienen en común? Resulta que en ambos casos, se utiliza el principio de propulsión a chorro para moverse. Este es el tema al que está dedicado nuestro artículo de hoy.

Echemos un vistazo a la historia

Lo mas la primera información confiable sobre misiles se remonta al siglo XIII. Fueron utilizados por los hindúes, chinos, árabes y europeos en combate como armas de combate y señales. A esto le siguieron siglos de olvido casi total de estos dispositivos.

En Rusia, la idea de utilizar un motor a reacción revivió gracias a las obras del revolucionario Nikolai Kibalchich. Sentado en las mazmorras reales, desarrolló Proyecto ruso motor a reacción y aviones para personas. Kibalchich fue ejecutado y su proyecto estuvo acumulando polvo en los archivos de la policía secreta zarista durante muchos años.

Las principales ideas, dibujos y cálculos de este hombre talentoso y valiente recibieron mayor desarrollo en los trabajos de K.E. Tsiolkovsky, quien propuso usarlos para comunicaciones interplanetarias. De 1903 a 1914 publicó una serie de trabajos, donde demuestra de manera convincente la posibilidad de utilizar la propulsión a chorro para la exploración espacial y fundamenta la conveniencia de utilizar cohetes multietapa.

Muchos desarrollos científicos de Tsiolkovsky todavía se utilizan en cohetería.

Cohetes biológicos

¿Cómo, en general, surgió la idea de moverse, partiendo de su propia corriente en chorro? Quizás, al observar de cerca la vida marina, los habitantes de las zonas costeras notaron cómo sucede esto en el reino animal.

Por ejemplo, Vieira se mueve debido a la fuerza reactiva del chorro de agua expulsado de la carcasa durante la rápida compresión de sus válvulas. Pero nunca se mantendrá al día con los nadadores más rápidos: el calamar.

Sus cuerpos parecidos a cohetes se precipitan con la cola hacia adelante, expulsando el agua almacenada de un embudo especial. se mueven según el mismo principio, exprimiendo el agua contrayendo su cúpula transparente.

La naturaleza ha dotado de un "motor a reacción" y una planta llamada "chorreando pepino". Cuando sus frutos están completamente maduros, en respuesta al menor toque, dispara el gluten con las semillas. ¡El feto se lanza en la dirección opuesta a una distancia de hasta 12 m!

Ni la vida marina ni las plantas conocen las leyes físicas que subyacen a este modo de movimiento. Intentaremos resolverlo.

Fundamentos físicos del principio de propulsión a chorro.

Pasemos primero al experimento más simple. Inflar una pelota de goma y, sin atar, entremos en vuelo libre. El movimiento rápido de la pelota continuará mientras la corriente de aire que emana de ella sea lo suficientemente fuerte.

Para explicar los resultados de este experimento, debemos recurrir a la Ley III, que establece que dos cuerpos interactúan con fuerzas iguales en magnitud y opuestas en dirección. En consecuencia, la fuerza con la que actúa la pelota sobre los chorros de aire que escapan de ella es igual a la fuerza con la que el aire empuja la pelota lejos de sí mismo.

Transfieramos este razonamiento al cohete. Estos dispositivos arrojan parte de su masa a gran velocidad, como resultado de lo cual ellos mismos reciben una aceleración en la dirección opuesta.

Desde el punto de vista de la física, este el proceso se explica claramente por la ley de conservación de la cantidad de movimiento. El momento es el producto de la masa corporal por su velocidad (mv). Mientras el cohete está en reposo, su velocidad y su momento son iguales a cero. Si se expulsa una corriente en chorro, entonces la parte restante, de acuerdo con la ley de conservación de la cantidad de movimiento, debe adquirir una velocidad tal que la cantidad de movimiento total siga siendo igual a cero.

Pasemos a las fórmulas:

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

m g v g = - m p v p,

dónde m g v g impulso creado por un chorro de gases, m p v p impulso recibido por el cohete.

El signo menos muestra que la dirección de movimiento del cohete y el avión es opuesta.

La estructura y el principio de funcionamiento de un motor a reacción.

