Mișcare reactivă în tehnologie, natură. Biofizică: propulsia cu jet în natură vie Manifestarea propulsiei cu jet în natură

Nu a fost primul motor cu reacție din lume. oamenii de știință au observat și investigat chiar înainte de experimentele lui Newton și până în prezent: Propulsie cu jet aeronave.

Filatorul lui Heron

Optsprezece sute de ani înainte de experimentele lui Newton primul motor cu jet de abur realizat de un inventator minunat Heron din Alexandria-antic mecanic grec, invenția sa a fost numită Filatorul lui Heron.

Heron of Alexandria, un vechi mecanic grec, a inventat prima turbină cu jet de abur din lume. Știm puțin despre Heron din Alexandria. El era fiul unui frizer și discipolul unui alt inventator celebru, Ctesibia... Geron a locuit în Alexandria acum aproximativ două mii sute cincizeci de ani. În dispozitivul inventat de Heron, aburul dintr-un cazan, sub care ardea un foc, trecea prin două țevi într-o bilă de fier. Tuburile au servit simultan ca o axă în jurul căreia s-ar putea roti această bilă. Alte două tuburi, îndoite ca litera „L”, au fost atașate la minge, astfel încât să permită aburului să scape din minge. Când s-a făcut un foc sub ceaun, apa a fiert și aburul s-a repezit în bila de fier, iar din ea, prin țevi curbate, a zburat cu forță. În același timp, bila s-a rotit în direcția opusă celei în care au zburat jeturile de abur, acest lucru se întâmplă în conformitate cu. Acest platan rotativ poate fi numit prima turbină cu jet de abur din lume.

Racheta chineză

Chiar mai devreme, cu mulți ani înainte de Heronul Alexandriei, a fost inventată și China motor turboreactor dispozitiv oarecum diferit, numit acum rachetă de artificii... Rachetele cu focuri de artificii nu trebuie confundate cu omonimele lor - semnalele de semnalizare, care sunt folosite în armată și în marină și sunt, de asemenea, trase în zilele de sărbători naționale în vuietul salutărilor artileriei. Semnalele de semnalizare sunt pur și simplu gloanțe comprimate dintr-o substanță care arde cu o flacără colorată. Sunt trase de la pistoale de calibru mare - lansatoare de rachete.

Semnalele sunt gloanțe comprimate dintr-o substanță care arde cu o flacără colorată. Racheta chineză este un tub de carton sau metal, închis la un capăt și umplut cu o compoziție de pulbere. Când acest amestec este aprins, un jet de gaze, care scapă cu viteză mare din capătul deschis al tubului, face ca racheta să zboare în direcția opusă direcției jetului de gaz. O astfel de rachetă poate decola fără ajutorul unui lansator de rachete. Un băț atașat la corpul rachetei face ca zborul său să fie mai stabil și mai simplu.

Artificii folosind rachete chinezești.

Locuitorii mării

În lumea animalelor:

Propulsia cu jet este întâlnită și aici. Sepia, caracatițele și alte cefalopode nu au nici aripioare, nici coadă puternică și nu înoată mai rău decât altele. locuitorii mării... Aceste creaturi cu corp moale au un sac sau o cavitate destul de capabilă în corpul lor. Apa este aspirată în cavitate și apoi animalul cu mare putereîmpinge această apă afară. Reacția apei evacuate obligă animalul să înoate în direcția opusă direcției cursului.

Pisică în cădere

Dar cel mai interesant mod de mișcare a fost demonstrat de un obișnuit pisică... Acum o sută cincizeci de ani, un celebru fizician francez Marcel Despres stabilit:

- Știi, legile lui Newton nu sunt pe deplin corecte. Corpul se poate mișca cu ajutorul forțelor interne, fără a se baza pe nimic și fără a se îndepărta de nimic. - Unde sunt dovezile, unde sunt exemple? - au protestat ascultătorii. - Vrei dovezi? Scuzati-ma. O pisică care a căzut accidental de pe acoperiș este dovada! Indiferent de modul în care cade pisica, chiar și cu capul în jos, cu siguranță va sta pe pământ cu toate cele patru picioare. Dar pisica care cade nu se sprijină pe nimic și nu se îndepărtează de nimic, ci se întoarce repede și cu îndemânare. (Rezistența la aer poate fi neglijată - este prea neglijabilă.)

Într-adevăr, toată lumea știe acest lucru: pisicile cad; reușesc mereu să se ridice în picioare.

Pisica care cade stă pe patru picioare. Pisicile o fac instinctiv, iar oamenii pot face același lucru în mod conștient. Inotatorii care sar dintr-un turn in apa sunt capabili sa realizeze o figura complexa - o tripla capota, adica se intoarce de trei ori in aer, apoi se indreapta brusc, opresc rotirea corpului lor si se arunca cu capul in apa linie dreapta. Aceleași mișcări - fără interacțiune cu vreun obiect străin, se întâmplă să fie observate în circ în timpul spectacolului acrobaților - gimnaste aeriene.

Performanța acrobaților - gimnaste aeriene. Pisica care cădea a fost fotografiată cu un aparat de filmat și apoi privită cadru cu cadru pe ecran, ceea ce face o pisică când zboară în aer. S-a dovedit că pisica își rotește repede laba. Rotația labelor provoacă o mișcare reciprocă - reacția întregului corp și se rotește în direcția opusă mișcării labelor. Totul se întâmplă în strictă conformitate cu legile lui Newton și datorită lor pisica se ridică în picioare. La fel se întâmplă în toate cazurile când o creatură vie își schimbă mișcarea în aer fără niciun motiv aparent.

Barca cu jet

Inventatorii au avut o idee, de ce să nu adopte modul de înot de la sepie. Au decis să construiască o navă autopropulsată cu motor turboreactor... Ideea este cu siguranță fezabilă. Adevărat, nu exista încredere în noroc: inventatorii se îndoiau dacă așa barca cu jet mai bine decât șurubul obișnuit. Era necesar să facem un experiment.

O barcă cu reacție este o navă autopropulsată cu motor cu reacție. Au ales un remorcher vechi, i-au reparat corpul, au scos elicele și au pus o pompă cu jet de apă în camera mașinilor. Această pompă a pompat apa de mare și a împins-o prin conducta din spatele pupa cu un curent puternic. Aburul naviga, dar se mișca totuși mai încet decât aburul cu șurub. Și acest lucru poate fi explicat simplu: o elice obișnuită se rotește în spatele pupa fără restricții de orice, în jurul său există doar apă; apa din pompa cu jet a fost pusă în mișcare de aproape exact aceeași elice, dar nu se mai rotea pe apă, ci într-o țeavă strânsă. A apărut fricțiunea jetului de apă împotriva pereților. Fricțiunea a slăbit forța jetului. Barca cu aburi cu elice cu jet de apă a navigat mai lent decât cea cu elice și a consumat mai mult combustibil. Cu toate acestea, nu au abandonat construcția unor astfel de nave: au găsit avantaje importante. O barcă echipată cu elice trebuie să stea adânc în apă, altfel elica va spuma inutil apa sau se va învârti în aer. Prin urmare, aburitorii cu șurub se tem de fonduri și râuri, nu pot naviga în apă puțin adâncă. Și vaporizatoarele cu jet de apă pot fi construite cu tiraj superficial și cu fund plat: nu au nevoie de adâncime - pe unde va trece barca, și vaporul cu jet de apă va trece acolo. Primele bărci cu jet de apă din Uniunea Sovietică au fost construite în 1953 la șantierul naval Krasnoyarsk. Acestea sunt destinate râurilor mici în care aburele convenționale nu pot naviga.

În special, inginerii, inventatorii și oamenii de știință au fost angajați în studiul propulsiei cu jet atunci când arme de foc... Primele tunuri - tot felul de pistoale, muschete și samopali - au lovit un om în umăr cu fiecare lovitură. După câteva zeci de împușcături, umărul a început să doară atât de mult încât soldatul nu a mai putut ținti. Primele tunuri - scârțâituri, unicorni, răcitoare și bombarde - au sărit înapoi când au fost trase, așa că s-a întâmplat ca tunarii-tunarii să fie schilodiți dacă nu aveau timp să se eschiveze și să sară deoparte. Reculul pistolului a interferat cu tragerea precisă, deoarece arma a tresărit înainte ca miezul sau grenada să zboare din butoi. Acest lucru a confundat plumbul. Tragerile s-au dovedit a fi fără scop.

