Fisica. Propulsione a getto in natura e tecnologia. Informazioni interessanti sulla propulsione a reazione Dove si trova la propulsione a reazione in natura

Navicelle spaziali multi-tonnellate si librano nel cielo e meduse, seppie e polpi trasparenti e gelatinosi manovrano abilmente nelle acque del mare: cosa hanno in comune? Si scopre che in entrambi i casi, il principio della propulsione a getto viene utilizzato per muoversi. È a questo argomento che è dedicato il nostro articolo di oggi.

Diamo un'occhiata alla storia

Più Le prime informazioni affidabili sui razzi risalgono al XIII secolo. Sono stati usati da indiani, cinesi, arabi ed europei in operazioni di combattimento come armi militari e di segnalazione. Poi seguirono secoli di quasi completo oblio di questi dispositivi.

In Russia, l'idea di utilizzare un motore a reazione è stata ripresa grazie al lavoro del rivoluzionario di Narodnaya Volya Nikolai Kibalchich. Seduto nelle segrete reali, si sviluppò progetto russo motore a reazione e aerei per le persone. Kibalchich fu giustiziato e per molti anni il suo progetto ha accumulato polvere negli archivi della polizia segreta zarista.

Le idee, i disegni e i calcoli principali di questa persona di talento e coraggiosa hanno ricevuto ulteriori sviluppi nelle opere di K. E. Tsiolkovsky, che propose di usarli per le comunicazioni interplanetarie. Dal 1903 al 1914 pubblicò una serie di opere, dove dimostra in modo convincente la possibilità di utilizzare la propulsione a reazione per esplorare lo spazio esterno e conferma la fattibilità dell'uso di razzi multistadio.

Molti sviluppi scientifici di Tsiolkovsky sono ancora utilizzati nella scienza missilistica.

missili biologici

Come è successo l'idea di muoversi spingendo fuori il proprio jet stream? Forse, osservando da vicino la vita marina, gli abitanti delle zone costiere hanno notato come ciò avvenga nel mondo animale.

Ad esempio, pettine si muove per la forza reattiva del getto d'acqua espulso dal guscio durante la rapida compressione delle sue valvole. Ma non starà mai al passo con i nuotatori più veloci: i calamari.

I loro corpi a forma di razzo si precipitano in avanti con la coda, gettando fuori l'acqua immagazzinata da uno speciale imbuto. si muovono secondo lo stesso principio, spremendo l'acqua contraendo la loro cupola trasparente.

La natura ha dotato un "motore a reazione" e un impianto chiamato "cetriolo spruzzante". Quando i suoi frutti sono completamente maturi, in risposta al minimo tocco, spara il glutine con i semi. Il feto stesso viene lanciato nella direzione opposta a una distanza massima di 12 m!

Né la vita marina né le piante conoscono le leggi fisiche alla base di questo modo di locomozione. Proveremo a capirlo.

Fondamenti fisici del principio della propulsione a reazione

Iniziamo con un semplice esperimento. Gonfia una palla di gomma e, senza legare, ci lasceremo andare al volo libero. Il rapido movimento della palla continuerà fintanto che il flusso d'aria che scorre da essa è abbastanza forte.

Per spiegare i risultati di questa esperienza, dovremmo rivolgerci alla terza legge, che afferma che due corpi interagiscono con forze uguali in grandezza e opposte in direzione. Pertanto, la forza con cui la palla agisce sui getti d'aria che ne fuoriescono è uguale alla forza con cui l'aria respinge la palla da se stessa.

Trasferiamo questo ragionamento sul razzo. Questi dispositivi a grande velocità espellono parte della loro massa, in conseguenza della quale essi stessi ricevono un'accelerazione nella direzione opposta.

Da un punto di vista fisico, questo il processo è chiaramente spiegato dalla legge di conservazione della quantità di moto. La quantità di moto è il prodotto della massa del corpo e della sua velocità (mv). Mentre il razzo è fermo, la sua velocità e la sua quantità di moto sono zero. Se da esso viene espulsa una corrente a getto, la parte rimanente, secondo la legge di conservazione della quantità di moto, deve acquisire una velocità tale che la quantità di moto totale sia ancora uguale a zero.

Diamo un'occhiata alle formule:

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

m g v g \u003d - m p v p,

dove m g v g la quantità di moto creata dal getto di gas, m p v p la quantità di moto ricevuta dal razzo.

