Доповідь: Реактивний рух у природі та техніці. Реактивний рух у природі та техніці

У небо злітають багатотонні космічні кораблі, а в морських водахвправно лавірують прозорі, драглисті медузи, каракатиці та восьминоги - що між ними спільного? Виявляється, в обох випадках для переміщення використовується принцип реактивного руху. Саме цій темі і присвячено нашу сьогоднішню статтю.

Зазирнемо в історію

Найкращі перші достовірні відомості про ракети належать до XIII століття.Вони застосовувалися індусами, китайцями, арабами та європейцями в бойових діях як бойова та сигнальна зброя. Потім були цілі століття майже повного забуття цих пристроїв.

У Росії ідея використання реактивного двигуна відродилася завдяки роботам революціонера-народовольця Миколи Кібальчича. Сидячи в царських катівнях, він розробив російський проект реактивного двигуна та літальний апарат для людей. Кібальчича було страчено, а його проект довгі рокиприпадав пилом в архівах царської охранки.

Основні ідеї, креслення та розрахунки цієї талановитої та мужньої людини отримали подальший розвиток у працях К. Е. Ціолковського, який запропонував використовувати їх для міжпланетних повідомлень. З 1903 по 1914 він публікує ряд робіт, де переконливо доводить можливість використання реактивного руху для дослідження космічного простору і обґрунтовує доцільність використання багатоступінчастих ракет.

Багато наукових розробок Ціолковського і до сьогодні застосовуються в ракетобудуванні.

Біологічні ракети

Як взагалі виникла ідея переміщатися, відштовхуючись від власного реактивного струменя?Можливо, пильно спостерігаючи за морськими мешканцями, мешканці прибережних зон помітили, як це відбувається у тваринному світі.

Наприклад, морський гребінецьпереміщається за рахунок реактивної сили водного струменя, що викидається з раковини при швидкому стисканні її стулок. Але йому ніколи не наздогнати найшвидших плавців - кальмарів.

Їхні ракетоподібні тіла мчать хвостом вперед, викидаючи зі спеціальної лійки, запасену воду. переміщуються за тим самим принципом, видавлюючи воду скороченням свого прозорого бані.

Природа обдарувала «реактивним двигуном» та рослину під назвою «шалений огірок».Коли його плоди повністю дозрівають, у відповідь на найслабший дотик, він вистрілює клейковину з насінням. Сам плід при цьому відкидається у протилежний бік на відстань до 12 м!

Ні морським мешканцямні рослинам невідомі фізичні закони, що лежать в основі цього способу пересування. Ми спробуємо в цьому розібратися.

Фізичні засади принципу реактивного руху

Спочатку звернемося до найпростішого досвіду. Надуємо гумову кулькуі, не зав'язуючи, відпустимо у вільний політ. Стрімкий рух кульки буде продовжуватися доти, поки струмінь повітря, що витікає з нього, буде досить сильним.

Для пояснення результатів цього досвіду нам слід звернутися до ІІІ закону, який стверджує, що два тіла взаємодіють із силами рівними за величиною та протилежними за напрямом.Отже, сила, з якою кулька впливає на струмені повітря, що вириваються з нього, дорівнює силі, з якою повітря відштовхує від себе кульку.

Перенесемо ці міркування на ракету. Ці пристрої на величезній швидкості викидають деяку частину своєї маси, внаслідок чого самі отримують прискорення в протилежному напрямку.

З погляду фізики цей процес чітко пояснюється законом збереження імпульсу.Імпульс - це добуток маси тіла на його швидкість (mv) Поки ракета у спокої, її швидкість та імпульс дорівнюють нулю. Якщо з неї викидається реактивний струмінь, то частина за законом збереження імпульсу, що залишилася, повинна придбати таку швидкість, щоб сумарний імпульс, як і раніше, був рівним нулю.

Звернемося до формул:

m г v г + m р v р =0;

m г v г =- m р v р,

де m г v гімпульс створюваним струменем газів, m р v р імпульс, отриманий ракетою.

Знак мінус показує, що напрямок руху ракети та реактивного струменя протилежні.

Пристрій та принцип роботи реактивного двигуна

У техніці реактивні двигуни рухають літаки, ракети, виводять на орбіти космічні апарати. Залежно від призначення вони мають різний пристрій. Але кожен з них має запас палива, камеру для його згоряння та сопло, що прискорює реактивний струмінь.