En tecnología, los motores a reacción ponen en movimiento aviones, cohetes y lanzan naves espaciales a órbitas. Dependiendo del propósito, tienen un dispositivo diferente. Pero cada uno de ellos tiene un suministro de combustible, una cámara para su combustión y una boquilla que acelera la corriente en chorro.

Las estaciones automáticas interplanetarias también están equipadas con un compartimiento de instrumentos y cabinas con un sistema de soporte vital para astronautas.

Los cohetes espaciales modernos son aviones complejos de varias etapas que utilizan los últimos avances en ingeniería. Después del lanzamiento, el combustible en la etapa inferior se quema primero, después de lo cual se separa del cohete, reduciendo su masa total y aumentando su velocidad.

Luego se consume combustible en la segunda etapa y así sucesivamente Finalmente, la aeronave se lleva a una trayectoria predeterminada y comienza su vuelo independiente.

Soñemos un poco

El gran soñador y científico K.E. Tsiolkovsky dio a las generaciones futuras la confianza de que los motores a reacción permitirían a la humanidad salir de la atmósfera terrestre y precipitarse hacia el espacio. Su predicción se hizo realidad. La luna, e incluso los cometas distantes, son explorados con éxito por naves espaciales.

En astronáutica, se utilizan motores a reacción líquidos. Utilizando derivados del petróleo como combustible, pero las velocidades que se pueden obtener con su ayuda son insuficientes para vuelos muy largos.

Quizás ustedes, nuestros queridos lectores, serán testigos de los vuelos de los terrestres a otras galaxias en vehículos con motores a reacción nucleares, termonucleares o de iones.

Si este mensaje es útil para usted, es bueno verte.

La ley de conservación del momento es de gran importancia cuando se considera la propulsión a chorro.
Debajo propulsión a Chorro Comprender el movimiento de un cuerpo que se produce cuando una parte de él se separa a una cierta velocidad con respecto a él, por ejemplo, cuando los productos de combustión fluyen por la boquilla de un avión a reacción. En este caso, el llamado Fuerza reactiva empujando el cuerpo.
La peculiaridad de la fuerza reactiva es que surge como resultado de la interacción de partes del propio sistema sin ninguna interacción con cuerpos externos.
Mientras que la fuerza que imparte aceleración, por ejemplo, a un peatón, barco o avión, surge solo debido a la interacción de estos cuerpos con la tierra, el agua o el aire.

Por lo que el movimiento del cuerpo se puede obtener como resultado de la salida de un chorro de líquido o gas.

En la naturaleza, propulsión a chorro es inherente principalmente a los organismos vivos que viven en el medio acuático.

En tecnología, la propulsión a chorro se utiliza en el transporte fluvial (motores a reacción), en la industria automotriz (coches de carreras), en asuntos militares, en aviación y astronáutica.
Todos los aviones modernos de alta velocidad están equipados con motores a reacción. son capaces de proporcionar la velocidad de vuelo requerida.
Es imposible utilizar motores distintos a los motores a reacción en el espacio exterior, ya que allí no hay soporte, a partir del cual se podría recibir aceleración.

La historia del desarrollo de la tecnología a reacción.

El creador del cohete militar ruso fue el científico de artillería K.I. Konstantinov. Con un peso de 80 kg, el alcance del cohete Konstantinov alcanzó los 4 km.

La idea de utilizar la propulsión a chorro en un avión, el proyecto de un dispositivo aeronáutico a reacción, fue presentada en 1881 por N.I. Kibalchich.

En 1903, el famoso físico K.E. Tsiolkovsky demostró la posibilidad de volar en el espacio interplanetario y desarrolló el proyecto del primer avión cohete con un motor de chorro líquido.

K.E. Tsiolkovsky diseñó un tren de cohetes espaciales, compuesto por una serie de cohetes que funcionan a su vez y desaparecen a medida que se agota el combustible.

Principios de uso de motores a reacción.

El corazón de cualquier motor a reacción es una cámara de combustión, en la que, durante la combustión del combustible, se forman gases que tienen una temperatura muy alta y ejercen presión sobre las paredes de la cámara. Los gases se expulsan de una boquilla de cohete estrecha a alta velocidad y crean un empuje de chorro. De acuerdo con la ley de conservación del momento, el cohete adquiere velocidad en la dirección opuesta.