Tragere cu arme de foc. Inginerii de artilerie au început lupta cu recul în urmă cu mai bine de patru sute cincizeci de ani. În primul rând, trăsura a fost echipată cu un brăzdar, care s-a prăbușit în pământ și a servit drept suport solid pentru pistol. Apoi s-au gândit că, dacă tunul ar fi sprijinit corespunzător din spate, astfel încât să nu mai aibă unde să se întoarcă înapoi, atunci reculul va dispărea. Dar asta a fost o greșeală. Legea conservării impulsului nu a fost luată în considerare. Tunurile au spart toate suporturile, iar trăsurile s-au slăbit atât de mult, încât arma a devenit nepotrivită pentru munca de luptă. Apoi, inventatorii au realizat că legile mișcării, ca orice legi ale naturii, nu pot fi modificate în felul lor, ele pot fi „depășite” doar cu ajutorul științei - mecanica. La trăsură, au lăsat un deschizător relativ mic pentru oprire și au pus butoiul pistolului pe „tobogan” astfel încât să se rostogolească un singur butoi înapoi, și nu întregul pistol. Butoiul a fost conectat la pistonul compresorului, care se deplasează în cilindrul său în același mod ca pistonul unui motor cu aburi. Dar în cilindrul unui motor cu aburi există abur, iar în compresorul pistolului există ulei și un arc (sau aer comprimat). Când butoiul tunului se rotește înapoi, pistonul comprimă arcul. În același timp, uleiul este forțat prin găuri mici în piston pe cealaltă parte a pistonului. Există o frecare puternică, care absoarbe parțial mișcarea butoiului de retragere, făcându-l mai lent și mai lin. Apoi, arcul comprimat se extinde și readuce pistonul și, odată cu acesta, țeava pistolului, la locul său inițial. Uleiul apasă supapa, o deschide și curge liber înapoi sub piston. În timpul unui foc rapid, țeava pistolului se mișcă înainte și înapoi aproape continuu. Într-un compresor de pistol, reculul este absorbit de frecare.

Frâna botului

Când puterea și autonomia pistolelor au crescut, compresorul nu a fost suficient pentru a neutraliza reculul. Pentru a-l ajuta a fost inventat frâna botului... Frâna botului este doar un tub scurt de oțel atașat la gaură și care servește ca o prelungire a acestuia. Diametrul său este mai mare decât diametrul găurii și, prin urmare, nu împiedică cel puțin proiectilul să zboare din butoi. Mai multe găuri alungite sunt tăiate în pereții tubului de-a lungul circumferinței.

Muzzle Brake - Reduce reculul armelor de foc. Gazele pulberi care scapă din țeava pistolului după proiectil se îndepărtează imediat în lateral, iar unele dintre ele cad în găurile frânei de bot. Aceste gaze lovesc cu mare forță pereții găurilor, le resping și zboară afară, dar nu înainte, ci ușor oblic și înapoi. În același timp, apasă pe pereți înainte și îi împing și, împreună cu ei, tot butoiul pistolului. Ele ajută arcul monitorului de incendiu, deoarece au tendința de a face ca butoiul să se rostogolească înainte. Și în timp ce erau în butoi, au împins arma înapoi. Frâna botului reduce semnificativ și atenuează reculul. Alți inventatori au luat o cale diferită. În loc să lupte propulsie cu jetși au încercat să o stingă, au decis să folosească întoarcerea armei în beneficiul cauzei. Acești inventatori au creat multe exemple de arme automate: puști, pistoale, mitraliere și tunuri, în care reculul servește la aruncarea cartușului folosit și la reîncărcarea armei.

Artileria cu rachete

Nu poți lupta deloc cu recul, ci folosește-l: la urma urmei, acțiunea și reacția (reculul) sunt echivalente, egale, egale, așa că efect reactiv al gazelor pulberi, în loc să împingă înapoi țeava pistolului, trimite proiectilul înainte la țintă. Așa a fost creat rachetă de artilerie... În el, un jet de gaze lovește nu înainte, ci înapoi, creând o reacție înainte în proiectil. Pentru pistol cu jet butoiul scump și greu se dovedește a fi inutil. Un tub simplu și mai ieftin de fier servește perfect pentru a direcționa zborul proiectilului. Puteți face fără țeavă, dar faceți proiectilul să alunece de-a lungul a două lamele metalice. În structura sa, o rachetă este similară cu o rachetă de artificii, este doar de dimensiuni mai mari. În loc de un compus pentru sticlele colorate, o sarcină explozivă de mare forță distructivă este plasată în capul său. Mijlocul proiectilului este umplut cu praf de pușcă, care, atunci când arde, creează un jet puternic de gaze fierbinți care împing proiectilul înainte. În acest caz, arderea prafului de pușcă poate dura o parte semnificativă a timpului de zbor și nu doar acea scurtă perioadă de timp în timp ce un proiectil convențional se mișcă în butoiul unui tun convențional. Imaginea nu este însoțită de un sunet atât de puternic. Artileria cu rachete nu este mai tânără decât artileria obișnuită și poate chiar mai veche decât aceasta: cărțile antice chinezești și arabe scrise cu mai bine de o mie de ani în urmă raportează utilizarea în luptă a rachetelor. În descrierile bătăliilor de mai târziu, nu, nu și va fi menționată racheta de luptă. Când trupele britanice au cucerit India, războinicii indieni cu rachete, cu săgețile lor de coadă de foc, i-au îngrozit pe invadatorii britanici care și-au aservit patria. Pentru britanicii de atunci, armele cu reacție erau o curiozitate. Grenade rachete inventate de general K. I. Konstantinov, apărătorii curajoși ai Sevastopolului din 1854-1855 au respins atacurile trupelor anglo-franceze.

Racheta

Un avantaj imens față de artileria obișnuită - nu era nevoie să poarte arme grele - a atras atenția liderilor militari asupra artileriei cu rachete. Dar un dezavantaj la fel de important a împiedicat îmbunătățirea acestuia. Faptul este că propulsia sau, așa cum se spunea, forța de încărcare, știau să facă numai din pulbere neagră. Și pulberea neagră este periculoasă de manipulat. S-a întâmplat ca în timpul fabricării rachete propulsorul a explodat și muncitorii au murit. Uneori racheta a explodat la lansare, iar tunarii au fost uciși. Era periculos să faci și să folosești astfel de arme. Prin urmare, nu s-a răspândit. Lucrările începute cu succes nu au dus însă la construirea unei nave spațiale interplanetare. Fasciștii germani au pregătit și au declanșat un război mondial sângeros.

Rachetă

Deficiența în fabricarea rachetelor a fost eliminată de designerii și inventatorii sovietici. În timpul Marelui Războiul Patriotic au dat armatei noastre arme cu jet excelente. Au fost construite mortare de pază - „Katyushas” și s-au inventat RS („eres”) - rachete.

Rachetă. În ceea ce privește calitatea sa, artileria rachetă sovietică a depășit toate modelele străine și a provocat daune uriașe inamicului. Apărând Patria, poporul sovietic a fost nevoit să pună toate realizările rachetei în slujba apărării. În statele fasciste, mulți oameni de știință și ingineri, chiar înainte de război, au dezvoltat intens proiecte pentru arme inumane de distrugere și crimă în masă. Ei au considerat acest lucru scopul științei.

Aeronavă cu conducere automată

În timpul războiului, inginerii lui Hitler au construit câteva sute aeronave cu conducere automată: scoici "FAU-1" și rachete "FAU-2". Acestea erau scoici în formă de trabuc, de 14 metri lungime și 165 de centimetri în diametru. Țigara mortală cântărea 12 tone; din care 9 tone sunt combustibil, 2 tone sunt coca și 1 tonă sunt explozive. „FAU-2” a zburat cu o viteză de până la 5500 de kilometri pe oră și putea urca 170-180 de kilometri în înălțime. Aceste mijloace de distrugere nu difereau prin acuratețea lovirii și erau potrivite doar pentru a trage asupra unor ținte atât de mari precum orașele mari și dens populate. Fasciștii germani au eliberat „FAU-2” la 200-300 de kilometri de Londra în așteptarea că orașul este mare - va ajunge undeva! Este puțin probabil ca Newton să fi putut imagina că experiența sa spirituală și legile mișcării descoperite de el ar forma baza unei arme create de răutate bestială față de oameni, iar blocuri întregi din Londra s-ar transforma în ruine și ar deveni mormintele oamenilor capturați. de raidul nevăzător al FAU.

Nava spatiala

Timp de multe secole, oamenii au prețuit visul de a zbura în spațiul interplanetar, de a vizita Luna, Marte misterios și Venus înnorat. Pe această temă au fost scrise multe romane științifico-fantastice, romane și nuvele. Scriitorii și-au trimis eroii la distanțe înalte, pe lebede dresate, în baloane, în scoici de tun sau într-un alt mod incredibil. Cu toate acestea, toate aceste metode de zbor s-au bazat pe invenții care nu au avut niciun sprijin în știință. Oamenii credeau doar că vor putea într-o bună zi să părăsească planeta noastră, dar nu știau cum vor putea realiza acest lucru. Minunat om de știință Konstantin Eduardovici Ciolkovskiîn 1903 pentru prima dată a dat o bază științifică ideii de călătorie spațială... El a dovedit că oamenii pot părăsi globul și o rachetă va servi drept vehicul pentru asta, deoarece o rachetă este singurul motor care nu are nevoie de niciun suport extern pentru mișcarea sa. De aceea rachetă capabil să zboare în spațiu fără aer.

