Füüsika. Reaktiivne liikumine looduses ja tehnoloogias. Huvitav teave reaktiivjõu kohta Kus looduses reaktiivjõud esineb

Mitmetonnised kosmoselaevad hõljuvad taevasse ning merevetes manööverdavad osavalt läbipaistvad, želatiinsed meduusid, seepiad ja kaheksajalad – mis on neil ühist? Selgub, et mõlemal juhul kasutatakse liikumiseks reaktiivjõu põhimõtet. Just sellele teemale on meie tänane artikkel pühendatud.

Vaatame ajalugu

Kõige esimene usaldusväärne teave rakettide kohta pärineb 13. sajandist. Hindud, hiinlased, araablased ja eurooplased kasutasid neid lahingu- ja signaalrelvana. Sellele järgnes nende seadmete peaaegu täielik unustus sajandeid.

Venemaal taastati reaktiivmootori kasutamise idee tänu revolutsionääri Nikolai Kibaltšichi tööle. Kuninglikes vangikongides istudes arenes ta Vene projekt reaktiivmootor ja lennukid inimestele. Kibalchich hukati ja tema projekt kogus aastaid tsaariaegse salapolitsei arhiivis tolmu.

Selle andeka ja julge mehe peamised ideed, joonised ja arvutused said kätte edasine areng K.E. Tsiolkovski töödes, kes tegi ettepaneku kasutada neid planeetidevaheliseks suhtluseks. Aastatel 1903–1914 avaldas ta hulga töid, kus ta veenvalt tõestab reaktiivjõu kasutamise võimalust kosmoseuuringutes ja põhjendab mitmeastmeliste rakettide kasutamise otstarbekust.

Paljusid Tsiolkovski teaduslikke arenguid kasutatakse endiselt raketitööstuses.

Bioloogilised raketid

Kuidas see üldiselt tekkis kolimise idee, alustades oma reaktiivvoolust? Võib-olla märkasid rannikualade elanikud mereelu tähelepanelikult jälgides, kuidas see loomariigis toimub.

Näiteks, kammkarp liigub selle ventiilide kiirel kokkusurumisel kestast väljuva veejoa reaktiivjõu tõttu. Kuid ta ei saa kunagi sammu kiireimate ujujatega - kalmaaridega.

Nende raketitaolised kehad tormavad sabaga ettepoole, väljutades spetsiaalsest lehtrist talletatud vett. liiguvad samal põhimõttel, pigistades vett välja, tõmmates kokku nende läbipaistva kupli.

Loodus on varustanud "reaktiivmootoriga" ja taimega nn "kurgi pritsimine". Kui selle viljad on täielikult küpsed, väljutab see vastuseks vähimalegi puudutusele gluteeni koos seemnetega. Loode ise visatakse vastassuunas kuni 12 m kaugusele!

Ei mereelustik ega taimed ei tunne selle liikumisviisi aluseks olevaid füüsilisi seadusi. Püüame selle välja mõelda.

Reaktiivjõu põhimõtte füüsilised alused

Pöördume kõigepealt kõige lihtsama katse juurde. Täitke kummipall täis ja ilma sidumata lähme vabale lennule. Palli kiire liikumine jätkub seni, kuni sellest väljuv õhuvool on piisavalt tugev.

Selle katse tulemuste selgitamiseks peame pöörduma III seaduse poole, mis seda ütleb kaks keha interakteeruvad jõududega, mis on võrdse suurusega ja vastassuunalised. Järelikult on jõud, millega pall mõjub sellest väljuvatele õhujugadele, võrdne jõuga, millega õhk palli endast eemale lükkab.

Viime selle mõttekäigu üle raketile. Need seadmed viskavad osa oma massist suurel kiirusel välja, mille tulemusena saavad nad ise kiirenduse vastupidises suunas.

Füüsika seisukohalt on see protsess on selgelt seletatav impulsi jäävuse seadusega. Impulss on kehamassi korrutis selle kiiruse (mv) järgi. Kui rakett on puhkeolekus, on selle kiirus ja impulss võrdne nulliga. Kui sellest välja visata joavool, siis ülejäänud osa peab impulsi jäävuse seaduse järgi omandama sellise kiiruse, et koguimpulss oleks ikkagi võrdne nulliga.

Pöördume valemite juurde:

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

m g v g = - m p v p,

kus m g v g gaasijoa tekitatud impulss, m p v p raketi poolt vastu võetud impulss.

Miinusmärk näitab, et raketi ja joa liikumissuund on vastupidine.