El impulso del sistema (productos de combustión de cohetes) sigue siendo cero. Dado que la masa del cohete disminuye, incluso con una velocidad constante de salida de gas, su velocidad aumentará, alcanzando gradualmente su valor máximo.
El movimiento de un cohete es un ejemplo del movimiento de un cuerpo de masa variable. Para calcular su velocidad, se utiliza la ley de conservación del momento.

Los motores a reacción se dividen en motores de cohetes y motores a reacción.

Motores de cohetes son combustibles sólidos o líquidos.
En los motores de cohetes de propulsante sólido, el combustible que contiene un combustible y un agente oxidante se arrojará al interior de la cámara de combustión del motor.
V motores a reacción líquidos Diseñado para lanzar naves espaciales, el combustible y el oxidante se almacenan por separado en tanques especiales y se bombean a la cámara de combustión con la ayuda de bombas. Pueden utilizar queroseno, gasolina, alcohol, hidrógeno líquido, etc. como combustible y oxígeno líquido como agente oxidante necesario para la combustión. Ácido nítrico, y etc.

Los cohetes espaciales modernos de tres etapas se lanzan verticalmente y, después de atravesar capas densas de la atmósfera, se transfieren para volar en una dirección determinada. Cada etapa del cohete tiene su propio tanque de combustible y oxidante, así como su propio motor a reacción. A medida que se quema el combustible, las etapas de cohete gastadas se descartan.

Motores de chorro de aire Actualmente se utiliza principalmente en aviones. Su principal diferencia con los motores de cohetes es que el oxígeno del aire que ingresa al motor desde la atmósfera sirve como agente oxidante para la combustión del combustible.
Los motores de chorro de aire incluyen motores con turbocompresor con compresores axiales y centrífugos.
El aire de estos motores es aspirado y comprimido por un compresor impulsado por una turbina de gas. Los gases que salen de la cámara de combustión crean una fuerza de empuje reactiva y hacen girar el rotor de la turbina.

A velocidades de vuelo muy altas, la compresión de gases en la cámara de combustión se puede llevar a cabo debido al flujo de aire entrante que se aproxima. No es necesario un compresor.

Terminado:
Estudiante
Grupos 1-121
Okuneva Alena
Comprobado:
P.L. Vineaminovna

Pueblo de Perevoz
2011
Contenido:

Introducción: que es Propulsión a Chorro………………………………………………………… …..…………………………………..3
Impulso de la ley de conservación ………………………………………………………………… .4
Aplicación de la propulsión a chorro en la naturaleza ………………………… ..….… .... 5
Aplicación de la propulsión a chorro en la tecnología ……. ………………… ...… ..….… .6
Propulsión a reacción "Misil intercontinental" ………… .. ……… ...… 7
Los cimientos físicos de un motor a reacción..................... .................... 8
Clasificación de motores a reacción y características de su uso ………………………………………………………………………. …………. …… .9
Características del diseño y creación de una aeronave ... .. ... 10
Conclusión …………………………………………………………………………………………… .11
Lista de literatura usada ……………………………………………… ...

"Propulsión a Chorro"
El movimiento reactivo es el movimiento de un cuerpo debido a la separación de él con una cierta velocidad de algunas de sus partes. El movimiento reactivo se describe con base en la ley de conservación de la cantidad de movimiento.
La propulsión a chorro, que ahora se utiliza en aviones, cohetes y proyectiles espaciales, es característica de pulpos, calamares, sepias, medusas; todos, sin excepción, utilizan la reacción (retroceso) del chorro de agua lanzado para nadar.
También se pueden encontrar ejemplos de propulsión a chorro en el mundo vegetal.
En los países del sur existe una planta llamada "pepino loco". Solo hay que tocar ligeramente la fruta madura, similar a un pepino, ya que rebota en el tallo, y a través del orificio formado por la fruta, un líquido con semillas sale volando con una fuente a una velocidad de hasta 10 m / s. .

Al mismo tiempo, los propios pepinos vuelan en la dirección opuesta. Un pepino loco (de lo contrario se llama "pistola de dama") dispara más de 12 m.