Omul de știință Konstantin Eduardovici Ciolkovski - a dovedit că oamenii pot părăsi globul pe o rachetă. În ceea ce privește structura sa, nava spațială ar trebui să fie similară cu un proiectil de rachetă, doar o cabină pentru pasageri și instrumente se va potrivi în partea sa de cap, iar restul spațiului va fi ocupat de o sursă de amestec combustibil și un motor. Pentru a obține o navă la viteza potrivită, aveți nevoie de combustibilul potrivit. Praful de pușcă și alți explozivi nu sunt nicidecum adecvați: sunt amândoi periculoși și ard prea repede, nu asigură mișcare pe termen lung. K.E. Ciolkovski a recomandat utilizarea combustibilului lichid: alcool, benzină sau hidrogen lichefiat, arderea într-un curent de oxigen pur sau alt agent oxidant. Toată lumea a recunoscut corectitudinea acestui sfat, pentru că atunci nu știau cel mai bun combustibil. Prima rachetă cu combustibil lichid, cântărind șaisprezece kilograme, a fost testată în Germania pe 10 aprilie 1929. O rachetă cu experiență a decolat în aer și a dispărut din vedere înainte ca inventatorul și toți cei prezenți să poată urmări unde a zburat. Nu s-a putut găsi racheta după experiment. Data viitoare, inventatorul a decis să „depășească” racheta și a legat de ea o frânghie lungă de patru kilometri. Racheta a urcat, urmărindu-și coada frânghiei. A scos doi kilometri de frânghie, a tăiat-o și și-a urmat predecesorul într-o direcție necunoscută. Și nici acest fugar nu a putut fi găsit. Primul zbor de succes al unei rachete cu combustibil lichid a avut loc în URSS pe 17 august 1933. Racheta s-a ridicat, a zburat la distanța dorită și a aterizat în siguranță. Toate aceste descoperiri și invenții se bazează pe legile lui Newton.

Mișcare reactivă în natură și tehnologie

REZUMAT ÎN FIZICĂ

Mișcarea reactivă este o mișcare care apare atunci când orice parte a corpului este separată de corp la o anumită viteză.

Forța reactivă apare fără nicio interacțiune cu corpurile externe.

Utilizarea propulsiei cu jet în natură

Mulți dintre noi în viața noastră s-au întâlnit cu meduze în timp ce înotau în mare. În orice caz, sunt destule în Marea Neagră. Dar puțini oameni au crezut că meduzele folosesc propulsia cu jet pentru mișcare. În plus, așa se mișcă larvele de libelule și unele specii de plancton marin. Și adesea eficiența nevertebratelor marine care utilizează propulsia cu jet este mult mai mare decât cea a invențiilor tehnologice.

Propulsia cu jet este utilizată de multe moluște - caracatițe, calmar, sepie. De exemplu, o scoică de scoici se mișcă înainte datorită forței reactive a unui curent de apă evacuat din coajă atunci când supapele sale sunt puternic comprimate.

Caracatiță

Sepie

Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se mișcă în apă în felul următor. Trage apă în cavitatea branhială prin fanta laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă viguros un flux de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlniei în lateral sau în spate și scoțând rapid din ea apa, se poate mișca în direcții diferite.

Salpa este un animal de mare cu un corp transparent, atunci când se mișcă, primește apă prin deschiderea frontală, iar apa intră într-o cavitate largă, în interiorul căreia branhiile sunt întinse în diagonală. De îndată ce animalul ia o înghițitură lungă de apă, gaura se închide. Apoi mușchii longitudinali și transversali ai salpei se contractă, întregul corp se contractă și apa este împinsă afară prin deschiderea posterioară. Reacția jetului care curge împinge salpa înainte.

Cel mai mare interes este motorul cu jet de calamar. Calmarul este cel mai mare locuitor de nevertebrate din adâncurile oceanului. Calmarii au atins cea mai mare perfecțiune în navigația cu jet. În ele, chiar și corpul cu formele sale externe copiază racheta (sau, mai bine spus, racheta copia calmarul, deoarece are o prioritate incontestabilă în această materie). Când se mișcă încet, calmarul folosește o aripă mare în formă de diamant care se îndoaie periodic. El folosește un motor cu reacție pentru o aruncare rapidă. Țesut muscular - manta înconjoară corpul moluștei din toate părțile, volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calmarului. Animalul suge apă în cavitatea mantalei și apoi aruncă brusc un curent de apă printr-o duză îngustă și, cu viteză mare, se mișcă înapoi în scuturi. În acest caz, toate cele zece tentacule ale calmarului se adună într-un nod deasupra capului și capătă o formă simplificată. Duza este echipată cu o supapă specială, iar mușchii o pot roti, schimbând direcția de mișcare. Motorul de calamar este foarte economic, este capabil de viteze de până la 60 - 70 km / h. (Unii cercetători cred că chiar și până la 150 km / h!) Nu este de mirare că calmarul este numit „torpilă vie”. Îndoiți tentaculele îndoite într-un pachet la dreapta, la stânga, în sus sau în jos, calmarul se rotește într-o direcție sau alta. Deoarece o astfel de cârmă este foarte mare în comparație cu animalul însuși, mișcarea ușoară a acesteia este suficientă pentru ca calmarul, chiar și la viteză maximă, să evite cu ușurință o coliziune cu un obstacol. O întoarcere bruscă a volanului - iar înotătorul se grăbește deja înăuntru partea din spate... Așadar, a îndoit capătul pâlniei înapoi și acum alunecă mai întâi cu capul. A îndoit-o spre dreapta - și o apăsare cu jet a aruncat-o spre stânga. Dar când trebuie să înoți repede, pâlnia iese întotdeauna chiar între tentacule, iar calmarul se repede cu coada, așa cum ar fugi un raci - un alergător dotat cu agilitatea unui cal.

Dacă nu este nevoie să vă grăbiți, calmarul și sepia înoată unduindu-se cu aripioare - valuri miniaturale aleargă de-a lungul lor din față în spate, iar animalul alunecă grațios, împingându-se ocazional și cu un curent de apă aruncat afară de sub manta. Apoi, șocurile individuale pe care molusca le primește în momentul erupției jeturilor de apă sunt clar vizibile. Unele cefalopode pot atinge viteze de până la cincizeci și cinci de kilometri pe oră. Se pare că nimeni nu a făcut măsurători directe, dar acest lucru poate fi judecat după viteza și raza de acțiune a calmarilor zburători. Și așa, se pare, există talente în rudele caracatiței! Cel mai bun pilot de moluște este calmarul stenoteutis. Marinarii englezi o numesc - calamar zburător („calmar zburător”). Este un animal mic de mărimea unui hering. Urmărește peștii cu atâta rapiditate, încât sare deseori din apă, măturând ca o săgeată peste suprafața ei. El recurge la acest truc și își salvează viața de prădători - ton și macrou. După ce a dezvoltat forța maximă a jetului în apă, calmarul pilot decolează în aer și zboară peste valuri pentru mai mult de cincizeci de metri. Apogeul zborului unei rachete vii se află atât de sus deasupra apei, încât calmarii zburători aterizează adesea pe punțile navelor oceanice. Patru până la cinci metri nu reprezintă o înălțime record până la care calarii se ridică în cer. Uneori zboară și mai sus.

Cercetătorul englez în domeniul crustaceelor, Dr. Rees, a descris într-un articol științific un calmar (lung de numai 16 centimetri), care, zburând la o distanță corectă prin aer, a căzut pe podul iahtului, care se afla la aproape șapte metri deasupra apei.

Se întâmplă că o mulțime de calamari zburători cad pe navă într-o cascadă strălucitoare. Vechiul scriitor Trebius Niger a spus odată o poveste tristă despre o navă care chiar s-a scufundat sub greutatea calmarilor zburători care au căzut pe puntea sa. Calmarii pot decola fără accelerare.

Și caracatițele pot zbura. Naturalistul francez Jean Verany a văzut o caracatiță obișnuită accelerând într-un acvariu și a sărit brusc din apă înapoi. După ce a descris un arc lung de cinci metri în aer, a coborât înapoi în acvariu. Adunând viteza pentru a sari, caracatița s-a mișcat nu numai datorită impulsului jetului, ci și a vâslit cu tentacule.
Caracatițele largi înoată, desigur, mai rău decât calmarul, dar în momentele critice pot prezenta o clasă record pentru cei mai buni sprinteri. Personalul de la Acvariul din California a încercat să fotografieze o caracatiță care atacă un crab. Caracatița s-a repezit la pradă atât de repede încât a apărut întotdeauna grăsime pe film, chiar și atunci când a filmat la viteze mari. Deci aruncarea a durat sutimi de secundă! De obicei, caracatițele înoată relativ lent. Joseph Seinle, care a studiat migrația caracatițelor, a calculat: o caracatiță de jumătate de metru plutește pe mare cu viteza medie aproximativ cincisprezece kilometri pe oră. Fiecare șuvoi de apă aruncat din pâlnie îl împinge înainte (sau mai bine zis, înapoi, deoarece caracatița înoată înapoi) de doi până la doi metri și jumătate.