Il segno meno mostra che la direzione di movimento del razzo e la corrente a getto sono opposte.

Il dispositivo e il principio di funzionamento di un motore a reazione

Nella tecnologia, i motori a reazione spingono aerei, razzi e mettono in orbita veicoli spaziali. A seconda dello scopo, hanno un dispositivo diverso. Ma ognuno di loro ha una scorta di carburante, una camera per la sua combustione e un ugello che accelera il flusso del getto.

Le stazioni automatiche interplanetarie sono inoltre dotate di vano strumenti e cabine con sistema di supporto vitale per gli astronauti.

I moderni razzi spaziali sono velivoli complessi a più stadi che utilizzano le ultime conquiste ingegneristiche. Dopo il lancio, il carburante nello stadio inferiore brucia per primo, dopodiché si separa dal razzo, riducendo la sua massa totale e aumentando la sua velocità.

Quindi il carburante viene consumato nella seconda fase, e così via. Infine, l'aereo viene portato su una determinata traiettoria e inizia il suo volo indipendente.

Sogniamo un po'

Il grande sognatore e scienziato K. E. Tsiolkovsky ha dato alle generazioni future la certezza che i motori a reazione consentiranno all'umanità di uscire dall'atmosfera terrestre e precipitarsi nello spazio. La sua previsione si è avverata. La luna, e anche le comete lontane, vengono esplorate con successo da veicoli spaziali.

In astronautica vengono utilizzati motori a propellente liquido. Usano prodotti petroliferi come carburante, ma le velocità che si possono ottenere con il loro aiuto sono insufficienti per voli molto lunghi.

Forse voi, nostri cari lettori, sarete testimoni dei voli dei terrestri verso altre galassie su veicoli con motori nucleari, termonucleari o a reazione ionica.

Se questo messaggio ti fosse stato utile, sarei felice di vederti

La legge di conservazione della quantità di moto è di grande importanza quando si considera la propulsione a reazione.
Sotto propulsione a jet comprendere il movimento di un corpo che si verifica quando una certa parte di esso viene separata ad una certa velocità rispetto ad esso, ad esempio, quando i prodotti della combustione escono dall'ugello di un aereo a reazione. Questo dà origine al cosiddetto Forza reattiva spingendo il corpo.
La particolarità della forza reattiva è che essa nasce come risultato dell'interazione tra le parti del sistema stesso senza alcuna interazione con corpi esterni.
Mentre la forza che impartisce accelerazione, ad esempio, a un pedone, una nave o un aeroplano, nasce solo dall'interazione di questi corpi con la terra, l'acqua o l'aria.

Quindi il movimento del corpo può essere ottenuto come risultato del deflusso di un getto di liquido o gas.

In natura, propulsione a reazione inerenti principalmente agli organismi viventi che vivono nell'ambiente acquatico.

Nella tecnologia, la propulsione a reazione è utilizzata nel trasporto fluviale (motori a reazione), nell'industria automobilistica (auto da corsa), negli affari militari, nell'aviazione e nell'astronautica.
Tutti i moderni velivoli ad alta velocità sono dotati di motori a reazione, perché. sono in grado di fornire la velocità di volo richiesta.
Nello spazio è impossibile utilizzare altri motori, ad eccezione dei motori a reazione, poiché non c'è supporto, a partire dal quale si potrebbe ottenere l'accelerazione.

Storia dello sviluppo della tecnologia dei jet

Il creatore del missile da combattimento russo è stato lo scienziato dell'artiglieria K.I. Costantinov. Con un peso di 80 kg, la portata del razzo Konstantinov ha raggiunto i 4 km.

L'idea di utilizzare la propulsione a reazione in un aeromobile, il progetto di uno strumento aeronautico a reazione, fu avanzata nel 1881 da N.I. Kibalchich.

Nel 1903, il famoso fisico K.E. Tsiolkovsky dimostrò la possibilità del volo nello spazio interplanetario e sviluppò il progetto del primo razzo con motore a propellente liquido.

K.E. Tsiolkovsky ha progettato un treno spaziale, composto da una serie di razzi che funzionano a turno e cadono quando il carburante si esaurisce.