Reaktiivmootori ehitus ja tööpõhimõte

Tehnoloogias panevad reaktiivmootorid liikuma lennukeid, rakette ja viivad orbiidile kosmoseaparaate. Sõltuvalt eesmärgist on neil erinev seade. Kuid igal neist on kütusevaru, põlemiskamber ja düüs, mis kiirendab jugavoolu.

Planeetidevahelised automaatjaamad on varustatud ka instrumendiruumi ja kajutitega, kus on astronautide elu toetav süsteem.

Kaasaegsed kosmoseraketid on keerulised mitmeastmelised lennukid, mis kasutavad inseneriteaduse uusimaid edusamme. Pärast starti põleb kõigepealt alumises astmes olev kütus, misjärel see raketist eraldatakse, vähendades selle kogumassi ja suurendades kiirust.

Seejärel tarbitakse kütust teises etapis jne. Lõpuks viiakse lennuk etteantud trajektoorile ja alustab iseseisvat lendu.

Unistame natuke

Suur unistaja ja teadlane K.E. Tsiolkovski andis tulevastele põlvedele kindlustunde, et reaktiivmootorid võimaldavad inimkonnal maakera atmosfäärist välja murda ja kosmosesse tormata. Tema ennustus läks täide. Kosmoselaevad uurivad edukalt Kuud ja isegi kaugeid komeete.

Astronautikas kasutatakse vedelreaktiivmootoreid. Kasutades kütusena naftasaadusi, kuid nende abil saavutatavad kiirused on väga pikkadeks lendudeks ebapiisavad.

Võib-olla olete teie, meie kallid lugejad, tunnistajaks maalaste lendudele teistesse galaktikatesse tuuma-, termotuuma- või ioonreaktiivmootoriga kosmoselaevadel.

Kui see sõnum on teile kasulik, on hea meel teid näha.

Impulsi jäävuse seadus on reaktiivmootori tõukejõu kaalumisel väga oluline.
Under reaktiivjõud mõistma keha liikumist, mis tekib siis, kui mõni selle osa eraldub tema suhtes teatud kiirusega, näiteks kui põlemisproduktid voolavad välja reaktiivlennuki düüsist. Sel juhul nn Reaktiivjõud keha surudes.
Reaktiivjõu eripära on see, et see tekib süsteemi enda osade koosmõjul, ilma et oleks interaktsiooni väliste kehadega.
Kui näiteks jalakäijale, laevale või lennukile kiirenduse andev jõud tekib ainult nende kehade koosmõjul maa, vee või õhuga.

Nii et keha liikumise saab saavutada vedeliku või gaasi joa väljavoolu tulemusena.

Looduses reaktiivjõud on omane peamiselt veekeskkonnas elavatele elusorganismidele.

Tehnoloogias kasutatakse reaktiivjõudu jõetranspordis (reaktiivmootorid), autotööstuses (võidusõiduautod), sõjanduses, lennunduses ja astronautikas.
Kõik kaasaegsed kiired lennukid on varustatud reaktiivmootoritega. nad suudavad tagada vajaliku lennukiiruse.
Kosmoses ei saa kasutada muid mootoreid peale reaktiivmootorite, kuna seal puudub tugi, millest alates saaks kiirenduse.

Reaktiivtehnoloogia arengu ajalugu

Vene sõjaväeraketi looja oli suurtükiväeteadlane K.I. Konstantinov. 80 kg kaaluva Konstantinovi raketi laskekaugus ulatus 4 km-ni.

Idee kasutada lennukis reaktiivmootorit, reaktiivlennundusseadme projekti, esitas 1881. aastal N.I. Kibalchich.

1903. aastal kuulus füüsik K.E. Tsiolkovski tõestas planeetidevahelises ruumis lendamise võimalust ja töötas välja esimese vedelreaktiivmootoriga rakettlennuki projekti.

K.E. Tsiolkovski kavandas kosmoserakettrongi, mis koosneb reast rakettidest, mis töötavad kordamööda ja kaovad, kui kütus on ära kasutatud.

Reaktiivmootorite kasutamise põhimõtted

Iga reaktiivmootori süda on põlemiskamber, milles kütuse põlemisel tekivad väga kõrge temperatuuriga gaasid, mis avaldavad survet kambri seintele. Gaasid väljutatakse suurel kiirusel kitsast raketiotsikust ja tekitavad joa tõukejõu. Vastavalt impulsi jäävuse seadusele omandab rakett kiiruse vastupidises suunas.