"Ley de conservación del impulso"
En un sistema cerrado, la suma vectorial de los momentos de todos los cuerpos incluidos en el sistema permanece constante para cualquier interacción entre los cuerpos de este sistema.
Esta ley fundamental de la naturaleza se llama ley de conservación de la cantidad de movimiento. Es una consecuencia de la segunda y tercera leyes de Newton. Considere dos cuerpos que interactúan y que forman parte de un sistema cerrado.
Las fuerzas de interacción entre estos cuerpos serán denotadas por y Según la tercera ley de Newton Si estos cuerpos interactúan durante el tiempo t, entonces los impulsos de las fuerzas de interacción son iguales en magnitud y se dirigen en direcciones opuestas: Aplicar a estos cuerpos la segunda ley de Newton:

"El uso de la propulsión a chorro en la naturaleza"
La propulsión a chorro es utilizada por muchos moluscos: pulpos, calamares, sepias. Por ejemplo, un molusco de vieira avanza debido a la fuerza reactiva de una corriente de agua expulsada de una concha cuando sus válvulas se comprimen bruscamente.

Pulpo
La sepia, como la mayoría de los cefalópodos, se mueve en el agua de la siguiente manera. Atrae agua hacia la cavidad branquial a través de la hendidura lateral y un embudo especial frente al cuerpo, y luego arroja vigorosamente un chorro de agua a través del embudo. La sepia dirige el tubo del embudo hacia un lado o hacia atrás y, al exprimir rápidamente el agua, puede moverse en diferentes direcciones.
La salpa es un animal marino de cuerpo transparente, cuando se mueve, recibe agua por la abertura frontal y el agua ingresa a una cavidad amplia, dentro de la cual se estiran las branquias en diagonal. Tan pronto como el animal toma un largo sorbo de agua, el orificio se cierra. Luego, los músculos longitudinales y transversales de la salpa se contraen, todo el cuerpo se contrae y el agua sale por la abertura posterior. La reacción del chorro que fluye empuja la salpa hacia adelante. De mayor interés es el motor a reacción de calamar. El calamar es el habitante invertebrado más grande de las profundidades del océano. Los calamares han alcanzado la máxima perfección en la navegación a reacción. Sus cuerpos incluso copian el cohete con sus formas externas. Conociendo la ley de conservación del impulso, puede cambiar su propia velocidad de movimiento en el espacio abierto. Si está en un bote y tiene varias piedras pesadas, entonces al lanzar piedras en una dirección determinada, se moverá en la dirección opuesta. Lo mismo ocurrirá en el espacio exterior, pero allí utilizan motores a reacción para ello.

"El uso de la propulsión a chorro en la tecnología"
A fines del primer milenio d.C., China inventó la propulsión a chorro, que propulsaba cohetes, tubos de bambú llenos de pólvora, que también se usaban como diversión. Uno de los primeros proyectos de coches también fue con un motor a reacción y este proyecto pertenecía a Newton.
El autor del primer proyecto mundial de un avión a reacción diseñado para vuelos humanos fue el revolucionario ruso N.I. Kibalchich. Fue ejecutado el 3 de abril de 1881 por participar en el intento de asesinato del emperador Alejandro II. Desarrolló su proyecto en prisión después de la pena de muerte. Kibalchich escribió: “Mientras estaba en prisión, unos días antes de mi muerte, estoy escribiendo este proyecto. Creo en la viabilidad de mi idea, y esta creencia me sostiene en mi terrible posición ... enfrentaré la muerte con calma, sabiendo que mi idea no perecerá conmigo ".
La idea de utilizar cohetes para vuelos espaciales fue propuesta a principios de este siglo por el científico ruso Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. En 1903, un artículo del profesor del gimnasio de Kaluga K.E. Tsiolkovsky "Exploración de los espacios del mundo mediante dispositivos a reacción". Este trabajo contenía la ecuación matemática más importante para la astronáutica, ahora conocida como la "fórmula de Tsiolkovsky", que describe el movimiento de un cuerpo de masa variable. En el futuro, desarrolló un esquema para un motor de cohete con combustible líquido, propuso un diseño de cohete multietapa y expresó la idea de la posibilidad de crear ciudades espaciales enteras en órbita cercana a la Tierra. Demostró que el único dispositivo capaz de vencer la fuerza de la gravedad es un cohete, es decir, Aparato con un motor a reacción que utiliza combustible y un oxidante ubicado en el propio aparato. Los cohetes soviéticos fueron los primeros en llegar a la Luna, rodearon la Luna y fotografiaron su lado invisible desde la Tierra, los primeros en llegar al planeta Venus y entregar instrumentos científicos a su superficie. En 1986, dos naves espaciales soviéticas "Vega-1" y "Vega-2" examinaron el cometa Halley a corta distancia, acercándose al Sol una vez cada 76 años.