Principi per l'uso dei motori a reazione

La base di qualsiasi motore a reazione è la camera di combustione, in cui, durante la combustione del carburante, si formano gas che hanno una temperatura molto elevata ed esercitano pressione sulle pareti della camera. I gas fuoriescono dallo stretto ugello del razzo ad alta velocità e creano una spinta del getto. Secondo la legge di conservazione della quantità di moto, il razzo guadagna velocità nella direzione opposta.

La quantità di moto del sistema (prodotti della combustione di razzi) rimane uguale a zero. Poiché la massa del razzo sta diminuendo, anche a velocità costante di deflusso dei gas, la sua velocità aumenterà, raggiungendo gradualmente il suo valore massimo.
Il movimento del razzo è un esempio del movimento di un corpo con una massa variabile. Per calcolarne la velocità si usa la legge di conservazione della quantità di moto.

I motori a reazione sono divisi in motori a razzo e motori a reazione.

motori a razzo disponibile in combustibili solidi o liquidi.
Nei motori a razzo a propellente solido, un propellente contenente sia carburante che un ossidante verrà posizionato all'interno della camera di combustione del motore.
V motori a propellente liquido, progettati per il lancio di veicoli spaziali, carburante e ossidante vengono immagazzinati separatamente in appositi serbatoi e pompati nella camera di combustione. Cherosene, benzina, alcol, idrogeno liquido, ecc. Possono essere utilizzati come combustibili in essi e l'ossigeno liquido può essere utilizzato come agente ossidante necessario per la combustione. l'acido nitrico, e così via.

I moderni razzi spaziali a tre stadi vengono lanciati verticalmente e, dopo aver attraversato gli strati densi dell'atmosfera, vengono trasferiti su un volo in una determinata direzione. Ogni stadio del razzo ha il proprio serbatoio del carburante e dell'ossidante, nonché il proprio motore a reazione. Quando il carburante brucia, gli stadi del razzo esauriti vengono scartati.

Motori a getto d'aria attualmente utilizzato principalmente negli aerei. La loro principale differenza rispetto ai motori a razzo è che l'ossidante per la combustione del carburante è l'ossigeno dell'aria che entra nel motore dall'atmosfera.
I motori a reazione includono motori a turbocompressore con compressori sia assiali che centrifughi.
L'aria in tali motori viene aspirata e compressa da un compressore azionato da una turbina a gas. I gas che escono dalla camera di combustione creano una forza di spinta e fanno ruotare il rotore della turbina.

A velocità di volo molto elevate, la compressione dei gas nella camera di combustione può essere effettuata a causa del flusso d'aria in arrivo. La necessità di un compressore è eliminata.

Completato:
Alunno
Gruppi 1-121
Okuneva Alena
Controllato:
PL Vineaminovna

Città Perevoz
2011
Contenuto:

Introduzione: cos'è Propulsione a jet………………………………………………………… …..…………………………………..3
Legge di conservazione della quantità di moto………………………………………………………………………….4
Applicazione della propulsione a reazione in natura……………………………..….…....5
L'uso della propulsione a reazione nella tecnologia…….……………………...…..….….6
Propulsione a reazione "Missili intercontinentali"…………..………...…7
La base fisica del motore a reazione..................... .................... 8
Classificazione dei motori a reazione e caratteristiche del loro utilizzo………………………………………………………………………….………….…….9
Caratteristiche della progettazione e realizzazione di un aeromobile…..…10
Conclusione……………………………………………………………………………………………………….11
Elenco della letteratura usata……………………………………………………………..12

"Propulsione a jet"
Moto a getto - il movimento di un corpo dovuto alla separazione da esso con una certa velocità di una parte di esso. Il moto del getto è descritto in base alla legge di conservazione della quantità di moto.
La propulsione a getto, che ora è utilizzata in aeroplani, razzi e proiettili spaziali, è caratteristica di polpi, calamari, seppie, meduse: tutti, senza eccezioni, utilizzano la reazione (rinculo) di un getto d'acqua espulso per nuotare.
Esempi di propulsione a reazione si possono trovare anche nel mondo vegetale.
Nei paesi del sud cresce una pianta chiamata "cetriolo pazzo". Basta toccare leggermente il frutto maturo, simile a un cetriolo, mentre rimbalza sul gambo e, attraverso il foro formato dal frutto, il liquido con i semi vola a una velocità fino a 10 m / s.