На міжпланетних автоматичних станціях обладнано також приладовий відсік та кабіни із системою життєзабезпечення для космонавтів.

Сучасні космічні ракетице складні, багатоступінчасті літальні апарати, які використовують новітні досягнення інженерної думки. Після старту спочатку згоряє паливо в нижній щаблі, після чого вона відокремлюється від ракети, зменшуючи її загальну масу та збільшуючи швидкість.

Потім витрачається паливо на другому ступені і т. д. Нарешті, літальний апарат виводиться на задану траєкторію і починає свій самостійний політ.

Трохи помріємо

Великий мрійник і вчений К. Е. Ціолковський подарував майбутнім поколінням упевненість у тому, що реактивні двигуни дозволять людству вирватися за межі земної атмосфери та поринути у космос. Його передбачення справдилося. Місяць і навіть далекі комети успішно досліджуються космічними апаратами.

У космонавтиці використовують рідинні реактивні двигуни. Використовуючи як паливо нафтопродукти, але швидкості, які вдається отримати за їх допомогою, недостатні для дуже далеких перельотів.

Можливо, ви, наші дорогі читачі, станете свідками польотів землян в інші галактики на апаратах з ядерними, термоядерними чи іонними реактивними двигунами

Якщо це повідомлення тобі стало в нагоді, буду рада бачити тебе

Реактивний руху природі та у техніці - дуже поширене явище. У природі воно виникає, коли одна частина тіла відокремлюється з певною швидкістю від іншої частини. При цьому реактивна сила утворюється без взаємодії даного організму із зовнішніми тілами.

Для того, щоб зрозуміти, про що йдеться, Найкраще звернутися до прикладів. у природі та техніці численні. Спочатку ми поговоримо про те, як його використовують тварини, а потім про те, як воно застосовується у техніці.

Медузи, личинки бабок, планктон та молюски

Багато хто, купаючись у морі, зустрічав медуз. У Чорному морі їх принаймні вистачає. Проте не всі замислювалися, що пересуваються медузи за допомогою реактивного руху. До цього ж способу вдаються і личинки бабок, а також деякі представники морського планктону. ККД безхребетних морських тварин, які використовують його, найчастіше набагато вищі, ніж у технічних винаходів.

Багато молюсків пересуваються цікавим для нас способом. Як приклад можна навести каракатиць, кальмарів, восьминогів. Зокрема, морський молюск-гребінець здатний рухатися вперед, використовуючи реактивний струмінь води, що викидається з раковини, коли її стулки різко стискаються.

І це лише кілька прикладів із життя тваринного світу, які можна навести, розкриваючи тему: "Реактивний рух у побуті, природі та техніці".

Як пересувається каракатиця

Дуже цікава щодо цього і каракатиця. Подібно до безлічі головоногих молюсків, вона пересувається у воді, використовуючи наступний механізм. Через особливу вирву, що знаходиться попереду тіла, а також через бічну щілину каракатиця забирає воду в свою зяброву порожнину. Потім вона її енергійно викидає через лійку. Трубку вирви каракатиця направляє назад або вбік. Рух у своїй може здійснюватися у різні боки.

Спосіб, який використовує сальпа

Цікавим є і спосіб, який використовує сальпа. Так називається морська тварина, яка має прозоре тіло. Сальпа під час руху втягує воду, використовуючи при цьому передній отвір. Вода виявляється у широкій порожнині, а всередині неї по діагоналі розташовані зябра. Отвір закривається тоді, коли сальпа робить великий ковток води. Її поперечні та поздовжні м'язи скорочуються, стискається все тіло тварини. Крізь задній отвір вода виштовхується назовні. Тварина рухається вперед завдяки реакції струменя, що витікає.

Кальмари – "живі торпеди"

Найбільший інтерес представляє, мабуть, реактивний двигун, який має кальмар. Ця тварина вважається найбільш великим представникомбезхребетних, що мешкають на великих океанських глибинах. У реактивній навігації кальмари досягли справжньої досконалості. Навіть тіло цих тварин нагадує ракету своїми зовнішніми формами. Точніше сказати, це ракета копіює кальмара, оскільки саме йому належить безперечна першість у цій справі. Якщо потрібно пересуватися повільно, тварина використовує для цього великий ромбоподібний плавець, який іноді згинається. Якщо ж потрібний швидкий кидок, на допомогу приходить реактивний двигун.