Propulsión a chorro "Misil intercontinental"
La humanidad siempre ha soñado con viajar al espacio. Escritores de ciencia ficción, científicos y soñadores han propuesto una variedad de medios para lograr este objetivo. Pero el único medio a disposición del hombre, con la ayuda del cual uno puede vencer la fuerza de la gravedad y volar al espacio durante muchos siglos, no ha sido inventado por un solo científico, ni un solo escritor de ciencia ficción. K.E. Tsiolkovsky: el fundador de la teoría del vuelo espacial.
Por primera vez, el sueño y las aspiraciones de muchas personas fueron acercados a la realidad por primera vez por el científico ruso Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), quien demostró que el único aparato capaz de vencer la gravedad es un cohete, fue el primero en proporcionar pruebas científicas de la posibilidad de utilizar un cohete para vuelos al espacio exterior, más allá de la atmósfera terrestre y a otros planetas del sistema solar. Tsoilkovsky llamó cohete a un dispositivo con un motor a reacción que usa combustible y un oxidante.
Como sabrá por el curso de física, un disparo de un arma va acompañado de un retroceso. Según las leyes de Newton, una bala y una pistola volarían en diferentes direcciones a la misma velocidad si tuvieran la misma masa. La masa de gases rechazada crea una fuerza reactiva, gracias a la cual se puede asegurar el movimiento, tanto en el aire como en el espacio sin aire, así es como se produce el retroceso. Cuanto mayor es la fuerza de retroceso que sentimos por nuestro hombro, mayor es la masa y velocidad de los gases que salen y, en consecuencia, cuanto más fuerte es la reacción del arma, mayor es la fuerza reactiva. Estos fenómenos se explican por la ley de conservación del momento:
la suma vectorial (geométrica) de los momentos de los cuerpos que componen un sistema cerrado permanece constante para cualquier movimiento e interacción de los cuerpos del sistema.
La fórmula presentada de Tsiolkovsky es la base sobre la que se basa todo el cálculo de los misiles modernos. El número de Tsiolkovsky es la relación entre la masa de combustible y la masa del cohete al final de la operación del motor, y el peso del cohete vacío.
Por lo tanto, se encontró que la velocidad máxima alcanzable del cohete depende principalmente de la velocidad de salida de los gases de la boquilla. Y la velocidad de salida de los gases de la boquilla, a su vez, depende del tipo de combustible y de la temperatura de la corriente de gas. Esto significa que cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la velocidad. Luego, para un cohete real, debe seleccionar el combustible más alto en calorías que proporcione la mayor cantidad de calor. La fórmula muestra que, entre otras cosas, la velocidad del cohete depende de la masa inicial y final del cohete, de cuánto de su peso recae sobre el combustible y de qué parte está en estructuras inútiles (en términos de velocidad de vuelo): cuerpo , mecanismos, etc.etc.
La principal conclusión de esta fórmula de Tsiolkovsky para determinar la velocidad de un cohete espacial es que en un espacio sin aire el cohete se desarrollará cuanto mayor sea la velocidad, mayor será la velocidad de salida de los gases y mayor el número de Tsiolkovsky.