Süsteemi hoog (raketi põlemisproduktid) jääb nulliks. Kuna raketi mass väheneb isegi püsiva gaasi väljavoolu kiiruse korral, suureneb selle kiirus, saavutades järk-järgult maksimaalse väärtuse.
Raketi liikumine on näide muutuva massiga keha liikumisest. Selle kiiruse arvutamiseks kasutatakse impulsi jäävuse seadust.

Reaktiivmootorid jagunevad rakettmootoriteks ja reaktiivmootoriteks.

Rakettmootorid on kas tahked või vedelad kütused.
Tahkekütusega rakettmootorites visatakse mootori põlemiskambrisse nii põlevat kui ka oksüdeerivat ainet sisaldav kütus.
V vedelad reaktiivmootorid kosmoselaevade käivitamiseks mõeldud kütust ja oksüdeerijat hoitakse eraldi spetsiaalsetes mahutites ja pumbatakse pumpade abil põlemiskambrisse. Kütusena võivad nad kasutada petrooleumi, bensiini, piiritust, vedelat vesinikku jne ning põlemiseks vajaliku oksüdeeriva ainena vedelat hapnikku. lämmastikhape, ja jne.

Tänapäevased kolmeastmelised kosmoseraketid lastakse välja vertikaalselt ja pärast tihedate atmosfäärikihtide läbimist suunatakse need etteantud suunas lennule. Igal raketiastmel on oma kütusepaak ja oksüdeerija paak, samuti oma reaktiivmootor. Kütuse põlemisel visatakse kasutatud raketi astmed kõrvale.

Õhkmootorid kasutatakse praegu peamiselt lennukites. Nende peamine erinevus rakettmootoritest seisneb selles, et atmosfäärist mootorisse sisenevast õhust pärinev hapnik toimib kütuse põlemisel oksüdeeriva ainena.
Õhkmootorite hulka kuuluvad nii aksiaal- kui ka tsentrifugaalkompressoriga turboülelaaduriga mootorid.
Nendes mootorites olevat õhku tõmbab sisse ja surub kokku kompressor, mida käitab gaasiturbiin. Põlemiskambrist väljuvad gaasid tekitavad reaktiivse tõukejõu ja pööravad turbiini rootorit.

Väga suure lennukiiruse korral saab gaaside kokkusurumine põlemiskambris toimuda sissetuleva õhuvoolu tõttu. Kompressorit pole vaja.

Lõpetatud:
Üliõpilane
Rühmad 1-121
Okuneva Alena
Kontrollitud:
P.L. Vineaminovna

Perevozi linn
2011. aastal
Sisu:

Sissejuhatus: mis on Reaktiivmootor………………………………………………………… …..…………………………………..3
Impulsside jäävuse seadus …………………………………………………………………………
Reaktiivjõu kasutamine looduses …………………………… ..….… .... 5
Reaktiivjõu rakendamine tehnoloogias ……………………… ...… ..….… .6
Reaktiivmootor "Mandritevaheline rakett" ………… .. ……… ...… 7
Reaktiivmootori füüsilised alused..................... .................... 8
Reaktiivmootorite klassifikatsioon ja nende kasutamise iseärasused …………………………………………………………………………. …………. …… .9
Lennuki disaini ja loomise tunnused ... .. ... 10
Järeldus ………………………………………………………………………………………………… .11
Kasutatud kirjanduse loetelu …………………………………………………

"Jet tõukejõud"
Reaktiivne liikumine on keha liikumine, mis tuleneb selle osade eraldumisest teatud kiirusega. Reaktiivset liikumist kirjeldatakse impulsi jäävuse seaduse alusel.
Reaktiivjõud, mida praegu kasutatakse lennukites, rakettides ja kosmosemürskudes, on omane kaheksajalgadele, kalmaaridele, seepiatele, meduusidele – kõik nad kasutavad eranditult ujumiseks visatud veejoa reaktsiooni (tagasilöögi).
Näiteid reaktiivjõust võib leida ka taimemaailmast.
Lõunapoolsetes riikides on taim nimega "hull kurk". Küpset, kurgile sarnast vilja tuleb vaid kergelt puudutada, kuna see põrkub varre küljest lahti ja läbi viljast tekkinud augu väljub purskkaevu kombel seemnetega vedelik kiirusega kuni 10 m/s.

Samal ajal lendavad kurgid ise ära vastupidises suunas. Hullunud kurk (muidu nimetatakse seda "daami püstoliks") tulistab rohkem kui 12 m.