Propulsia cu jet poate fi găsită și în lumea plantelor. De exemplu, fructele coapte de „castraveți nebuni” la cea mai mică atingere ricoșează de pe tulpină, iar un lichid lipicios cu semințe este aruncat cu forță din gaură. În același timp, castravetele în sine zboară în direcția opusă până la 12 m.

Cunoscând legea conservării impulsului, vă puteți schimba propria viteză de mișcare în spațiu deschis. Dacă vă aflați într-o barcă și aveți mai multe pietre grele, atunci aruncarea pietrelor într-o anumită direcție se va deplasa în direcția opusă. La fel se va întâmpla și în spațiul cosmic, dar acolo folosesc motoare cu reacție pentru asta.

Toată lumea știe că o lovitură dintr-o armă este însoțită de un recul. Dacă greutatea glonțului ar fi egală cu greutatea pistolului, ar zbura cu aceeași viteză. Reculul se produce deoarece masa respinsă a gazelor creează o forță reactivă, datorită căreia mișcarea poate fi asigurată atât în aer, cât și în spațiul fără aer. Și cu cât masa și viteza gazelor care se scurg sunt mai mari, cu atât este mai mare forța de retragere pe care o simte umărul nostru, cu atât este mai puternică reacția pistolului, cu atât este mai mare forța reactivă.

Utilizarea propulsiei cu jet în tehnologie

Timp de multe secole, omenirea a visat la călătorii spațiale. Scriitorii de science fiction au oferit o varietate de mijloace pentru a atinge acest obiectiv. În secolul al XVII-lea a apărut povestea scriitorului francez Cyrano de Bergerac despre zborul spre Lună. Eroul acestei povești a ajuns pe lună într-o căruță de fier, peste care arunca constant un magnet puternic. Trăgându-se spre el, vagonul se ridica din ce în ce mai sus deasupra Pământului până a ajuns pe lună. Și baronul Munchausen a spus că a urcat pe lună pe o tulpină de fasole.

La sfârșitul primului mileniu d.Hr., China a inventat propulsia cu jet, care a propulsat rachete - tuburi de bambus umplute cu praf de pușcă, au fost folosite și ca distracție. Unul dintre primele proiecte de mașini a fost, de asemenea, cu un motor cu reacție și acest proiect a aparținut lui Newton.

Autorul primului proiect din lume al unui avion cu reacție conceput pentru zborul uman a fost revoluționarul rus N.I. Kibalchich. El a fost executat la 3 aprilie 1881 pentru participarea la încercarea de asasinare a împăratului Alexandru al II-lea. Și-a dezvoltat proiectul în închisoare după condamnarea la moarte. Kibalchich a scris: „În închisoare, cu câteva zile înainte de moartea mea, scriu acest proiect. Cred în fezabilitatea ideii mele, iar această credință mă susține în situația mea teribilă ... Mă voi confrunta calm cu moartea, știind că ideea mea nu va pieri odată cu mine. "

Ideea utilizării rachetelor pentru zborurile spațiale a fost propusă la începutul acestui secol de către omul de știință rus Konstantin Eduardovici Ciolkovski. În 1903, un articol al profesorului gimnaziului Kaluga K.E. Ciolkovski „Explorarea spațiilor lumii prin dispozitive cu jet”. Această lucrare conținea cea mai importantă ecuație matematică pentru astronautică, acum cunoscută sub numele de „formula Tsiolkovsky”, care descria mișcarea unui corp cu masă variabilă. Ulterior, a dezvoltat o schemă pentru un motor de rachetă cu combustibil lichid, a propus un design de rachetă cu mai multe etape și a exprimat ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbita apropiată a pământului. El a arătat că singurul dispozitiv capabil să depășească forța gravitațională este o rachetă, adică aparat cu motor cu reacție care utilizează combustibil și un oxidant situat pe aparatul însuși.

Un motor cu reacție este un motor care transformă energia chimică a unui combustibil în energia cinetică a unui jet de gaz, în timp ce motorul câștigă turație în direcția opusă.

Ideea lui K. E. Ciolkovski a fost implementată de oamenii de știință sovietici sub îndrumarea academicianului Serghei Pavlovici Korolev. Primul satelit artificial de pe Pământ a fost lansat de o rachetă în Uniunea Sovietică pe 4 octombrie 1957.

Principiul propulsiei cu jet este utilizat pe scară largă în aviație și astronautică. În spațiul cosmic, nu există niciun mediu cu care corpul să poată interacționa și, prin urmare, să schimbe direcția și modulul vitezei sale, prin urmare, pentru zborurile spațiale, pot fi utilizate doar avioane cu reacție, adică rachete.

Dispozitiv rachetă

Mișcarea rachetei se bazează pe legea conservării impulsului. Dacă la un moment dat vreun corp este aruncat de la rachetă, atunci acesta va dobândi același impuls, dar direcționat în direcția opusă

În orice rachetă, indiferent de designul său, există întotdeauna o carcasă și un combustibil cu oxidant. Coaja rachetei include o sarcină utilă (în acest caz, o navă spațială), un compartiment pentru instrumente și un motor (cameră de ardere, pompe etc.).

Cea mai mare parte a rachetei este combustibil cu oxidant (este necesar un oxidant pentru a menține arderea combustibilului, deoarece nu există oxigen în spațiu).

Combustibilul și oxidantul sunt pompate în camera de ardere. Combustibilul, atunci când este ars, se transformă în gaz cu temperatură ridicată și presiune ridicata... Datorită diferenței mari de presiune din camera de ardere și din spațiul exterior, gazele din camera de ardere se repezesc spre exterior într-un jet puternic printr-un clopot special format, numit duză. Scopul duzei este de a crește viteza jetului.

Înainte de lansarea rachetei, impulsul său este zero. Ca urmare a interacțiunii gazului din camera de ardere și toate celelalte părți ale rachetei, gazul care iese prin duză primește un anumit impuls. Atunci racheta este un sistem închis, iar impulsul său total ar trebui să fie egal cu zero chiar și după lansare. Prin urmare, coaja rachetei, care se află complet în ea, primește un impuls egal în mărime cu impulsul gazului, dar opus în direcție.

Cea mai masivă parte a rachetei, concepută pentru a lansa și accelera întreaga rachetă, se numește prima etapă. Când prima etapă masivă a unei rachete cu mai multe etape rămâne fără combustibil în timpul accelerației, aceasta este separată. Accelerația suplimentară este continuată de cea de-a doua etapă, mai puțin masivă, iar la viteza atinsă anterior cu ajutorul primei etape, adaugă o viteză mai mare, apoi se separă. A treia etapă continuă să mărească viteza la valoarea necesară și livrează sarcina utilă pe orbită.

Prima persoană care a zburat în spațiul cosmic a fost un cetățean al Uniunii Sovietice, Yuri Alekseevich Gagarin. 12 aprilie 1961 A încercuit globul la bordul satelitului Vostok

Rachetele sovietice au fost primele care au ajuns pe Lună, au înconjurat Luna și și-au fotografiat partea invizibilă de pe Pământ, primele care au ajuns pe planeta Venus și au livrat instrumente științifice la suprafața sa. În 1986, două nave spațiale sovietice „Vega-1” și „Vega-2” au examinat cometa lui Halley la distanță scurtă, apropiindu-se de Soare o dată la 76 de ani.

Cel mai bun caz, pentru a cere corecție ... ”R. Feynman Chiar și o scurtă recenzie a istoriei dezvoltării tehnologiei arată un fapt izbitor al dezvoltării asemănătoare avalanșei științei și tehnologiei moderne pe scara istoriei întregii omeniri. . Dacă trecerea unei persoane de la unelte de piatră la metal a durat aproximativ 2 milioane de ani; îmbunătățirea unei roți de la o roată din lemn masiv la o roată cu butuc, ...

Care se pierde în adâncurile secolelor, a fost, este și va fi mereu centrul științei și culturii naționale și va fi întotdeauna deschis în mișcarea culturală și științifică pentru întreaga lume. "*" Moscova în istoria științei și tehnologie "- acesta este numele proiectului de cercetare (lider SS Ilizarov), realizat de Institutul Vavilov de Istoria Științelor Naturii și Tehnologiei din Academia Rusă de Științe cu sprijinul ...