З усіх боків тіло молюска оточує мантія – м'язова тканина. Майже половина всього обсягу тіла тварини посідає обсяг її порожнини. Кальмар використовує мантійну порожнину для руху, засмоктуючи воду у ній. Потім він різко викидає набраний струмінь води крізь вузьке сопло. Внаслідок цього він рухається поштовхами назад з великою швидкістю. При цьому кальмар складає всі свої 10 щупалець у вузол над головою для того, щоб набути обтічної форми. У складі сопла є спеціальний клапан, і м'язи тварини можуть повертати його. Тим самим напрямок руху змінюється.

Вражаюча швидкість руху кальмара

Потрібно сказати, що двигун кальмара дуже економічний. Швидкість, що він здатний розвивати, може досягати 60-70 км/год. Деякі дослідники навіть вважають, що вона може сягати 150 км/год. Як ви бачите, кальмар не дарма зветься "живою торпедою". Він може повертати в потрібну сторону, вигинаючи вниз, вгору, вліво або вправо щупальця, складені пучком.

Як кальмар керує рухом

Так як в порівнянні з розмірами самої тварини кермо дуже велике, для того щоб кальмар міг легко уникнути зіткнення з перешкодою, навіть рухаючись з максимальною швидкістю, достатньо лише незначного руху керма. Якщо його різко повернути, тварина відразу помчить у зворотний бік. Кальмар згинає назад кінець вирви і внаслідок цього може ковзати вже головою вперед. Якщо він вигне її праворуч, він буде відкинутий вліво реактивним поштовхом. Однак, коли плисти необхідно швидко, лійка завжди знаходиться прямо між щупальцями. Тварина в цьому випадку мчить хвостом вперед, подібно до бігу раку-скорохода, якби він мав жвавість скакуна.

Якщо поспішати не потрібно, каракатиці і кальмари плавають, ундулюючи при цьому плавцями. Спереду тому пробігають мініатюрні хвилі. Кальмари та каракатиці граційно ковзають. Вони лише іноді підштовхують себе струменем води, яка викидається з-під їхньої мантії. Окремі поштовхи, які молюс отримує при виверженні струменів води, в такі моменти добре помітні.

Літаючий кальмар

Деякі головоногі здатні прискорюватись до 55 км/год. Здається, ніхто не здійснював прямих вимірювань, проте таку цифру ми можемо назвати, ґрунтуючись на дальності та швидкості польоту кальмарів, що літають. Виявляється, існують такі. Кальмар стенотевтіс є найкращим пілотом з усіх молюсків. Англійські моряки називають його літаючим кальмаром (флайінг-сквід). Ця тварина, фото якої представлено вище, має не великі розміри, приблизно з оселедцем. Він так стрімко переслідує риб, що часто вискакує з води, пролітаючи стрілою над її поверхнею. Такий прийом він використовує і у разі, коли йому загрожує небезпека від хижаків - макрелів і тунців. Розвинувши максимальну реактивну тягу у воді, кальмар стартує у повітря, а потім пролітає понад 50 метрів над хвилями. При його польоті знаходиться так високо, що кальмари, що часто літають, потрапляють на палуби суден. Висота 4-5 метрів для них – аж ніяк не рекорд. Іноді кальмари, що літають, злітають навіть вище.

Доктор Рис, дослідник молюсків із Великобританії, у своїй науковій статті описав представника цих тварин, довжина тіла якого становила всього 16 см. Однак при цьому він зміг пролетіти неабияку відстань повітрям, після чого приземлився на місток яхти. А висота цього містка становила майже 7 метрів!

Бувають випадки, коли на корабель обрушується відразу безліч кальмарів, що літають. Требіус Нігер, античний письменник, одного разу розповів сумну історіюпро судно, яке начебто не змогло витримати тягар цих морських тварин і затонуло. Цікаво, що кальмари здатні злітати навіть без розгону.

Літаючі восьминоги

Здатність літати мають також восьминоги. Жан Верані, французький натураліст, спостерігав, як один із них розігнався у своєму акваріумі, а потім раптово вискочив із води. Тварина описала в повітрі дугу приблизно 5 метрів, а потім плюхнулося в акваріум. Восьминіг, набираючи необхідну швидкість, рухався не тільки завдяки реактивній тязі. Він також греб своїми щупальцями. Восьминоги мішкуваті, тому вони плавають гірше за кальмари, проте в критичні хвилини і ці тварини здатні дати фору кращим спринтерам. Працівники Каліфорнійського акваріума хотіли зробити фото восьминога, що атакує краба. Однак спрут, кидаючись на свій видобуток, розвивав таку швидкість, що фотографії навіть за використання спеціального режиму виявлялися змазаними. Це означає, що кидок тривав лічені частки секунди!