"Impulsi jäävuse seadus"
Suletud süsteemis jääb kõigi süsteemi kuuluvate kehade momentide vektorsumma selle süsteemi kehade vaheliste interaktsioonide korral konstantseks.
Seda põhilist loodusseadust nimetatakse impulsi jäävuse seaduseks. See on Newtoni teise ja kolmanda seaduse tagajärg. Mõelge kahele vastastikku toimivale kehale, mis on osa suletud süsteemist.
Nende kehade vastastikmõju jõude tähistatakse ja Vastavalt Newtoni kolmandale seadusele Kui need kehad interakteeruvad aja jooksul t, siis on vastastikmõju jõudude impulsid suuruselt samad ja suunatud vastupidises suunas: Rakenda nendele kehadele Newtoni teine ​​seadus:

"Reaktiivjõu kasutamine looduses"
Reaktiivjõudu kasutavad paljud molluskid – kaheksajalad, kalmaar, seepia. Näiteks kammkarp mollusk liigub edasi kestast väljuva veejoa reaktiivjõu toimel, kui selle klapid on järsult kokku surutud.

Kaheksajalg
Seepia, nagu enamik peajalgseid, liigub vees järgmiselt. See tõmbab vett lõpuseõõnde läbi külgmise pilu ja keha ees oleva spetsiaalse lehtri ning paiskab seejärel läbi lehtri jõuliselt välja veejoa. Seepia suunab lehtritoru küljele või taha ja pigistades sealt kiiresti vett välja, võib liikuda eri suundades.
Salpa on läbipaistva kehaga mereloom, kes liikumisel saab eesmise ava kaudu vett ning vesi satub laia õõnsusse, mille sees on lõpused diagonaalselt venitatud. Niipea, kui loom võtab pika lonksu vett, suletakse auk. Seejärel tõmbuvad kokku salpa piki- ja põikilihased, kogu keha tõmbub kokku ja tagumise ava kaudu surutakse vesi välja. Voolava joa reaktsioon lükkab salpa ette. Suurimat huvi pakub kalmaari reaktiivmootor. Kalmaar on ookeani sügavuste suurim selgrootu elanik. Kalmaarid on saavutanud reaktiivlennukite navigeerimise kõrgeima täiuslikkuse. Nende kehad isegi kopeerivad raketti oma väliste vormidega. Teades impulsi jäävuse seadust, saate muuta oma liikumiskiirust avatud ruumis. Kui oled paadis ja sul on mitu rasket kivi, siis teatud suunas kive loopides liigud sa vastupidises suunas. Sama juhtub avakosmoses, kuid seal kasutavad nad selleks reaktiivmootoreid.

"Reaktiivjõu kasutamine tehnoloogias"
Esimese aastatuhande lõpul pKr leiutas Hiina reaktiivjõu, mis pani liikuma rakette – püssirohuga täidetud bambustorud, neid kasutati ka lõbuna. Üks esimesi autode projekte oli ka reaktiivmootoriga ja see projekt kuulus Newtonile.
Maailma esimese inimlennuks mõeldud reaktiivlennuki projekti autor oli Vene revolutsionäär N.I. Kibalchich. Ta hukati 3. aprillil 1881 keiser Aleksander II mõrvakatses osalemise eest. Ta arendas oma projekti vanglas pärast surmaotsust. Kibalchich kirjutas: "Vangglas olles, paar päeva enne oma surma, kirjutan seda projekti. Ma usun oma idee teostatavusse ja see usk toetab mind mu kohutavas olukorras ... Ma lähen rahulikult surmale vastu, teades, et minu idee ei kao koos minuga.
Idee kasutada kosmoselendudeks rakette pakkus selle sajandi alguses välja vene teadlane Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski. 1903. aastal ilmus Kaluga gümnaasiumi õpetaja K.E. Tsiolkovski "Maailmaruumi uurimine reaktiivseadmetega". See töö sisaldas astronautika jaoks kõige olulisemat matemaatilist võrrandit, mida nüüd tuntakse "Tsiolkovski valemina", mis kirjeldas muutuva massiga keha liikumist. Tulevikus töötas ta välja vedelkütusel töötava rakettmootori skeemi, pakkus välja mitmeastmelise raketidisaini ja väljendas ideed võimalusest luua Maa-lähedasel orbiidil terved kosmoselinnad. Ta näitas, et ainus seade, mis suudab ületada gravitatsioonijõudu, on rakett, s.o. reaktiivmootoriga seade, mis kasutab kütust ja seadmel endal asuvat oksüdeerijat. Nõukogude raketid jõudsid esimestena Kuule, tegid ümber Kuu ja pildistasid selle nähtamatut külge Maalt, esimesena jõudsid planeedile Veenus ja toimetasid selle pinnale teaduslikke instrumente. 1986. aastal uurisid kaks Nõukogude kosmoselaeva "Vega-1" ja "Vega-2" Halley komeeti lähedalt, lähenedes Päikesele kord 76 aasta jooksul.