"Fundamentos físicos de un motor a reacción"
Los potentes motores a reacción modernos de varios tipos se basan en el principio de reacción directa, es decir el principio de crear una fuerza motriz (o empuje) en forma de reacción (retroceso) de un chorro de "sustancia de trabajo" que sale del motor, generalmente gases incandescentes. Todos los motores tienen dos procesos de conversión de energía. Primero, la energía química del combustible se convierte en energía térmica de los productos de combustión y luego la energía térmica se utiliza para realizar trabajo mecánico. Dichos motores incluyen motores de pistón de automóviles, locomotoras diesel, turbinas de vapor y gas de centrales eléctricas, etc. Una vez que se han formado gases calientes en un motor térmico, que contienen una gran energía térmica, esta energía debe convertirse en energía mecánica. Después de todo, los motores se utilizan para realizar Trabajo mecánico, para "mover" algo, para ponerlo en acción, no importa si es una máquina dinamo bajo pedido para agregar dibujos a una central eléctrica, una locomotora diesel, un automóvil o un avión. Para que la energía térmica de los gases se transforme en energía mecánica, su volumen debe aumentar. Con esta expansión, los gases hacen el trabajo, lo que consume su energía interna y térmica.
La tobera de chorro puede tener diferentes formas y, además, diferentes diseños según el tipo de motor. Lo principal es la velocidad a la que los gases salen del motor. Si esta velocidad de flujo de salida no excede la velocidad con la que se propagan las ondas sonoras en los gases de salida, entonces la boquilla es un segmento de tubería cilíndrico simple o que se estrecha. Si la velocidad del flujo de salida debe exceder la velocidad del sonido, entonces a la boquilla se le da la forma de una tubería en expansión o, primero, se estrecha y luego se expande (boquilla Lovely). Solo en una tubería de esta forma, como muestran la teoría y la experiencia, el gas puede acelerarse a velocidades supersónicas y la "barrera del sonido" puede ser superada.

"Clasificación de motores a reacción y características de su uso"
Sin embargo, este poderoso tronco, el principio de reacción directa, dio a luz a una enorme corona del "árbol genealógico" de la familia de motores a reacción. Familiarizarse con las principales ramas de su corona, coronando el "tronco" de una reacción directa. Pronto, como puede ver en la imagen (ver más abajo), este tronco se divide en dos partes, como si hubiera sido dividido por un rayo. Ambos baúles nuevos están igualmente decorados con poderosas coronas. Esta división se debió al hecho de que todos los motores a reacción "químicos" se dividen en dos clases, dependiendo de si utilizan el aire ambiente para su trabajo o no.
En un motor sin compresor de otro tipo, un estatorreactor, ni siquiera existe esta rejilla de válvulas y la presión en la cámara de combustión aumenta como resultado de la presión a alta velocidad, es decir. frenando el flujo de aire que entra en el motor en vuelo. Está claro que un motor de este tipo es capaz de funcionar solo cuando la aeronave ya está volando a una velocidad suficientemente alta; no desarrollará empuje en el estacionamiento. Pero por otro lado, a una velocidad muy alta, 4-5 veces la velocidad del sonido, un motor estatorreactor desarrolla un empuje muy alto y consume menos combustible que cualquier otro motor a reacción "químico" en estas condiciones. Por eso los motores ramjet.
etc .................

Para muchas personas, el concepto mismo de "propulsión a reacción" está fuertemente asociado con los logros modernos de la ciencia y la tecnología, especialmente la física, y aparecen en sus cabezas imágenes de aviones a reacción o incluso naves espaciales que vuelan a velocidades supersónicas utilizando los notorios motores a reacción. De hecho, el fenómeno de la propulsión a chorro es mucho más antiguo que incluso el propio hombre, porque apareció mucho antes que nosotros los humanos. Sí, la propulsión a chorro está representada activamente en la naturaleza: las medusas y las sepias han estado nadando en las profundidades del mar durante millones de años según el mismo principio por el que vuelan los aviones a reacción supersónicos modernos en la actualidad.

Historia de la propulsión a chorro

Desde la antigüedad, varios científicos han observado los fenómenos de la propulsión a chorro en la naturaleza, por lo que el antiguo matemático y mecánico griego Heron escribió sobre él antes que nadie, sin embargo, nunca fue más allá de la teoría.

Si hablamos de la aplicación práctica de la propulsión a chorro, los primeros aquí fueron los inventivos chinos. Hacia el siglo XIII, supusieron tomar prestado el principio de movimiento de pulpos y sepias al inventar los primeros misiles, que comenzaron a utilizar, tanto para fuegos artificiales como para operaciones militares (como arma de combate y señalización). Un poco más tarde, esta útil invención de los chinos fue adoptada por los árabes, y de ellos ya por los europeos.