Однак восьминоги зазвичай плавають досить повільно. Вчений Джозеф Сайнл, який досліджував міграції спрутів, з'ясував, що восьминіг, розмір якого становить 0,5 м, пливе із середньою швидкістю приблизно 15 км/год. Кожен струмінь води, який він викидає з лійки, просуває його вперед (точніше сказати, тому, оскільки він пливе задом наперед) десь на 2-2,5 м-коду.

"Скажений огірок"

Реактивний рух у природі та техніці можна розглядати і використовуючи для його ілюстрації приклади зі світу рослин. Один із найвідоміших - дозрілі плоди так званого Вони відскакують від плодоніжки при найменшому дотику. Потім з отвору, що утворився в результаті цього з великою силою викидається спеціальна клейка рідина, в якій знаходиться насіння. Сам огірок відлітає у протилежний бік на відстань до 12 м-коду.

Закон збереження імпульсу

Обов'язково слід розповісти і про нього, розглядаючи реактивний рух у природі та техніці. Знання закону збереження імпульсу дозволяє нам змінювати, зокрема, нашу власну швидкість переміщення, якщо ми у відкритому просторі. Наприклад, ви сидите в човні і у вас є кілька каменів. Якщо ви кидатимете їх у певний бік, рух човна здійснюватиметься в протилежному напрямку. У космічному просторітакож діє цей закон. Однак там із цією метою застосовують

Які ще можна відзначити приклади реактивного руху у природі та техніці? Дуже добре ілюструється на прикладі рушниці.

Як відомо, постріл із нього завжди супроводжується віддачею. Припустимо, вага кулі дорівнювала б ваги рушниці. У цьому випадку вони б розлетілися в сторони з тією самою швидкістю. Віддача буває тому, що створюється реактивна сила, оскільки є маса, що відкидається. Завдяки цій силі забезпечується рух як у безповітряному просторі, і у повітрі. Чим більша швидкість і маса газів, тим сила віддачі, яку відчуває наше плече, більша. Відповідно, реактивна сила тим вища, що сильніша реакція рушниці.

Мрії про польоти в космос

Реактивний рух у природі та техніці ось уже довгі роки є джерелом нових ідей для вчених. Багато століть людство мріяло про польоти в космос. Застосування реактивного руху на природі і техніці, мабуть, аж ніяк не вичерпало себе.

А почалося все з мрії. Письменники-фантасти кілька століть тому пропонували нам різні засоби, як досягти цієї бажаної мети. У 17 столітті Сірано де Бержерак, французький письменник, створив розповідь про політ на Місяць. Його герой дістався супутника Землі, використовуючи залізний візок. Над цією конструкцією він постійно підкидав сильний магніт. Віз, притягаючись до нього, піднімався над Землею все вище і вище. Зрештою, вона досягла Місяця. Інший відомий персонаж, барон Мюнхгаузен, заліз на Місяць стеблом боба.

Звичайно, в цей час ще мало відомо про те, як застосування реактивного руху в природі і техніці здатне полегшити життя. Але політ фантазії, безперечно, відкривав нові горизонти.

На шляху до видатного відкриття

У Китаї наприкінці 1 тисячоліття зв. е. винайшли реактивний рух, що приводить у дію ракети. Останні були просто бамбуковими трубками, начиненими порохом. Ці ракети запускалися заради гри. Реактивний двигун використовувався в одному із перших проектів автомобілів. Ця ідея належала Ньютон.

Про те, як реактивний рух у природі та в техніці виникає, замислювався і Н.І. Кібальчич. Це російський революціонер, автор першого реактивного проекту літального апаратуякий призначений для польоту на ньому людини. Революціонер, на жаль, стратили 3 квітня 1881 року. Кібальчича звинуватили у тому, що він брав участь у замаху на Олександра ІІ. Вже у в'язниці, чекаючи на виконання смертного вироку, він продовжував вивчати таке цікаве явище, як реактивний рух у природі і в техніці, що виникає при відділенні частини об'єкта. В результаті цих досліджень він розробив свій проект. Кібальчич писав, що ця ідея підтримує його у його становищі. Він готовий спокійно зустріти свою смерть, знаючи, що так важливе відкриттяне загине разом із ним.