I cetrioli stessi volano nella direzione opposta. Spara a un cetriolo pazzo (altrimenti è chiamato "pistola da donna") più di 12 m.

"Legge di conservazione della quantità di moto"
In un sistema chiuso, la somma vettoriale degli impulsi di tutti i corpi inclusi nel sistema rimane costante per qualsiasi interazione dei corpi di questo sistema tra loro.
Questa legge fondamentale della natura è chiamata legge di conservazione della quantità di moto. È una conseguenza della seconda e della terza legge di Newton. Considera due corpi interagenti che fanno parte di un sistema chiuso.
Le forze di interazione tra questi corpi saranno denotate da e Secondo la terza legge di Newton Se questi corpi interagiscono durante il tempo t, allora gli impulsi delle forze di interazione sono identici in valore assoluto e diretti in direzioni opposte: applichiamo a questi la seconda legge di Newton corpi:

"Applicazione della propulsione a reazione in natura"
La propulsione a getto è utilizzata da molti molluschi: polpi, calamari, seppie. Ad esempio, un mollusco capesante si muove in avanti a causa della forza reattiva di un getto d'acqua espulso dalla conchiglia durante una forte compressione delle sue valve.

Polpo
La seppia, come la maggior parte dei cefalopodi, si muove nell'acqua nel modo seguente. Prende l'acqua nella cavità branchiale attraverso una fessura laterale e uno speciale imbuto davanti al corpo, quindi lancia vigorosamente un flusso d'acqua attraverso l'imbuto. La seppia dirige il tubo dell'imbuto di lato o indietro e, spremendo rapidamente l'acqua da esso, può muoversi in diverse direzioni.
La salpa è un animale marino dal corpo trasparente, quando si muove riceve l'acqua attraverso l'apertura frontale e l'acqua entra in un'ampia cavità, all'interno della quale le branchie sono allungate in diagonale. Non appena l'animale beve un grande sorso d'acqua, il buco si chiude. Quindi i muscoli longitudinali e trasversali della salpa si contraggono, tutto il corpo si contrae e l'acqua viene espulsa attraverso l'apertura posteriore. La reazione del getto in uscita spinge la salpa in avanti. Di grande interesse è il motore a reazione del calamaro. Il calamaro è il più grande abitante invertebrato delle profondità oceaniche. I calamari hanno raggiunto il più alto livello di eccellenza nella navigazione a reazione. Hanno anche un corpo che copia un razzo con le sue forme esterne. Conoscendo la legge di conservazione della quantità di moto, puoi modificare la tua velocità di movimento nello spazio aperto. Se sei su una barca e hai dei sassi pesanti, lanciare sassi in una certa direzione ti sposterà nella direzione opposta. Lo stesso accadrà nello spazio, ma per questo vengono utilizzati i motori a reazione.

"Applicazione della propulsione a reazione nella tecnologia"
Alla fine del primo millennio d.C., la Cina inventò la propulsione a reazione che alimentava i razzi: tubi di bambù pieni di polvere da sparo, erano usati anche come divertimento. Uno dei primi modelli di auto era anche con un motore a reazione e questo progetto apparteneva a Newton.
L'autore del primo progetto al mondo di un aereo a reazione progettato per il volo umano è stato il rivoluzionario russo N.I. Kibalchich. Fu giustiziato il 3 aprile 1881 per aver partecipato all'attentato all'imperatore Alessandro II. Ha sviluppato il suo progetto in carcere dopo la condanna a morte. Kibalchich ha scritto: “Mentre ero in prigione, pochi giorni prima della mia morte, sto scrivendo questo progetto. Credo nella fattibilità della mia idea, e questa convinzione mi sostiene nella mia terribile posizione... Affronterò con calma la morte, sapendo che la mia idea non morirà con me.
L'idea di utilizzare i razzi per i voli spaziali è stata proposta all'inizio del nostro secolo dallo scienziato russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Nel 1903, un articolo di un insegnante della palestra Kaluga K.E. Tsiolkovsky "Ricerca degli spazi del mondo con dispositivi a reazione". Questo lavoro conteneva l'equazione matematica più importante per l'astronautica, ora nota come "formula di Tsiolkovsky", che descriveva il movimento di un corpo di massa variabile. Successivamente, ha sviluppato uno schema per un motore a razzo a combustibile liquido, ha proposto un progetto di razzo multistadio ed ha espresso l'idea della possibilità di creare intere città spaziali nell'orbita vicina alla Terra. Dimostrò che l'unico apparato in grado di vincere la gravità è un razzo, cioè un apparato con un motore a reazione che utilizza carburante e un ossidante posizionato sull'apparato stesso. I razzi sovietici furono i primi a raggiungere la Luna, fecero il giro della Luna e ne fotografarono il lato invisibile dalla Terra, furono i primi a raggiungere il pianeta Venere ea consegnare strumenti scientifici sulla sua superficie. Nel 1986, due veicoli spaziali sovietici "Vega-1" e "Vega-2" hanno studiato la cometa di Halley a distanza ravvicinata, avvicinandosi al Sole una volta ogni 76 anni.