Rezultatele multor ani de muncă în diferite domenii ale opticii fizice. A pus bazele unei noi direcții în domeniul opticii, pe care savantul a numit-o micro-optică. Vavilov a acordat o mare atenție problemelor filozofiei științelor naturii și a istoriei științei. I se atribuie dezvoltarea, publicarea și promovarea patrimoniului științific al lui M.V. Lomonosov, V.V. Petrov și L. Euler. Oamenii de știință au condus Comisia pentru istorie ...

Mișcare reactivă în natură și tehnologie

REZUMAT ÎN FIZICĂ

Propulsie cu jet- mișcarea care are loc atunci când o parte a corpului se separă de corp la o anumită viteză.

Forța reactivă apare fără nicio interacțiune cu corpurile externe.

Utilizarea propulsiei cu jet în natură

Caracatiță

Sepie

Cel mai mare interes este motorul cu jet de calamar. Calmarul este cel mai mare locuitor de nevertebrate din adâncurile oceanului. Calmarii au atins cea mai mare perfecțiune în navigația cu jet. În ele, chiar și corpul cu formele sale externe copiază racheta (sau, mai bine spus, racheta copia calmarul, deoarece are o prioritate incontestabilă în această materie). Când se mișcă încet, calmarul folosește o aripă mare în formă de diamant care se îndoaie periodic. El folosește un motor cu reacție pentru o aruncare rapidă. Țesut muscular - manta înconjoară corpul moluștei din toate părțile, volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calmarului. Animalul suge apă în cavitatea mantalei și apoi aruncă brusc un curent de apă printr-o duză îngustă și, cu viteză mare, se mișcă înapoi în scuturi. În acest caz, toate cele zece tentacule ale calmarului se adună într-un nod deasupra capului și capătă o formă simplificată. Duza este echipată cu o supapă specială, iar mușchii o pot roti, schimbând direcția de mișcare. Motorul de calamar este foarte economic, este capabil de viteze de până la 60 - 70 km / h. (Unii cercetători cred că chiar și până la 150 km / h!) Nu este de mirare că calmarul este numit „torpilă vie”. Îndoiți tentaculele îndoite într-un pachet la dreapta, la stânga, în sus sau în jos, calmarul se rotește într-o direcție sau alta. Deoarece o astfel de cârmă este foarte mare în comparație cu animalul însuși, mișcarea ușoară a acesteia este suficientă pentru ca calmarul, chiar și la viteză maximă, să evite cu ușurință o coliziune cu un obstacol. O întoarcere bruscă a volanului - iar înotătorul se grăbește în direcția opusă. Așadar, a îndoit capătul pâlniei înapoi și acum alunecă mai întâi cu capul. A îndoit-o spre dreapta - și o apăsare cu jet a aruncat-o spre stânga. Dar când trebuie să înoți repede, pâlnia iese întotdeauna chiar între tentacule, iar calmarul se repede cu coada, așa cum ar fugi un raci - un alergător dotat cu agilitatea unui cal.

Și caracatițele pot zbura. Naturalistul francez Jean Verany a văzut o caracatiță obișnuită accelerând într-un acvariu și a sărit brusc din apă înapoi. După ce a descris un arc lung de cinci metri în aer, a coborât înapoi în acvariu. Adunând viteza pentru a sari, caracatița s-a mișcat nu numai datorită impulsului jetului, ci și a vâslit cu tentacule.
Caracatițele largi înoată, desigur, mai rău decât calmarii, dar în momentele critice pot prezenta o clasă record pentru cei mai buni sprinteri. Personalul de la Acvariul din California a încercat să fotografieze o caracatiță care atacă un crab. Caracatița s-a repezit la pradă atât de repede încât a apărut întotdeauna grăsime pe film, chiar și atunci când a filmat la viteze mai mari. Deci aruncarea a durat sutimi de secundă! De obicei, caracatițele înoată relativ lent. Joseph Seinle, care a studiat migrația caracatițelor, a calculat că o caracatiță, de dimensiuni de jumătate de metru, plutește pe mare cu o viteză medie de aproximativ cincisprezece kilometri pe oră. Fiecare șuvoi de apă aruncat din pâlnie îl împinge înainte (sau mai bine zis, înapoi, deoarece caracatița înoată înapoi) de doi până la doi metri și jumătate.

Utilizarea propulsiei cu jet în tehnologie

Motor turboreactor Este un motor care transformă energia chimică a combustibilului în energia cinetică a unui jet de gaz, în timp ce motorul capătă viteză în direcția opusă.

Dispozitiv rachetă

Cea mai mare parte a rachetei este combustibil cu oxidant (este necesar un oxidant pentru a menține arderea combustibilului, deoarece nu există oxigen în spațiu).

Combustibilul și oxidantul sunt pompate în camera de ardere. Combustibilul, ars, se transformă în gaz cu temperatură ridicată și presiune ridicată. Datorită diferenței mari de presiune din camera de ardere și din spațiul exterior, gazele din camera de ardere se repezesc spre exterior într-un jet puternic printr-un clopot special format, numit duză. Scopul duzei este de a crește viteza jetului.

Prima persoană care a zburat în spațiul cosmic a fost un cetățean al Uniunii Sovietice, Yuri Alekseevich Gagarin. 12 aprilie 1961 A încercuit globul la bordul satelitului Vostok

Ministerul Educației și Științei din Federația Rusă
FGOU SPO „Colegiul de construcții Perevozsky”
abstract
disciplina:
Fizică
temă: Propulsie cu jet

Efectuat:
Student
Grupe 1-121
Okuneva Alena
Verificat:
P.L. Vineaminovna

Orașul Perevoz
2011
Conţinut:

Introducere: ce este Jet Propulsion ......................

Legea conservării impulsurilor ……………………………………………………………… .4

Aplicarea propulsiei cu jet în natură ………………………… ..….… .... 5

Aplicarea propulsiei cu jet în tehnologie ……. ………………… ...… ..….… .6

Propulsie cu jet „Rachetă intercontinentală” ………… .. ……… ...… 7

Bazele fizice ale unui motor cu reacție

..................... ....................

Clasificarea motoarelor cu reacție și caracteristicile utilizării lor ………………………………………………………………………. …………. …… .9

Caracteristici ale proiectării și creării unei aeronave ... .. ... 10

Concluzie …………………………………………………………………………………………… .11

Lista literaturii folosite ……………………………………………… ...

„Propulsie cu jet”
Mișcarea reactivă este mișcarea unui corp datorită separării de acesta cu o anumită viteză a unora dintre părțile sale. Mișcarea reactivă este descrisă pe baza legii conservării impulsului.
Propulsia cu jet, care este folosită acum în avioane, rachete și proiectile spațiale, este caracteristică caracatițelor, calmarilor, sepiei, meduzelor - toate, fără excepție, folosesc reacția (reculul) jetului de apă aruncat pentru înot.
Exemple de propulsie cu jet pot fi găsite și în lumea plantelor.
În țările din sud, există o plantă numită „castravete nebun”. Trebuie doar să atingeți ușor fructul copt, asemănător unui castravete, deoarece ricoșează de pe tulpină, iar prin orificiul format din fruct, o fântână cu o viteză de până la 10 m / s zboară un lichid cu semințe.

Castraveții înșiși zboară în direcția opusă. Un castravete nebun (altfel se numește „pistolul doamnei”) trage mai mult de 12 m.

„Legea conservării impulsului”
Într-un sistem închis, suma vectorială a impulsurilor tuturor corpurilor incluse în sistem rămâne constantă pentru orice interacțiune dintre corpurile acestui sistem.
Această lege fundamentală a naturii se numește legea conservării impulsului. Este o consecință a legii a doua și a treia a lui Newton. Luați în considerare două corpuri care interacționează, care fac parte dintr-un sistem închis.
Forțele de interacțiune dintre aceste corpuri vor fi notate prin și Conform celei de-a treia legi a lui Newton Dacă aceste corpuri interacționează în timpul t, atunci impulsurile forțelor de interacțiune sunt aceleași ca mărime și direcționate în direcții opuse: aplicăm a doua lege a lui Newton la aceste corpuri:

Această egalitate înseamnă că, ca urmare a interacțiunii a două corpuri, impulsul lor total nu s-a schimbat. Având în vedere acum tot felul de interacțiuni pereche de corpuri incluse într-un sistem închis, putem concluziona că forțele interne ale unui sistem închis nu își pot schimba impulsul total, adică suma vectorială a impulsurilor tuturor corpurilor incluse în acest sistem. O reducere semnificativă a masei de lansare a rachetei poate fi realizată prin utilizarearachete cu mai multe etapecând etapele rachetei se separă pe măsură ce combustibilul arde. Procesul de accelerare ulterioară a rachetei exclude masele de containere în care a fost combustibil, motoare uzate, sisteme de comandă, etc. Se dezvoltă racheta modernă pe calea creării de rachete economice cu mai multe etape.