Реалізація ідеї польоту до космосу

Прояв реактивного руху на природі та техніці продовжив вивчати До. Еге. Ціолковський (фото його представлено вище). Ще на початку 20 століття цей великий російський учений запропонував ідею використання ракет з метою космічних польотів. Його стаття, присвячена цьому питанню, з'явилася 1903 року. У ній було представлено математичне рівняння, яке стало найважливішим для космонавтики. Воно відоме у наш час як "формула Ціолковського". Це рівняння описувало рух тіла, що має змінну масу. У своїх подальших працях він представив схему ракетного двигунапрацює на рідкому паливі. Ціолковський, вивчаючи використання реактивного руху на природі та техніці, розробив багатоступінчасту конструкцію ракети. Йому також належить ідея можливості створення на навколоземної орбіті цілих космічних міст. Ось яких відкриттям прийшов учений, вивчаючи реактивний рух у природі та техніці. Ракети, як показав Ціолковський, - це єдині апарати, які можуть подолати Ракету він визначив як механізм, що має реактивний двигун, який використовує пальне і окислювач, що знаходиться на ньому. Цей апарат трансформує хімічну енергію палива, що стає кінетичною енергієюгазового струменя. Сама ракета при цьому починає рухатися у зворотному напрямку.

Нарешті, вчені, вивчивши реактивний рух тіл у природі та техніці, перейшли до практики. Мав бути масштабне завдання реалізації давньої мрії людства. І група радянських учених, очолювана академіком С. П. Корольовим, впоралася з нею. Вона здійснила ідею Ціолковського. Перший штучний супутникнашої планети було запущено у СРСР 4 жовтня 1957 р. Природно, у своїй використовувалася ракета.

Ю. А. Гагарін (на фото вище) був людиною, якій випала честь першим здійснити політ у космічному просторі. Ця важлива для світу подія сталася 12 квітня 1961 року. Гагарін на кораблі-супутнику "Схід" облетів весь земна куля. СРСР був першою державою, ракети якої досягли Місяця, облетіли навколо неї та сфотографували бік, невидимий із Землі. Крім того, і на Венері вперше побували саме росіяни. Вони доправили на поверхню цієї планети наукові прилади. Американський астронавтНіл Армстронг - перша людина, яка побувала на поверхні Місяця. Він висадився на неї 20 липня 1969 року. У 1986 році "Вега-1" і "Вега-2" (кораблі, що належать СРСР) досліджували з близької відстані комету Галлея, яка наближається до Сонця лише раз на 76 років. Вивчення космосу продовжується…

Як ви бачите, дуже важливою та корисною наукою є фізика. Реактивний рух у природі та техніці - це лише один з цікавих питань, що розглядаються в ній. А досягнення цієї науки дуже й дуже значні.

Як у наші дні використовується реактивний рух у природі та в техніці

У фізиці останні кілька століть було зроблено особливо важливі октритія. У той час, як природа залишається практично незмінною, техніка розвивається стрімкими темпами. В наш час принцип реактивного руху широко застосовується не тільки різними тваринами та рослинами, але також у космонавтиці та в авіації. У космічному просторі відсутнє середовище, яке тіло могло б використовувати для взаємодії, щоб змінити модуль та напрямок своєї швидкості. Саме тому для польотів у безповітряному просторі можна використовувати лише ракети.

Сьогодні активно використовується реактивний рух у побуті, природі та техніці. Воно вже не загадка, як раніше. Однак людство не повинно зупинятися на досягнутому. Поперед нові горизонти. Хочеться вірити, що реактивний рух у природі та техніці, коротко охарактеризований у статті, надихне когось на нові відкриття.

Серед великих технічних та наукових досягнень XX століття одне з перших місць, безперечно, належить ракетам та теорії реактивного руху. Роки Другої світової війни (1941-1945) призвели до надзвичайно швидкого вдосконалення конструкцій реактивних апаратів. На полях битв знову з'явилися порохові ракети, але вже на більш калорійному бездимному тротилпіроксіліновому пороху (катюші). Були створені літаки з повітряно-реактивними двигунами, безпілотні літаки з пульсуючими повітряно-реактивними двигунами (ФАУ-1) і балістичні ракети з дальністю польоту до 300 км (ФАУ-2).