Propulsione a reazione "missile intercontinentale"
L'umanità ha sempre sognato di viaggiare nello spazio. Gli scrittori hanno offerto una varietà di mezzi per raggiungere questo obiettivo: fantascienza, scienziati, sognatori. Ma per molti secoli, non un solo scienziato, non un solo scrittore di fantascienza ha potuto inventare l'unico mezzo a disposizione dell'uomo, con l'aiuto del quale è possibile superare la forza di gravità e volare nello spazio. K. E. Tsiolkovsky è il fondatore della teoria dei voli spaziali.
Per la prima volta, il sogno e le aspirazioni di molte persone per la prima volta potrebbero essere avvicinati alla realtà dallo scienziato russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), che dimostrò che l'unico dispositivo in grado di superare la gravità è un razzo, egli ha presentato per la prima volta la prova scientifica della possibilità di utilizzare un razzo per volare nello spazio, oltre l'atmosfera terrestre e verso altri pianeti del sistema solare. Tsoilkovsky ha chiamato un razzo un apparato con un motore a reazione che utilizza il carburante e l'ossidante su di esso.
Come sai dal corso di fisica, un colpo di pistola è accompagnato da rinculo. Secondo le leggi di Newton, un proiettile e una pistola si disperderebbero in direzioni diverse con la stessa velocità se avessero la stessa massa. La massa di gas scartata crea una forza reattiva, grazie alla quale è possibile garantire il movimento sia nell'aria che nello spazio senz'aria, ecco come avviene il rinculo. Maggiore è la forza di rinculo che avverte la nostra spalla, maggiore è la massa e la velocità dei gas in uscita e, di conseguenza, più forte è la reazione della pistola, maggiore è la forza reattiva. Questi fenomeni sono spiegati dalla legge di conservazione della quantità di moto:
la somma vettoriale (geometrica) degli impulsi dei corpi che compongono un sistema chiuso rimane costante per eventuali movimenti e interazioni dei corpi del sistema.
La formula presentata di Tsiolkovsky è la base su cui si basa l'intero calcolo dei missili moderni. Il numero di Tsiolkovsky è il rapporto tra la massa del carburante e la massa del razzo al termine del funzionamento del motore e il peso di un razzo vuoto.
Pertanto, si è riscontrato che la velocità massima raggiungibile del razzo dipende principalmente dalla velocità di deflusso dei gas dall'ugello. E la velocità dei gas di scarico dell'ugello, a sua volta, dipende dal tipo di carburante e dalla temperatura del getto di gas. Quindi maggiore è la temperatura, maggiore è la velocità. Quindi per un vero razzo devi scegliere il carburante più calorico che fornisce la maggior quantità di calore. La formula mostra che, tra le altre cose, la velocità di un razzo dipende dalla massa iniziale e finale del razzo, da quale parte del suo peso ricade sul carburante e quale parte - su strutture inutili (in termini di velocità di volo): corpo, meccanismi, ecc. d.
La conclusione principale di questa formula di Tsiolkovsky per determinare la velocità di un razzo spaziale è che nello spazio senz'aria il razzo si svilupperà maggiore è la velocità, maggiore è la velocità del deflusso dei gas e maggiore è il numero di Tsiolkovsky.