„Utilizarea propulsiei cu jet în natură”
Propulsia cu jet este utilizată de multe moluște - caracatițe, calmar, sepie. De exemplu, o scoică de scoici se mișcă înainte datorită forței reactive a unui curent de apă evacuat din coajă atunci când supapele sale sunt puternic comprimate.

Caracatiță
Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se mișcă în apă în felul următor. Trage apă în cavitatea branhială prin fanta laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă viguros un flux de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlniei în lateral sau în spate și scoțând rapid din ea apa, se poate mișca în direcții diferite.
Salpa este un animal de mare cu un corp transparent, atunci când se mișcă, primește apă prin deschiderea frontală, iar apa intră într-o cavitate largă, în interiorul căreia branhiile sunt întinse în diagonală. De îndată ce animalul ia o înghițitură lungă de apă, gaura se închide. Apoi mușchii longitudinali și transversali ai salpei se contractă, întregul corp se contractă și apa este împinsă afară prin deschiderea posterioară. Reacția jetului care curge împinge salpa înainte. Cel mai mare interes este motorul cu jet de calamar. Calmarul este cel mai mare locuitor de nevertebrate din adâncurile oceanului. Calmarii au atins cea mai mare perfecțiune în navigația cu jet. Corpurile lor chiar copiază racheta cu formele lor externe. Cunoscând legea conservării impulsului, vă puteți schimba propria viteză de mișcare în spațiu deschis. Dacă vă aflați într-o barcă și aveți mai multe pietre grele, atunci aruncarea pietrelor într-o anumită direcție se va deplasa în direcția opusă. La fel se va întâmpla și în spațiul cosmic, dar acolo folosesc motoare cu reacție pentru asta.

„Utilizarea propulsiei cu jet în tehnologie”
La sfârșitul primului mileniu d.Hr., China a inventat propulsia cu jet, care a propulsat rachete - tuburi de bambus umplute cu praf de pușcă, au fost folosite și ca distracție. Unul dintre primele proiecte de mașini a fost, de asemenea, cu un motor cu reacție și acest proiect a aparținut lui Newton.
Autorul primului proiect din lume al unui avion cu reacție conceput pentru zborul uman a fost revoluționarul rus N.I. Kibalchich. El a fost executat la 3 aprilie 1881 pentru participarea la încercarea de asasinare a împăratului Alexandru al II-lea. Și-a dezvoltat proiectul în închisoare după condamnarea la moarte. Kibalchich a scris: „În închisoare, cu câteva zile înainte de moartea mea, scriu acest proiect. Cred în fezabilitatea ideii mele, iar această credință mă susține în situația mea teribilă ... Mă voi confrunta calm cu moartea, știind că ideea mea nu va pieri odată cu mine. "
Ideea utilizării rachetelor pentru zborurile spațiale a fost propusă la începutul acestui secol de către omul de știință rus Konstantin Eduardovici Ciolkovski. În 1903, un articol al profesorului gimnaziului Kaluga K.E. Ciolkovski „Explorarea spațiilor lumii prin dispozitive cu jet”. Această lucrare conținea cea mai importantă ecuație matematică pentru astronautică, acum cunoscută sub numele de „formula Tsiolkovsky”, care descria mișcarea unui corp cu masă variabilă. Ulterior, a dezvoltat o schemă pentru un motor de rachetă cu combustibil lichid, a propus un design de rachetă cu mai multe etape și a exprimat ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbita apropiată a pământului. El a arătat că singurul dispozitiv capabil să depășească forța gravitațională este o rachetă, adică aparat cu motor cu reacție care utilizează combustibil și un oxidant situat pe aparatul însuși. Rachetele sovietice au fost primele care au ajuns pe Lună, au înconjurat Luna și și-au fotografiat partea invizibilă de pe Pământ, primele care au ajuns pe planeta Venus și au livrat instrumente științifice la suprafața sa. În 1986, două nave spațiale sovietice „Vega-1” și „Vega-2” au examinat cometa lui Halley la distanță apropiată, apropiindu-se de Soare o dată la 76 de ani.

Propulsie cu jet „Rachetă intercontinentală”
Omenirea a visat întotdeauna să călătorească în spațiu. Scriitori de ficțiune, oameni de știință, visători au propus o varietate de mijloace pentru a atinge acest obiectiv. Dar singurul mijloc la dispoziția omului, cu ajutorul căruia este posibil să depășească forța gravitației și să zboare în spațiu timp de multe secole, nu a fost inventat de un singur om de știință, nici de un singur scriitor de science fiction. K. E. Tsiolkovsky - fondatorul teoriei zborului spațial.
Pentru prima dată, visul și aspirațiile multor oameni au fost mai întâi apropiate de realitate de către omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), care a arătat că singurul aparat capabil să depășească gravitația este o rachetă, el a fost primul furnizați dovezi științifice despre posibilitatea utilizării unei rachete pentru zboruri în spațiul cosmic, dincolo de atmosfera terestră și către alte planete ale sistemului solar. Tsoilkovsky a numit o rachetă un aparat cu un motor cu reacție care folosește combustibil și un oxidant pe el.
După cum știți din cursul de fizică, o lovitură dintr-o armă este însoțită de un recul. Conform legilor lui Newton, un glonț și o armă ar zbura în direcții diferite cu aceeași viteză dacă ar avea aceeași masă. Masa de gaze respinsă creează o forță reactivă, datorită căreia poate fi asigurată mișcarea, atât în aer, cât și într-un spațiu fără aer, așa se produce reculul. Cu cât forța de retragere este resimțită de umărul nostru, cu atât este mai mare masa și viteza gazelor care ies și, în consecință, cu cât reacția pistolului este mai puternică, cu atât este mai mare forța reactivă. Aceste fenomene sunt explicate de legea conservării impulsului:
suma vectorială (geometrică) a momentelor corpurilor care alcătuiesc un sistem închis rămâne constantă pentru orice mișcare și interacțiune a corpurilor sistemului.
Formula prezentată a lui Ciolkovski este fundamentul pe care se bazează întregul calcul al rachetelor moderne. Numărul Tsiolkovsky este raportul dintre masa combustibilului și masa rachetei la sfârșitul funcționării motorului - la greutatea rachetei goale.
Astfel, am constatat că viteza maximă realizabilă a rachetei depinde în primul rând de viteza de ieșire a gazelor din duză. Și viteza de ieșire a gazului duzei, la rândul său, depinde de tipul de combustibil și de temperatura fluxului de gaz. Aceasta înseamnă că cu cât temperatura este mai mare, cu atât este mai mare viteza. Apoi, pentru o rachetă reală, trebuie să selectați combustibilul cel mai bogat în calorii, care oferă cea mai mare cantitate de căldură. Formula arată că, printre altele, viteza rachetei depinde de masa inițială și finală a rachetei, de cât de mult din greutatea sa cade pe combustibil și de ce parte are structurile inutile (în ceea ce privește viteza de zbor): corpul , mecanisme etc. etc.
Principala concluzie din această formulă a lui Tsiolkovsky pentru determinarea vitezei unei rachete spațiale este că într-un spațiu fără aer racheta va dezvolta o viteză mai mare, cu atât este mai mare viteza de ieșire a gazelor și numărul de Tsiolkovsky este mai mare.

„Fundamentele fizice ale unui motor cu reacție”
Motoarele moderne cu reacție puternice de diferite tipuri se bazează pe principiul reacției directe, adică principiul creării unei forțe motrice (sau împingere) sub forma unei reacții (recul) a unui jet de „substanță de lucru” care curge din motor, de obicei gaze incandescente. Toate motoarele au două procese de conversie a energiei. În primul rând, energia chimică a combustibilului este transformată în energie termică a produselor de ardere, iar apoi energia termică este utilizată pentru a efectua lucrări mecanice. Astfel de motoare includ motoare cu piston pentru mașini, locomotive diesel, turbine cu abur și gaz ale centralelor electrice etc. După ce s-au format gaze fierbinți într-un motor termic, conținând o energie termică mare, această energie trebuie transformată în energie mecanică. La urma urmei, motoarele servesc la performanță munca mecanica, pentru a „muta” ceva, pentru a-l pune în funcțiune, nu contează dacă este o mașină dinamă la cerere pentru a adăuga desene la o centrală electrică, o locomotivă diesel, o mașină sau un avion. Pentru ca energia termică a gazelor să treacă în energie mecanică, volumul acestora trebuie să crească. Odată cu această expansiune, gazele fac treaba, care își consumă energia internă și termică.
Duza cu jet poate avea forme diferite și, în plus, modele diferite în funcție de tipul de motor. Principalul lucru este viteza cu care gazele curg din motor. Dacă această viteză de ieșire nu depășește viteza cu care undele sonore se propagă în gazele de ieșire, atunci duza este un segment simplu de cilindru sau de îngustare. Dacă viteza de ieșire trebuie să depășească viteza sunetului, atunci duzei i se dă forma unei țevi în expansiune sau, la început, îngustare și apoi extindere (duză minunată). Doar într-o conductă de această formă, așa cum arată teoria și experiența, gazul poate fi accelerat la viteze supersonice și „bariera sonoră” poate fi depășită.