Reaktiivmootor "Mandritevaheline rakett"
Inimkond on alati unistanud kosmosesse reisimisest. Ulmekirjanikud, teadlased, unistajad on selle eesmärgi saavutamiseks välja pakkunud mitmesuguseid vahendeid. Kuid ainsat inimese käsutuses olevat vahendit, mille abil saab gravitatsioonijõust üle saada ja paljudeks sajanditeks kosmosesse lennata, pole leiutanud ükski teadlane, mitte ükski ulmekirjanik. K.E. Tsiolkovski - kosmoselennu teooria rajaja.
Esmakordselt tõi paljude inimeste unistuse ja püüdlused tegelikkusele lähemale vene teadlane Konstantin Eduardovitš Tsiolkovski (1857-1935), kes näitas, et ainus aparaat, mis suudab gravitatsiooni ületada, on rakett, oli tema esimene. esitada teaduslikke tõendeid raketi kasutamise võimaluse kohta lendudeks avakosmosesse, maapealsest atmosfäärist kaugemale ja teistele Päikesesüsteemi planeetidele. Tsoilkovski nimetas raketiks reaktiivmootoriga seadet, mis kasutab kütust ja oksüdeerijat.
Nagu füüsikakursusest teada, kaasneb relva lasuga tagasilöök. Newtoni seaduste järgi lendaksid kuul ja relv eri suundades sama kiirusega, kui neil oleks sama mass. Tagasilükatud gaaside mass tekitab reaktiivjõu, tänu millele saab tagada liikumise nii õhus kui ka õhuvabas ruumis, nii tekib tagasilöök. Mida suuremat tagasilöögijõudu meie õlg tunneb, seda suurem on väljavoolavate gaaside mass ja kiirus ning järelikult, mida tugevam on püstoli reaktsioon, seda suurem on reaktiivjõud. Neid nähtusi seletatakse impulsi jäävuse seadusega:
suletud süsteemi moodustavate kehade momentide vektor- (geomeetriline) summa jääb konstantseks süsteemi kehade mis tahes liikumise ja vastastikmõju korral.
Esitatud Tsiolkovski valem on aluseks, millel põhineb kogu kaasaegsete rakettide arvutus. Tsiolkovski arv on kütuse massi ja raketi massi suhe mootori töö lõpus – raketi tühja massi.
Seega leidsime, et raketi maksimaalne saavutatav kiirus sõltub eelkõige gaaside düüsist väljavoolu kiirusest. Ja düüsigaaside väljavoolu kiirus sõltub omakorda kütuse tüübist ja gaasivoo temperatuurist. See tähendab, et mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on kiirus. Seejärel peate tõelise raketi jaoks valima kõige kaloririkkama kütuse, mis annab kõige rohkem soojust. Valem näitab, et muuhulgas sõltub raketi kiirus raketi alg- ja lõppmassist, sellest, kui suur osa selle massist langeb kütusele ning milline osa on kasututel (lennukiiruse mõttes) struktuuridel: kerel. , mehhanismid jne jne.
Selle Tsiolkovski valemi peamine järeldus kosmoseraketi kiiruse määramiseks on see, et õhuta ruumis areneb rakett, mida suurem on kiirus, seda suurem on gaaside väljavoolu kiirus ja seda suurem on Tsiolkovski arv.