Por supuesto, los primeros misiles cohete condicional tenían un diseño relativamente primitivo y durante varios siglos prácticamente no se desarrollaron de ninguna manera, parecía que la historia del desarrollo de la propulsión a chorro se había estancado. Un gran avance en este asunto se produjo solo en el siglo XIX.

¿Quién descubrió la propulsión a chorro?

Quizás, los laureles del descubridor de la propulsión a chorro en el "nuevo tiempo" puedan ser otorgados a Nikolai Kibalchich, no solo a un talentoso inventor ruso, sino también a un revolucionario Narodnaya Volya. Creó su proyecto de un motor a reacción y un avión para personas mientras estaba sentado en una prisión zarista. Posteriormente, Kibalchich fue ejecutado por sus actividades revolucionarias, y su proyecto siguió acumulando polvo en las estanterías de los archivos de la policía secreta zarista.

Más tarde, los trabajos de Kibalchich en esta dirección fueron descubiertos y complementados por los trabajos de otro científico talentoso K.E. Tsiolkovsky. De 1903 a 1914 publicó una serie de trabajos en los que demostró de forma convincente la posibilidad de utilizar la propulsión a chorro en la creación de naves espaciales para el estudio del espacio exterior. También formó el principio de usar cohetes multietapa. Hasta el día de hoy, muchas de las ideas de Tsiolkovsky se utilizan en cohetería.

Ejemplos de propulsión a chorro en la naturaleza

Seguramente mientras nadaba en el mar, vio medusas, pero difícilmente pensó que estas asombrosas (y, además, lentas) criaturas se mueven con precisión con la ayuda de la propulsión a chorro. Es decir, al encoger su cúpula transparente, exprimen el agua, que sirve como una especie de "motor a reacción" para las medusas.

La sepia también tiene un mecanismo de movimiento similar: a través de un embudo especial frente al cuerpo y a través de la hendidura lateral, extrae agua hacia su cavidad branquial y luego la arroja vigorosamente a través del embudo, dirigida hacia atrás o hacia los lados (según la dirección del movimiento de la sepia deseada).

Pero el motor a reacción más interesante creado por la naturaleza se encuentra en el calamar, que con razón se puede llamar "torpedos vivientes". De hecho, incluso el cuerpo de estos animales se parece a un cohete en su forma, aunque en realidad todo es exactamente lo contrario: es un cohete con su diseño que copia el cuerpo de un calamar.

Si el calamar necesita hacer un lanzamiento rápido, utiliza su motor a reacción natural. Su cuerpo está rodeado por un manto, un tejido muscular especial, y la mitad del volumen de todo el calamar cae sobre la cavidad del manto en la que succiona agua. Luego arroja bruscamente el chorro de agua recolectado a través de una boquilla estrecha, mientras dobla todos sus diez tentáculos sobre su cabeza de tal manera que adquiere una forma aerodinámica. Gracias a esta avanzada navegación a reacción, los calamares pueden alcanzar velocidades impresionantes de 60 a 70 km por hora.

Entre los propietarios de un motor a reacción en la naturaleza hay plantas, a saber, el llamado "pepino loco". Cuando sus frutos maduran, en respuesta al toque más ligero, dispara el gluten con semillas.

Ley de propulsión a chorro

Los calamares, los "pepinos locos", las medusas y otras sepias han estado utilizando la propulsión a chorro desde la antigüedad, sin pensar en su esencia física, pero intentaremos averiguar cuál es la esencia de la propulsión a chorro, qué tipo de movimiento se llama reactivo, y darle una definición.

Para empezar, puede recurrir a un experimento simple: si infla un globo ordinario con aire y, sin atarlo, lo deja volar, volará rápidamente hasta que se quede sin aire. Este fenómeno se explica por la tercera ley de Newton, que dice que dos cuerpos interactúan con fuerzas iguales en magnitud y opuestas en dirección.

Es decir, la fuerza del impacto de la pelota sobre los flujos de aire que escapan de ella es igual a la fuerza con la que el aire empuja la pelota lejos de sí mismo. Un cohete funciona de forma similar a una bola, que a gran velocidad arroja parte de su masa, mientras recibe una fuerte aceleración en la dirección opuesta.