"Fondamenti fisici del motore a reazione"
Al centro dei moderni potenti motori a reazione di vario tipo c'è il principio della reazione diretta, ad es. il principio di creare una forza motrice (o spinta) sotto forma di reazione (rinculo) di un getto di "sostanza attiva" che fuoriesce dal motore, solitamente gas caldi. In tutti i motori, ci sono due processi di conversione dell'energia. In primo luogo, l'energia chimica del combustibile viene convertita in energia termica dei prodotti della combustione, quindi l'energia termica viene utilizzata per eseguire lavori meccanici. Tali motori includono motori alternativi di automobili, locomotive diesel, turbine a vapore e a gas di centrali elettriche, ecc. Dopo che i gas caldi si sono formati nel motore termico, contenenti una grande energia termica, questa energia deve essere convertita in energia meccanica. Dopotutto, i motori servono a fare lavoro meccanico, per “spostare” qualcosa, per metterla in azione, non importa se è una dinamo, aggiungi i disegni di una centrale elettrica, di una locomotiva diesel, di un'auto o di un aereo. Affinché l'energia termica dei gas possa essere convertita in energia meccanica, il loro volume deve aumentare. Con una tale espansione, i gas svolgono il lavoro per il quale viene spesa la loro energia interna e termica.
L'ugello a getto può avere varie forme e, inoltre, un design diverso, a seconda del tipo di motore. La cosa principale è la velocità con cui i gas escono dal motore. Se questa velocità di deflusso non supera la velocità con cui le onde sonore si propagano nei gas in uscita, l'ugello è una semplice sezione di tubo cilindrica o restringente. Se la velocità di deflusso deve superare la velocità del suono, all'ugello viene data la forma di un tubo in espansione o, prima, che si restringe e poi si espande (ugello di Love). Solo in un tubo di tale forma, come dimostrano teoria ed esperienza, è possibile disperdere il gas a velocità supersoniche, scavalcare la "barriera sonica".

"Classificazione dei motori a reazione e caratteristiche del loro utilizzo"
Tuttavia, questo possente tronco, principio di reazione diretta, ha dato vita a un'enorme corona dell'"albero genealogico" della famiglia dei motori a reazione. Conoscere i rami principali della sua corona, a coronamento del "tronco" della reazione diretta. Ben presto, come si può vedere dalla figura (vedi sotto), questo tronco si divide in due parti, come se fosse spaccato da un fulmine. Entrambi i nuovi tronchi sono ugualmente decorati con possenti corone. Questa divisione è avvenuta a causa del fatto che tutti i motori a reazione "chimici" sono divisi in due classi, a seconda che utilizzino o meno l'aria ambiente per il loro lavoro.
In un motore senza compressore di altro tipo, un ramjet, non c'è nemmeno questa griglia di valvole e la pressione nella camera di combustione aumenta a causa della pressione di velocità, cioè decelerazione del flusso d'aria in arrivo che entra nel motore in volo. È chiaro che un tale motore è in grado di funzionare solo quando l'aereo sta già volando a una velocità sufficientemente elevata, non svilupperà spinta nel parcheggio. Ma d'altra parte, a una velocità molto elevata, 4-5 volte la velocità del suono, un ramjet sviluppa una spinta molto elevata e consuma meno carburante di qualsiasi altro motore a reazione "chimico" in queste condizioni. Ecco perché i motori ramjet.
eccetera.................

Per molte persone, il concetto stesso di "propulsione a reazione" è fortemente associato alle moderne conquiste della scienza e della tecnologia, in particolare della fisica, e nelle loro teste appaiono immagini di aerei a reazione o persino di astronavi che volano a velocità supersoniche con l'aiuto dei famigerati motori a reazione . In effetti, il fenomeno della propulsione a reazione è molto più antico persino dell'uomo stesso, perché è apparso molto prima di noi, persone. Sì, la propulsione a reazione è attivamente rappresentata in natura: meduse, seppie nuotano nelle profondità del mare da milioni di anni secondo lo stesso principio che volano oggi i moderni jet supersonici.

Storia della propulsione a reazione

Sin dai tempi antichi, vari scienziati hanno osservato i fenomeni della propulsione a getto in natura, come scrisse l'antico matematico e meccanico greco Heron prima di chiunque altro, tuttavia, non andò mai oltre la teoria.

Se parliamo dell'applicazione pratica della propulsione a reazione, i cinesi inventivi sono stati i primi qui. Intorno al XIII secolo intuirono di mutuare il principio del movimento di polpi e seppie nell'invenzione dei primi razzi, che iniziarono ad utilizzare sia per i fuochi d'artificio che per le operazioni militari (come armi militari e di segnalazione). Poco dopo, questa utile invenzione dei cinesi fu adottata dagli arabi, e da loro gli europei.