"Reaktiivmootori füüsilised alused"
Kaasaegsed erinevat tüüpi võimsad reaktiivmootorid põhinevad otsereaktsiooni põhimõttel, s.o. põhimõte tekitada liikumapanev jõud (või tõukejõud) mootorist välja voolava "tööaine", tavaliselt hõõguvate gaaside, joa reaktsiooni (tagasilöögi) kujul. Kõigil mootoritel on kaks energia muundamise protsessi. Esmalt muundatakse kütuse keemiline energia põlemisproduktide soojusenergiaks ning seejärel kasutatakse soojusenergiat mehaaniliste tööde tegemiseks. Selliste mootorite hulka kuuluvad autode kolbmootorid, diiselvedurid, elektrijaamade auru- ja gaasiturbiinid jne. Pärast kuumade gaaside moodustumist soojusmasinas, mis sisaldavad suurt soojusenergiat, tuleb see energia muundada mehaaniliseks energiaks. Mootoreid kasutatakse ju täitmiseks mehaaniline töö, midagi "liigutada", tööle panna, pole vahet, kas tegemist on dünamo masinaga, et soovi korral elektrijaamale joonised lisada, diiselvedurile, autole või lennukile. Selleks, et gaaside soojusenergia läheks üle mehaaniliseks energiaks, peab nende maht suurenema. Selle paisumise korral teevad gaasid ära töö, mis kulutab nende sise- ja soojusenergiat.
Reaktiivdüüsil võib olenevalt mootori tüübist olla erinev kuju ja pealegi erinev konstruktsioon. Peamine on kiirus, millega gaasid mootorist välja voolavad. Kui see väljavoolukiirus ei ületa kiirust, millega helilained levivad väljuvates gaasides, siis on otsik lihtne silindriline või kitsenev torusegment. Kui väljavoolu kiirus peab ületama heli kiirust, siis antakse düüsile paisuva toru kuju või esmalt kitsenev ja seejärel laienev (Lovely düüs). Ainult sellise kujuga torus, nagu näitavad teooria ja kogemused, saab gaasi kiirendada ülehelikiiruseni ja "helibarjäärist" saab üle astuda.

"Reaktiivmootorite klassifikatsioon ja nende kasutamise omadused"
See võimas tüvi, otsereaktsiooni põhimõte, sünnitas aga reaktiivmootorite perekonna "sugupuu" hiiglasliku võra. Tutvuda selle võra peamiste harudega, kroonides otsese reaktsiooni "pagasiruumi". Peagi, nagu pildilt näha (vt allpool), jaguneb see tüvi kaheks osaks, justkui pikselöögist poolitatud. Mõlemad uued tüved on võrdselt kaunistatud võimsate kroonidega. Selline jaotus tulenes sellest, et kõik "keemilised" reaktiivmootorid on jagatud kahte klassi, olenevalt sellest, kas nad kasutavad oma tööks välisõhku või mitte.
Teist tüüpi mittekompressormootoris, ramjet, pole isegi seda klapivõret ja põlemiskambris tõuseb rõhk kiirsurve mõjul, s.t. pidurdades lennu ajal mootorisse sisenevat vastutulevat õhuvoolu. On selge, et selline mootor on võimeline töötama ainult siis, kui lennuk lendab juba piisavalt suurel kiirusel, parklas tõukejõudu see ei arenda. Kuid teisest küljest, väga suurel kiirusel, 4-5 korda helikiirusest suuremal kiirusel, arendab reaktiivmootor väga suure tõukejõu ja tarbib sellistes tingimustes vähem kütust kui ükski teine ​​"keemiline" reaktiivmootor. See on põhjus, miks ramjetmootorid.
jne.................

Paljude inimeste jaoks on "reaktiivjõu" mõiste tugevalt seotud teaduse ja tehnoloogia, eriti füüsika kaasaegsete saavutustega ning nende pähe ilmuvad kujutised reaktiivlennukitest või isegi kosmoselaevadest, mis lendavad kurikuulsate reaktiivmootorite abil ülehelikiirusel. Tegelikult on reaktiivjõu nähtus palju iidsem kui isegi inimene ise, sest see ilmnes ammu enne meid, inimesi. Jah, reaktiivjõud on looduses aktiivselt esindatud: millimallikad ja seepia on meresügavustes ujunud miljoneid aastaid sama põhimõtte järgi, millega lendavad tänapäeval tänapäevased ülehelikiirusega reaktiivlennukid.

Reaktiivmootori ajalugu

Juba iidsetest aegadest on erinevad teadlased jälginud reaktiivjõu nähtusi looduses, nii et Vana-Kreeka matemaatik ja mehaanik Heron kirjutas temast varem kui keegi teine, kuid teooriast kaugemale ei jõudnud ta kunagi.

Kui me räägime reaktiivjõu praktilisest rakendamisest, siis esimesed olid siin leidlikud hiinlased. Umbes 13. sajandil arvasid nad esimeste rakettide leiutamisel laenata kaheksajalgade ja seepia liikumise põhimõtet, mida nad hakkasid kasutama nii ilutulestikuks kui ka sõjalisteks operatsioonideks (lahingu- ja signaalrelvana). Veidi hiljem võtsid selle hiinlaste kasuliku leiutise üle araablased ja neilt juba eurooplased.