La ley de conservación del momento y la propulsión a chorro.

La física explica el proceso de propulsión a chorro. El impulso es el producto de la masa corporal por su velocidad (mv). Cuando un cohete está en reposo, su momento y velocidad son cero. Cuando una corriente en chorro comienza a ser expulsada de él, entonces el resto, de acuerdo con la ley de conservación de la cantidad de movimiento, debería adquirir una velocidad tal a la que la cantidad de movimiento total seguirá siendo igual a cero.

Fórmula de propulsión a chorro

En general, la propulsión a chorro se puede describir mediante la siguiente fórmula:
m s v s + m p v p = 0
m s v s = -m p v p

donde m s v s es el impulso creado por el chorro de gas, m p v p es el impulso recibido por el cohete.

El signo menos muestra que la dirección de movimiento del cohete y la fuerza del movimiento de chorro del chorro son opuestas.

Propulsión a chorro en tecnología: el principio de funcionamiento de un motor a reacción

V tecnología moderna La propulsión a reacción juega un papel muy importante, ya que los motores a reacción impulsan aviones y naves espaciales. El diseño real de un motor a reacción puede diferir según su tamaño y propósito. Pero de una forma u otra, cada uno de ellos tiene

• suministro de combustible,
• cámara de combustión de combustible,
• boquilla, cuya tarea es acelerar la corriente en chorro.

Así es como se ve un motor a reacción.

El uso de la propulsión a chorro en la naturaleza Muchos de nosotros en nuestras vidas nos hemos conocido mientras nadamos en el mar con medusas. Pero pocas personas pensaron que las medusas utilizan la propulsión a chorro para moverse. Y, a menudo, la eficiencia de los invertebrados marinos que utilizan la propulsión a chorro es mucho mayor que la de las invenciones tecnológicas.

Sepia La sepia, como la mayoría de los cefalópodos, se mueve en el agua de la siguiente manera. Atrae agua hacia la cavidad branquial a través de la hendidura lateral y un embudo especial frente al cuerpo, y luego arroja vigorosamente un chorro de agua a través del embudo. La sepia dirige el tubo del embudo hacia un lado o hacia atrás y, al exprimir rápidamente el agua, puede moverse en diferentes direcciones.

Calamar El calamar es el habitante invertebrado más grande de las profundidades del océano. Se mueve de acuerdo con el principio de propulsión a chorro, absorbiendo agua y luego con una fuerza tremenda empujándolo a través de un orificio especial - "embudo", y a alta velocidad (aproximadamente 70 km / h) se mueve hacia atrás en sacudidas. En este caso, los diez tentáculos del calamar se juntan en un nudo sobre la cabeza y adquiere una forma aerodinámica.

Calamar Volador Es un animal pequeño del tamaño de un arenque. Persigue a los peces con tal ímpetu que a menudo salta fuera del agua, barriendo como una flecha sobre su superficie. Habiendo desarrollado el máximo empuje de chorro en el agua, el calamar piloto despega y sobrevuela las olas durante más de cincuenta metros. El apogeo del vuelo de un cohete vivo se encuentra tan alto sobre el agua que los calamares voladores a menudo aterrizan en las cubiertas de los barcos oceánicos. De cuatro a cinco metros no es una altura récord a la que los calamares se elevan hacia el cielo. A veces vuelan aún más alto.

Pulpo Los pulpos también pueden volar. El naturalista francés Jean Verany vio a un pulpo común acelerarse en un acuario y de repente saltó del agua hacia atrás. Después de describir un arco de cinco metros de largo en el aire, volvió a caer en el acuario. Reuniendo velocidad para saltar, el pulpo se movía no solo debido al empuje del jet, sino que también remaba con tentáculos.

Pepino rabioso En los países del sur (y también en nuestra costa del Mar Negro) crece una planta llamada "pepino loco". Solo hay que tocar ligeramente la fruta madura, similar a un pepino, que rebota en el tallo y, a través del orificio formado por la fruta a una velocidad de hasta 10 m / s, sale un líquido con semillas. Un pepino loco (de lo contrario se llama "pistola de dama") dispara más de 12 m.