„Clasificarea motoarelor cu reacție și caracteristicile utilizării acestora”
Cu toate acestea, acest trunchi puternic, principiul reacției directe, a dat naștere unei coroane uriașe a „arborelui genealogic” al familiei de motoare cu reacție. Pentru a vă familiariza cu ramurile principale ale coroanei sale, încununând „trunchiul” unei reacții directe. În curând, așa cum se poate vedea din figură (a se vedea mai jos), acest trunchi este împărțit în două părți, ca și cum ar fi despărțit de un fulger. Ambele trunchiuri noi sunt decorate la fel cu coroane puternice. Această diviziune s-a datorat faptului că toate motoarele cu reacție „chimice” sunt împărțite în două clase, în funcție de faptul că folosesc sau nu aerul ambiental pentru munca lor.
La un motor necompresor de alt tip, un ramjet, nu există nici măcar această rețea de supapă și presiunea din camera de ardere crește ca urmare a presiunii de mare viteză, adică frânarea fluxului de aer care intră în motor în zbor. Este clar că un astfel de motor este capabil să funcționeze numai atunci când aeronava zboară deja cu o viteză suficient de mare; nu va dezvolta împingere în parcare. Dar, pe de altă parte, la o viteză foarte mare, de 4-5 ori viteza sunetului, un motor ramjet dezvoltă o tracțiune foarte mare și consumă mai puțin combustibil decât orice alt motor cu reacție „chimic” în aceste condiții. De aceea motoarele ramjet.
etc .................

Pentru majoritatea oamenilor, termenul „propulsie cu jet” este prezentat sub forma progresului modern în știință și tehnologie, în special în domeniul fizicii. Mulți oameni asociază propulsia cu jet în tehnologie cu nave spațiale, sateliți și avioane cu reacție. Se pare că fenomenul propulsiei cu jet a existat mult mai devreme decât persoana însăși și independent de el. Oamenii au reușit doar să înțeleagă, să utilizeze și să dezvolte ceea ce este supus legilor naturii și ale universului.

Ce este propulsia cu jet?

Pe limba engleză cuvântul „jet” sună ca „jet”. Înseamnă mișcarea unui corp, care se formează în procesul de separare a unei părți de acesta cu o anumită viteză. Se manifestă o forță care mișcă corpul în direcția opusă față de direcția de mișcare, separând o parte de aceasta. De fiecare dată când materia este scoasă din obiect și obiectul se mișcă în direcția opusă, se observă o mișcare reactivă. Pentru a ridica obiecte în aer, inginerii trebuie să proiecteze un lansator de rachete puternic. Eliberând jeturi de flacără, motoarele rachetei o ridică pe orbita Pământului. Uneori, rachetele lansează sateliți și sonde spațiale.

În ceea ce privește avioanele și avioanele militare, principiul funcționării lor este oarecum o reminiscență a unei rachete care decolează: corpul fizic reacționează la jetul puternic de gaz evacuat, ca urmare a căruia se deplasează în direcția opusă. Acesta este principiul de bază al avioanelor cu reacție.

Legile lui Newton în propulsia cu jet

Inginerii își bazează evoluțiile pe principiile universului, descrise mai întâi în detaliu în lucrările remarcabilului om de știință britanic Isaac Newton, care a trăit la sfârșitul secolului al XVII-lea. Legile lui Newton descriu mecanismele gravitației și ne spun ce se întâmplă atunci când lucrurile se mișcă. Ele sunt deosebit de clare în explicarea mișcării corpurilor în spațiu.

A doua lege a lui Newton determină că forța unui obiect în mișcare depinde de câtă materie conține, cu alte cuvinte, masa sa și modificările în viteza de mișcare (accelerație). Aceasta înseamnă că, pentru a crea o rachetă puternică, este necesar ca aceasta să elibereze în mod constant o cantitate mare de energie de mare viteză. A treia lege a lui Newton spune că pentru fiecare acțiune va exista o putere egală, dar reacția opusă - opoziția. Motoarele cu reacție în natură și tehnologie respectă aceste legi. În cazul unei rachete, forța de acțiune este materia care este evacuată din conducta de evacuare. Contramăsura constă în împingerea rachetei înainte. Forța emisiilor din aceasta este cea care împinge racheta. În spațiu, unde o rachetă nu are practic greutate, chiar și o mică împingere de la motoarele rachete poate face ca o navă mare să zboare rapid înainte.

Tehnica folosind propulsia cu jet

Fizica propulsiei cu jet este că accelerația sau decelerarea unui corp are loc fără influența corpurilor înconjurătoare. Procesul are loc datorită separării unei părți a sistemului.

Exemple de propulsie cu jet în tehnologie sunt:

fenomenul reculului dintr-o lovitură;
explozii;
lovituri în timpul accidentelor;
reculează atunci când folosești un furtun de incendiu puternic;
o barcă cu motor cu jet de apă;
avion cu reacție și rachetă.

Corpurile creează un sistem închis dacă interacționează doar între ele. O astfel de interacțiune poate duce la o schimbare a stării mecanice a corpurilor care formează sistemul.

Care este acțiunea legii conservării impulsului?

Pentru prima dată această lege a fost anunțată de filosoful și fizicianul francez R. Descartes. Când două sau mai multe corpuri interacționează, se formează un sistem închis între ele. Orice corp în mișcare are propriul său impuls. Aceasta este masa corpului înmulțită cu viteza sa. Impulsul total al sistemului este egal cu suma vectorială a impulsurilor corpurilor din el. Elanul oricărui corp din interiorul sistemului se schimbă datorită influenței lor reciproce. Momentul total al corpurilor într-un sistem închis rămâne neschimbat pentru diferite deplasări și interacțiuni ale corpurilor. Aceasta este legea conservării impulsului.

Exemple de funcționare a acestei legi pot fi orice coliziune de corpuri (bile de biliard, mașini, particule elementare), precum și izbucnirea corpurilor și împușcături. Când o armă este trasă, apare un recul: proiectilul se repede înainte și arma în sine este împinsă înapoi. De ce se întâmplă asta? Glonțul și arma formează un sistem închis între ele, unde funcționează legea conservării impulsului. La tragere, impulsurile armei în sine și glonțul se schimbă. Dar impulsul total al armei și glonțul din ea înainte de tragere va fi egal cu impulsul total al armei rulante și glonțul tras după tragere. Dacă glonțul și arma ar avea aceeași masă, ar zbura în direcții opuse cu aceeași viteză.

Legea conservării impulsului are o largă aplicație practică. Vă permite să explicați mișcarea jetului, datorită căreia viteze mai mari.

Mișcare reactivă în fizică

Cel mai izbitor exemplu al legii conservării impulsului este propulsia cu jet efectuată de o rachetă. Cea mai importantă parte a motorului este camera de ardere. Într-unul din pereții săi există o duză cu jet adaptată pentru degajarea gazului care rezultă din arderea combustibilului. Sub influența temperaturii și presiunii ridicate, gazul iese din duza motorului cu turație mare. Înainte de lansarea rachetei, impulsul său față de Pământ este egal cu zero. În momentul lansării, racheta primește și un impuls care este egal cu impulsul gazului, dar opus în direcție.

Un exemplu al fizicii propulsiei cu jet poate fi văzut peste tot. Când sărbătorești o zi de naștere, un balon poate deveni o rachetă. Cum? Umflați balonul ciupind orificiul deschis pentru a împiedica scăparea aerului. Acum renunță la el. Balonul va fi condus în jurul camerei cu mare viteză, condus de aerul care iese din ea.

Istoria propulsiei cu jet

Istoria motoarelor cu reacție a început încă din 120 de ani î.Hr., când Heron din Alexandria a proiectat primul motor cu reacție - eolipil. Apa este turnată într-o bilă de metal, care este încălzită de foc. Aburul care scapă din această bilă îl rotește. Acest dispozitiv prezintă propulsie cu jet. Preoții au folosit motorul Heron pentru a deschide și închide ușile templului. Modificarea roții eolipil - Segner, care este utilizată în mod eficient în timpul nostru pentru irigarea terenurilor agricole. În secolul al XVI-lea, Giovani Branca a introdus lumea în prima turbină cu abur care a funcționat pe principiul propulsiei cu jet. Isaac Newton a propus unul dintre primele modele pentru o mașină cu aburi.

Primele încercări de a folosi propulsia cu jet în tehnologie pentru deplasarea pe sol datează din secolele 15-17. Chiar și acum 1000 de ani, chinezii aveau rachete pe care le foloseau ca arme militare. De exemplu, în 1232, conform cronicii, în războiul cu mongolii, au folosit săgeți echipate cu rachete.