Muidugi olid esimesed tinglikult rakettraketid suhteliselt primitiivse konstruktsiooniga ja mitu sajandit nad praktiliselt ei arenenud kuidagi, tundus, et reaktiivjõu arendamise ajalugu oli soiku jäänud. Läbimurre selles küsimuses toimus alles 19. sajandil.

Kes avastas reaktiivmootori?

Võib-olla võib reaktiivjõu avastaja loorberid "uuel ajal" omistada Nikolai Kibaltšitšile, mitte ainult andekale Vene leiutajale, vaid ka revolutsioonilisele Narodnaja Voljale. Ta lõi oma projekti reaktiivmootorist ja lennukist inimestele tsaariaegses vanglas istudes. Hiljem hukati Kibaltšit revolutsioonilise tegevuse eest ja tema projekt jäi tsaariaegse salapolitsei arhiivi riiulitele tolmu koguma.

Hiljem avastati Kibaltšichi sellesuunalised tööd ja täiendati neid teise andeka teadlase K.E. Tsiolkovski töödega. Aastatel 1903–1914 avaldas ta hulga töid, milles ta veenvalt tõestas reaktiivjõu kasutamise võimalust kosmoselaevade loomisel kosmoselaevade uurimisel. Ta kujundas ka mitmeastmeliste rakettide kasutamise põhimõtte. Tänaseni kasutatakse raketitööstuses paljusid Tsiolkovski ideid.

Näited reaktiivjõust looduses

Kindlasti nägite meres ujudes meduusid, kuid vaevalt arvasite, et need hämmastavad (ja pealegi aeglased) olendid liiguvad täpselt reaktiivjõu abil. Nimelt pigistavad nad oma läbipaistvat kuplit kahandades välja vett, mis toimib meduuside jaoks omamoodi "reaktiivmootorina".

Sarnane liikumismehhanism on ka seepial – läbi spetsiaalse lehtri keha ees ja läbi külgmise pilu tõmbab ta oma lõpuseõõnde vett ja viskab seejärel läbi lehtri jõuliselt välja, suunates taha või külili (olenevalt soovitud seepia liikumissuund).

Kuid kõige huvitavam looduse loodud reaktiivmootor on kalmaar, mida võib täiesti õigustatult nimetada "elusateks torpeedodeks". Tõepoolest, isegi nende loomade keha meenutab oma kujult raketti, kuigi tegelikult on kõik täpselt vastupidine - see on rakett, mis oma disainiga kopeerib kalmaari keha.

Kui kalmaar peab kiirelt viskama, kasutab ta oma loomulikku reaktiivmootorit. Tema keha ümbritseb vahevöö, spetsiaalne lihaskude ja pool kogu kalmaari mahust langeb mantliõõnde, millesse ta vett imeb. Seejärel viskab ta kogunenud veejoa järsult läbi kitsa otsiku välja, samal ajal voltides kõik oma kümme kombitsat üle pea nii, et see omandaks voolujoonelise kuju. Tänu sellisele täiustatud reaktiivnavigatsioonile võivad kalmaarid saavutada muljetavaldava kiiruse 60–70 km tunnis.

Looduses olevate reaktiivmootorite omanike hulgas on taimi, nimelt nn "hullu kurk". Kui selle viljad valmivad, eraldab see vastuseks kõige kergemale puudutusele gluteeni koos seemnetega

Reaktiivmootori seadus

Kalmaarid, "hullud kurgid", meduusid ja teised seepia on reaktiivjõudu kasutanud iidsetest aegadest, mõtlemata selle füüsilisele olemusele, kuid proovime välja mõelda, mis on reaktiivjõu olemus, millist liikumist nimetatakse reaktiivseks, ja anna sellele definitsioon.

Alustuseks võite kasutada lihtsat katset - kui puhute tavalise õhupalli õhuga täis ja lasete seda sidumata lennata, lendab see kiiresti, kuni õhk saab otsa. Seda nähtust seletatakse Newtoni kolmanda seadusega, mis ütleb, et kaks keha interakteeruvad jõududega, mis on suuruselt võrdsed ja vastassuunalised.