Ракетна-техніка стає зараз дуже важливою галуззю промисловості, що швидко зростає. Розвиток теорії польоту реактивних апаратів – одна з нагальних проблем сучасного науково-технічного розвитку.

Ціолковський багато зробив для пізнання К. Е. основ теорії руху ракет. Він був першим в історії науки, хто формулював та досліджував проблему вивчення прямолінійних рухівракет, виходячи із законів теоретичної механіки. Як ми вказували, принцип повідомлення руху, за допомогою сил реакції частинок, що відкидаються, був усвідомлений Ціолковським ще в 1883 році, проте створення ним математично суворої теорії реактивного руху відноситься до кінцю XIXсторіччя.

В одній із своїх робіт Ціолковський писав: «Довго на ракету я дивився, як і всі: з погляду розваг та маленьких застосувань. Не пам'ятаю добре, як мені спало на думку зробити обчислення, що стосуються ракети. Мені здається, перше насіння думки було заронено відомим фантазером Жюлем Верном; він пробудив роботу мого мозку в відомому напрямку. З'явилися бажання, за бажаннями виникла діяльність розуму. ...Старий листок із остаточними формулами, що належать до реактивного приладу, позначений датою 25 серпня 1898 року».

«...Ніколи я не претендував на повне рішенняпитання. Спершу неминуче йдуть: думка, фантазія, казка. За ними йде науковий розрахунок. І вже зрештою виконання вінчає думку. Мої роботи про космічних подорожахвідносяться до середньої фази творчості. Більше, ніж будь-хто, я розумію прірву, що розділяє ідею від її здійснення, оскільки протягом мого життя я не тільки мислив і обчислював, а й виконував, працюючи також руками. Однак не можна не бути ідеї: виконання передує думка, точного розрахунку - фантазія».

У 1903 році в журналі "Науковий огляд" з'явилася перша стаття Костянтина Едуардовича з ракетної техніки, яка називалася "Дослідження світових просторів реактивними приладами". У цій праці на підставі найпростіших законів теоретичної механіки (закону збереження кількості руху та закону незалежної дії сил) було надано теорію польоту ракети та обґрунтовано можливість застосування реактивних апаратів для міжпланетних повідомлень (Створення загальної теоріїруху тіл, маса яких змінюється у процесі руху, належить професору І. В. Мещерському (1859–1935)).

Ідея застосування ракети для вирішення наукових проблем, використання реактивних двигунів для створення руху грандіозних міжпланетних кораблів цілком належить Ціолковському. Він родоначальник сучасних рідинних ракет дальньої дії, один із творців нового розділуТеоретична механіка.

Класична механіка, що вивчає закони руху та рівноваги матеріальних тіл, базується на трьох законах руху, Виразно і строго сформульованих англійським ученим ще 1687 року. Ці закони застосовувалися багатьма дослідниками вивчення руху тіл, маса яких змінювалася під час руху. Були розглянуті дуже важливі випадки руху та створилася велика наука – механіка тіл постійної маси. Аксіоми механіки тіл постійної маси, чи закони руху Ньютона, з'явилися узагальненням попереднього розвитку механіки. Нині основні закони механічного рухувикладаються у всіх підручниках фізики для середньої школи. Ми дамо тут короткий викладзаконів руху Ньютона, оскільки наступний крок у науці, який дозволив вивчати рух ракет, був подальшим розвиткомметодів класичної механіки

Велике значення закон збереження імпульсу має під час розгляду реактивного руху.
Під реактивним рухомрозуміють рух тіла, що виникає при відділенні деякої його частини з певною швидкістю щодо нього, наприклад, при закінченні продуктів згоряння з сопла реактивного літального апарату. При цьому з'являється так звана реактивна сила, що штовхає тіло.
Особливість реактивної сили полягає в тому, що вона виникає в результаті взаємодії між собою частин самої системи без взаємодії із зовнішніми тілами.
У той час, як сила, що повідомляє прискорення, наприклад, пішоходу, кораблю або літаку, виникає лише за рахунок взаємодії цих тіл із землею, водою чи повітрям.

Так рух тіла можна отримати в результаті витікання струменя рідини чи газу.

У природі реактивний рухвластиво переважно живим організмам, що у водному середовищі.