Primele încercări de a construi un avion cu reacție au început în 1910. Cercetarea cu rachete din secolele trecute a fost luată ca bază, care a descris în detaliu utilizarea stimulatorilor de pulbere care ar putea reduce semnificativ lungimea arzătorului post și a decolării. Proiectantul-șef a fost inginerul român Anri Coandă, care a construit un avion bazat pe un motor cu piston. Pionierul propulsiei cu jet în tehnologie poate fi numit pe bună dreptate un inginer din Anglia - Frank Wheatle, care a propus primele idei pentru crearea unui motor cu reacție și a primit brevetul pentru acestea la sfârșitul secolului al XIX-lea.

Primele motoare cu reacție

Pentru prima dată, dezvoltarea unui motor cu reacție în Rusia a început la începutul secolului al XX-lea. Teoria mișcării vehiculelor cu reacție și a rachetei capabile să dezvolte viteza supersonică a fost prezentată de celebrul om de știință rus K. E. Tsiolkovsky. Talentatul designer A.M. Lyulka a reușit să dea viață acestei idei. El a fost cel care a creat proiectul primului avion cu reacție din URSS, lucrând cu o turbină cu reacție. Primele avioane cu reacție au fost create de ingineri germani. Crearea și producția de proiecte au fost efectuate în secret în fabrici deghizate. Hitler, cu ideea sa de a deveni un conducător mondial, a implicat cei mai buni designeri din Germania să producă cele mai puternice arme, inclusiv avioane de mare viteză. Cel mai de succes dintre acestea a fost primul avion german, Messerschmitt-262. Acest avion a devenit primul din lume care a trecut cu succes toate testele, a decolat liber și după aceea a început să fie produs în serie.

Aeronava avea următoarele caracteristici:

Dispozitivul avea două motoare turboreactoare.
Un radar era situat în prova.
Viteza maximă a aeronavei a atins 900 km / h.

Datorită tuturor acestor indicatori și caracteristici de proiectare, primul avion cu reacție „Messerschmitt-262” a fost o armă formidabilă împotriva altor aeronave.

Prototipuri ale avioanelor moderne

În perioada postbelică, designerii ruși au creat avioane cu reacție, care mai târziu au devenit prototipurile avioanelor moderne.

I-250, mai cunoscut sub numele de legendarul MiG-13, este un luptător la care a lucrat A.I. Mikoyan. Primul zbor a fost realizat în primăvara anului 1945, la acea vreme avioanele de luptă aveau o viteză record, ajungând la 820 km / h. Avioanele cu reacție MiG-9 și Yak-15 au fost puse în producție.

În aprilie 1945, pentru prima dată, avionul cu reacție al P.O. Sukhoi - Su-5 a decolat în cer, ridicându-se și zburând în detrimentul unui motor cu compresor cu jet de aer și a unui motor cu piston situat în coada structurii.

După sfârșitul războiului și predarea Germaniei naziste, Uniunea Sovietică a primit avioane germane cu motoare cu reacție JUMO-004 și BMW-003 ca trofee.

Primele prototipuri mondiale

Nu numai proiectanții germani și sovietici au fost implicați în dezvoltarea, testarea și producția de noi avioane. Inginerii din SUA, Italia, Japonia și Marea Britanie au creat, de asemenea, multe proiecte de succes folosind propulsia cu jet în tehnologie. Primele dezvoltări cu diferite tipuri de motoare includ:

Non-178 este o aeronavă germană cu turboreactor care a decolat în august 1939.
GlosterE. 28/39 este o aeronavă originară din Marea Britanie, cu un motor turboreactor, care a luat-o pe cer pentru prima dată în 1941.
He-176 - un luptător creat în Germania folosind un motor rachetă, și-a făcut primul zbor în iulie 1939.
BI-2 - primul avion sovietic, care a fost propulsat de o rachetă centrală electrică.
CampiniN.1 este un avion cu reacție creat în Italia, care a fost prima încercare a designerilor italieni de a se îndepărta de analogul cu piston.
Yokosuka MXY7 Ohka („Oka”) cu motor Tsu-11 este un bombardier japonez, așa-numitul avion de unică folosință cu un pilot kamikaze la bord.

Utilizarea propulsiei cu jet în tehnologie a servit ca un impuls puternic pentru crearea rapidă a următoarelor avioane cu reacție și dezvoltare ulterioară construcția de aeronave militare și civile.

GlosterMeteor - un avion de luptă cu jet, fabricat în Marea Britanie în 1943, a jucat un rol semnificativ în cel de-al doilea război mondial, iar după finalizarea acestuia a servit ca interceptor al rachetelor germane V-1.
Lockheed F-80 este un avion cu reacție fabricat în SUA care folosește un motor AllisonJ. Aceste aeronave au participat la războiul japonez-coreean de mai multe ori.
B-45 Tornado este un prototip al bombardierelor americane moderne B-52, create în 1947.
MiG-15 este un adept al avioanei de luptă recunoscute MiG-9, care a participat activ la conflictul militar din Coreea, a fost produs în decembrie 1947.
Tu-144 este primul avion supersonic sovietic cu pasageri.

Vehicule cu reacție moderne

În fiecare an, avioanele se îmbunătățesc, deoarece designerii din întreaga lume lucrează pentru a crea o nouă generație de aeronave capabile să zboare la viteza sunetului și la viteza supersonică. Acum există avioane capabile să găzduiască un număr mare de pasageri și mărfuri, de dimensiuni enorme și o viteză de neimaginat de peste 3000 km / h, avioane militare echipate cu echipamente moderne de luptă.

Dar printre această varietate, există mai multe modele de avioane cu reacție record:

Airbus A380 este cea mai mare aeronavă capabilă să găzduiască 853 de pasageri la bord, care este asigurată de o structură cu etaj dublu. El este, de asemenea, unul dintre cele mai luxoase și mai scumpe avioane din timpul nostru. Cea mai mare linie de pasageri din aer.
Boeing 747 - timp de peste 35 de ani a fost considerat cel mai incapabil avion cu două etaje și putea transporta 524 de pasageri.
AN-225 Mriya este un avion de marfă care are o capacitate de transport de 250 de tone.
LockheedSR-71 este un avion cu reacție care atinge viteza de 3529 km / h în timpul zborului.

Cercetarea aviației nu stă pe loc, deoarece avioanele cu reacție stau la baza aviației moderne în dezvoltare rapidă. Mai multe avioane cu pilot, cu pasageri, fără pilot, din vest și din Rusia, sunt în prezent proiectate și urmează să fie lansate în următorii câțiva ani.

Evoluțiile inovatoare rusești ale viitorului includ luptătorul de generație a 5-a PAK FA-T-50, ale cărui prime copii vor ajunge la trupe probabil la sfârșitul anului 2017 sau la începutul anului 2018 după testarea unui nou motor cu reacție.

Natura este un exemplu de propulsie cu jet

Principiul reactiv al mișcării a fost inițial determinat de natura însăși. Acțiunea sa este utilizată de larvele unor specii de libelule, meduze, multe moluște - scoici, sepie, caracatițe, calamar. Folosesc un fel de „principiu de respingere”. Sepia trage în apă și o aruncă atât de repede încât ei înșiși fac un salt înainte. Calmarii care folosesc această metodă pot atinge viteze de până la 70 de kilometri pe oră. De aceea această metodă de mișcare a făcut posibilă numirea calmarilor „rachete biologice”. Inginerii au inventat deja un motor bazat pe mișcarea unui calmar. Un exemplu de utilizare a propulsiei cu jet în natură și tehnologie este tunul cu apă.

Acesta este un dispozitiv care asigură mișcare folosind forța apei aruncate sub o presiune puternică. În dispozitiv, apa este pompată în cameră și apoi deversată din ea prin duză, iar vasul se mișcă în direcția opusă ejectării jetului. Apa este aspirată cu un motor diesel sau pe benzină.

Lumea plantelor oferă, de asemenea, exemple de propulsie cu jet. Printre acestea există specii care folosesc această mișcare pentru a răspândi semințe, cum ar fi castravetele nebun. Numai în exterior, această plantă este similară cu castraveții cu care suntem obișnuiți. Și caracteristica „mânioasă” pe care a primit-o din cauza modului ciudat de reproducere. Maturând, fructele sar de pe tulpini. Drept urmare, se deschide o gaură prin care castravetele trage o substanță care conține semințe potrivite pentru germinare, aplicând reactivitate. Și castravetele în sine sare până la doisprezece metri în partea opusă împușcăturii.

Manifestarea propulsiei cu jet în natură și tehnologie este supusă acelorași legi ale universului. Omenirea folosește din ce în ce mai mult aceste legi pentru a-și atinge obiectivele nu numai în atmosfera Pământului, ci și în vastitatea spațiului, iar propulsia cu jet este un exemplu izbitor în acest sens.