Naturalmente, i primi razzi a reazione condizionata avevano un design relativamente primitivo e per diversi secoli praticamente non si svilupparono in alcun modo, sembrava che la storia dello sviluppo della propulsione a reazione si fosse congelata. Una svolta in questa materia si è verificata solo nel XIX secolo.

Chi ha scoperto la propulsione a reazione?

Forse, gli allori del pioniere della propulsione a reazione nel "nuovo tempo" possono essere assegnati a Nikolai Kibalchich, non solo un talentuoso inventore russo, ma anche un rivoluzionario volontario part-time. Ha creato il suo progetto di un motore a reazione e un aereo per le persone mentre era seduto in una prigione reale. Più tardi, Kibalchich fu giustiziato per le sue attività rivoluzionarie e il suo progetto continuò a raccogliere polvere sugli scaffali degli archivi della polizia segreta zarista.

Successivamente, le opere di Kibalchich in questa direzione furono scoperte e integrate dalle opere di un altro scienziato di talento, K. E. Tsiolkovsky. Dal 1903 al 1914 pubblicò una serie di articoli che dimostrarono in modo convincente la possibilità di utilizzare la propulsione a reazione nella creazione di veicoli spaziali per l'esplorazione dello spazio. Ha anche formato il principio dell'uso di razzi multistadio. Fino ad oggi, molte delle idee di Tsiolkovsky sono utilizzate nella scienza missilistica.

Esempi di propulsione a reazione in natura

Sicuramente, mentre nuotavi in ​​mare, hai visto delle meduse, ma difficilmente pensavi che queste incredibili (e anche lente) creature si muovano allo stesso modo grazie alla propulsione a reazione. Vale a dire, riducendo la loro cupola trasparente, spremono l'acqua, che funge da sorta di "motore a reazione" per le meduse.

Anche la seppia ha un meccanismo di movimento simile: attraverso uno speciale imbuto davanti al corpo e attraverso la fessura laterale, aspira l'acqua nella sua cavità branchiale, quindi la lancia vigorosamente fuori attraverso l'imbuto, diretta indietro o di lato ( a seconda della direzione di movimento richiesta dalle seppie).

Ma il motore a reazione più interessante creato dalla natura si trova nei calamari, che possono essere giustamente chiamati "siluri vivi". Dopotutto, anche il corpo di questi animali nella sua forma ricorda un razzo, anche se in realtà tutto è esattamente l'opposto: questo razzo copia il corpo di un calamaro con il suo design.

Se il calamaro ha bisogno di fare un lancio veloce, usa il suo motore a reazione naturale. Il suo corpo è circondato da un mantello, uno speciale tessuto muscolare, e metà del volume dell'intero calamaro cade sulla cavità del mantello, in cui aspira l'acqua. Quindi espelle bruscamente il getto d'acqua raccolto attraverso una stretta bocchetta, mentre piega tutti i suoi dieci tentacoli sopra la testa in modo tale da acquisire una forma aerodinamica. Grazie a una navigazione a getto così perfetta, i calamari possono raggiungere una velocità impressionante di 60-70 km all'ora.

Tra i proprietari di un motore a reazione in natura ci sono anche piante, ovvero il cosiddetto "cetriolo pazzo". Quando i suoi frutti maturano, in risposta al minimo tocco, spara glutine con semi

Legge della propulsione a reazione

Calamari, "cetrioli pazzi", meduse e altre seppie utilizzano la propulsione a getto fin dall'antichità, senza pensare alla sua essenza fisica, ma cercheremo di capire qual è l'essenza della propulsione a reazione, quale movimento si chiama jet, per dare è una definizione.

Per cominciare, puoi ricorrere a un semplice esperimento: se gonfi un normale pallone d'aria e, senza legarlo, lo lasci volare, volerà rapidamente fino a quando non esaurisce l'aria. Questo fenomeno spiega la terza legge di Newton, che dice che due corpi interagiscono con forze uguali in grandezza e opposte in direzione.

Cioè, la forza dell'impatto della palla sui flussi d'aria che fuoriescono da essa è uguale alla forza con cui l'aria respinge la palla da se stessa. Un razzo funziona anche secondo un principio simile a una palla, che espelle parte della sua massa a grande velocità, mentre riceve una forte accelerazione nella direzione opposta.