See tähendab, et kuuli löögi jõud sellest väljuvatele õhuvooludele on võrdne jõuga, millega õhk palli endast eemale lükkab. Rakett töötab sarnaselt palliga, mis suurel kiirusel paiskab osa oma massist välja, saades samal ajal tugeva kiirenduse vastassuunas.

Impulsi ja reaktiivjõu jäävuse seadus

Füüsika selgitab reaktiivjõu käitamise protsessi. Impulss on kehamassi korrutis selle kiirusega (mv). Kui rakett on puhkeolekus, on selle impulss ja kiirus null. Kui sellest hakatakse välja paiskama juga, siis ülejäänud peaks vastavalt impulsi jäävuse seadusele saavutama sellise kiiruse, mille juures koguimpulss on ikkagi võrdne nulliga.

Reaktiivmootori valem

Üldiselt saab reaktiivjõudu kirjeldada järgmise valemiga:
m s v s + m p v p = 0
m s v s = -m p v p

kus m s v s on gaasijoa tekitatud impulss, m p v p on raketi poolt vastuvõetud impulss.

Miinusmärk näitab, et raketi liikumissuund ja joa joa liikumise jõud on vastupidised.

Reaktiivmootor tehnoloogias - reaktiivmootori tööpõhimõte

V moodne tehnoloogia reaktiivjõul on väga oluline roll, kuna reaktiivmootorid panevad liikuma lennukeid ja kosmoselaevu. Reaktiivmootori tegelik konstruktsioon võib olenevalt selle suurusest ja otstarbest erineda. Kuid nii või teisiti on igal ühel

• kütusevarustus,
• kütuse põlemiskamber,
• otsik, mille ülesandeks on jugavoolu kiirendamine.

Selline näeb välja reaktiivmootor.

Reaktiivjõu kasutamine looduses Paljud meist on oma elus kohtunud meduusidega meres ujudes. Kuid vähesed inimesed arvasid, et meduusid kasutavad liikumiseks reaktiivjõudu. Ja sageli on reaktiivmootorit kasutavate mereselgrootute efektiivsus palju suurem kui tehnoleiutistel.

Seepia Seepia, nagu enamik peajalgseid, liigub vees järgmiselt. See tõmbab vett lõpuseõõnde läbi külgmise pilu ja keha ees oleva spetsiaalse lehtri ning paiskab seejärel läbi lehtri jõuliselt välja veejoa. Seepia suunab lehtritoru küljele või taha ja pigistades sealt kiiresti vett välja, võib liikuda eri suundades.

Kalmaar Kalmaar on ookeani sügavuste suurim selgrootu elanik. See liigub reaktiivjõu põhimõttel, neelates vett ja surudes selle seejärel tohutu jõuga läbi spetsiaalse augu - "lehtri" ja suurel kiirusel (umbes 70 km / h) liigub tõmblustega tahapoole. Sel juhul koonduvad kõik kümme kalmaari kombitsat pea kohale sõlme ja see omandab voolujoonelise kuju.

Lendav kalmaar See on väike heeringasuurune loom. Ta jälitab kalu nii hoogsalt, et hüppab sageli veest välja, pühkides noolena üle selle pinna. Olles välja töötanud vees joa maksimaalse tõukejõu, tõuseb pilootkalmaar õhku ja lendab üle lainete rohkem kui viiekümne meetri kaugusele. Elava raketi lennu apogee asub nii kõrgel vee kohal, et lendavad kalmaarid maanduvad sageli ookeanilaevade tekkidele. Neli kuni viis meetrit pole rekordkõrgus, milleni kalmaar taevasse tõuseb. Mõnikord lendavad nad veelgi kõrgemale.

Kaheksajalad Ka kaheksajalad oskavad lennata. Prantsuse loodusteadlane Jean Verany nägi tavalist kaheksajalga akvaariumis kiirendamas ja järsku tagurpidi veest välja hüppas. Pärast viie meetri pikkuse kaare kirjeldamist õhus hüppas ta tagasi akvaariumi. Hüppamiseks kiirust kogudes ei liikunud kaheksajalg mitte ainult reaktiivtõukejõu tõttu, vaid aerutas ka kombitsatega.

Marukurk Lõunamaades (ja ka meie Musta mere rannikul) kasvab taim nimega "hullukurk". Küpset, kurgile sarnast vilja tuleb vaid kergelt puudutada, kuna see põrkab varre küljest lahti ja läbi viljast kuni 10 m/s tekkinud augu lendab välja seemnetega vedelik. Hullunud kurk (muidu nimetatakse seda "daami püstoliks") tulistab rohkem kui 12 m.