Legge di conservazione della quantità di moto e propulsione a reazione

La fisica spiega il processo di propulsione a reazione. La quantità di moto è il prodotto della massa di un corpo per la sua velocità (mv). Quando un razzo è fermo, la sua quantità di moto e la sua velocità sono zero. Quando un getto inizia ad essere espulso da esso, il resto, secondo la legge di conservazione della quantità di moto, deve acquisire una velocità tale per cui la quantità di moto totale sarà ancora uguale a zero.

Formula di propulsione a getto

In generale, la propulsione a reazione può essere descritta dalla seguente formula:
m s v s +m p v p =0
m s v s =-m p v p

dove m s v s è la quantità di moto generata dal getto di gas, m p v p è la quantità di moto ricevuta dal razzo.

Il segno meno mostra che la direzione del razzo e la forza di propulsione del jet sono opposte.

Propulsione a reazione nella tecnologia: il principio di funzionamento di un motore a reazione

V tecnologia moderna la propulsione a reazione gioca un ruolo molto importante, poiché i motori a reazione spingono aerei e veicoli spaziali. Il dispositivo del motore a reazione stesso può variare a seconda delle sue dimensioni e dello scopo. Ma in un modo o nell'altro, ognuno di loro ha

• rifornimento di carburante,
• camera, per la combustione del combustibile,
• ugello, il cui compito è accelerare il flusso del getto.

Ecco come appare un motore a reazione.

L'uso della propulsione a reazione in natura Molti di noi nella nostra vita si sono incontrati mentre nuotavano in mare con le meduse. Ma poche persone pensavano che le meduse usino anche la propulsione a reazione per muoversi. E spesso l'efficienza degli invertebrati marini quando si utilizza la propulsione a reazione è molto superiore a quella delle invenzioni tecnologiche.

Seppie Le seppie, come la maggior parte dei cefalopodi, si muovono nell'acqua nel modo seguente. Prende l'acqua nella cavità branchiale attraverso una fessura laterale e uno speciale imbuto davanti al corpo, quindi lancia vigorosamente un flusso d'acqua attraverso l'imbuto. La seppia dirige il tubo dell'imbuto di lato o indietro e, spremendo rapidamente l'acqua da esso, può muoversi in diverse direzioni.

Calamaro Il calamaro è il più grande abitante invertebrato delle profondità oceaniche. Si muove secondo il principio della propulsione a getto, assorbendo l'acqua in se stesso, quindi spingendola con grande forza attraverso un foro speciale - un "imbuto", e ad alta velocità (circa 70 km / h) torna indietro a scossoni. In questo caso, tutti e dieci i tentacoli del calamaro vengono raccolti in un nodo sopra la testa e acquisisce una forma slanciata.

Calamaro volante Questo è un piccolo animale delle dimensioni di un'aringa. Insegue i pesci con tale rapidità che spesso salta fuori dall'acqua, correndo sulla sua superficie come una freccia. Avendo sviluppato la massima spinta del getto nell'acqua, il calamaro pilota decolla in aria e vola sopra le onde per più di cinquanta metri. L'apogeo del volo di un razzo vivente giace così in alto sopra l'acqua che i calamari volanti spesso cadono sui ponti delle navi oceaniche. Quattro o cinque metri non sono un'altezza record a cui i calamari salgono in cielo. A volte volano ancora più in alto.

Polpo I polpi possono anche volare. Il naturalista francese Jean Verany ha visto un normale polpo accelerare in un acquario e improvvisamente saltare fuori dall'acqua all'indietro. Descrivendo nell'aria un arco lungo circa cinque metri, tornò nell'acquario. Guadagnando velocità per il salto, il polpo si è mosso non solo a causa della spinta del getto, ma ha anche remato con i tentacoli.

Cetriolo matto Nei paesi del sud (e anche qui sulla costa del Mar Nero) cresce una pianta chiamata "cetriolo matto". Basta toccare leggermente il frutto maturo, simile a un cetriolo, poiché rimbalza sul gambo e il liquido con i semi vola fuori dal frutto a una velocità fino a 10 m / s attraverso il foro formato. Spara a un cetriolo pazzo (altrimenti è chiamato "pistola da donna") più di 12 m.