У техніці реактивний рух використовується на річковому транспорті (водометні двигуни), в автомобілебудуванні (гоночні автомобілі), у військовій справі, в авіації та космонавтиці.
Усі сучасні швидкісні літаки оснащені реактивними двигунами, т.к. вони здатні забезпечити потрібну швидкість польоту.
У космічному просторі використовувати інші двигуни, крім реактивних, неможливо, тому що там немає опори, відштовхуючись від якої можна було б отримувати прискорення.

Історія розвитку реактивної техніки

Творцем російської бойової ракети був учений-артилерист К.І. Костянтинів. При вазі 80 кг дальність польоту ракети Костянтинова досягала 4 км.

Ідея застосування реактивного руху в літальному апараті, проект реактивного повітроплавного приладу, у 1881 році була висунута Н.І. Кібальчичем.

В 1903 знаменитий вчений-фізик К.Е. Ціолковський довів можливість польоту у міжпланетному просторі та розробив проект першого ракетоплану з рідинно-реактивним двигуном.

К.Е. Ціолковський спроектував космічний ракетний потяг, складений з низки ракет, які працюють по черзі і відпадають у міру витрати пального.

Принципи застосування реактивних двигунів

Основою будь-якого реактивного двигуна є камера згоряння, в якій при згорянні палива утворюються гази, що мають дуже високу температуру і тиск на стінки камери. Гази вириваються з вузького сопла ракети з великою швидкістю та створюють реактивну тягу. Відповідно до закону збереження імпульсу, ракета набуває швидкість у протилежному напрямку.

Імпульс системи (ракета-продукти згоряння) залишається рівним нулю. Так як маса ракети зменшується, то навіть при постійній швидкості закінчення газів її швидкість буде збільшуватися, поступово досягаючи максимального значення.
Рух ракети - це приклад руху тіла із змінною масою. Для розрахунку її швидкості використовують закон збереження імпульсу.

Реактивні двигуниділяться на ракетні двигуни та повітряно-реактивні двигуни.

Ракетні двигунибувають на твердому або рідкому паливі.
У ракетних двигунах на твердому паливі паливо, що містить і пальне, і окислювач, завадять камери згоряння двигуна.
У рідинно-реактивних двигунах, призначених для запуску космічних кораблів, пальне та окислювач зберігаються окремо у спеціальних баках і за допомогою насосів подаються до камери згоряння. В якості пального в них можна використовувати гас, бензин, спирт, рідкий водень та ін, а в якості окислювача, необхідного для горіння, - рідкий кисень, азотну кислоту та ін.

Сучасні триступінчасті космічні ракети запускаються вертикально, а після проходу щільних шарів атмосфери перетворюються на політ у заданому напрямку. Кожен ступінь ракети має свій бак із пальним і бак із окислювачем, а також свій реактивний двигун. У міру згоряння палива відпрацьовані щаблі ракети відкидаються.

Повітряно-реактивні двигуниНині застосовують головним чином літаках. Основна їхня відмінність від ракетних двигунів полягає в тому, що окислювачем для горіння палива служить кисень повітря, що надходить усередину двигуна з атмосфери.
До повітряно-реактивних двигунів відносяться турбокомпресорні двигуни як з осьовим, так і з відцентровим компресором.
Повітря в таких двигунах всмоктується і стискається компресором, що рухається газовою турбіною. Гази, що виходять із камери згоряння, створюють реактивну силу тяги та обертають ротор турбіни.

При дуже великих швидкостях польоту стиснення газів в камері згоряння можна здійснити за рахунок зустрічного повітряного потоку, що набігає. Необхідність у компресорі відпадає.

Реактивний рух у природі та техніці

РЕФЕРАТ З ФІЗИКИ

Реактивний рух- рух, що виникає при відділенні від тіла з деякою швидкістю будь-якої його частини.

Реактивна сила виникає без будь-якої взаємодії із зовнішніми тілами.

Застосування реактивного руху на природі

Багато хто з нас у своєму житті зустрічався під час купання в морі з медузами. Принаймні у Чорному морі їх цілком вистачає. Але мало хто думав, що й медузи для пересування користуються реактивним рухом. Крім того, саме так пересуваються і личинки бабок, і деякі види морського планктону. І найчастіше ККД морських безхребетних тварин при використанні реактивного руху набагато вище, ніж у техновинаходів.

Реактивний рух використовується багатьма молюсками – восьминогами, кальмарами, каракатицями. Наприклад, морський молюск-гребінець рухається вперед за рахунок реактивної сили струменя води, викинутої з раковини при різкому стисканні її стулок.

Восьминіг

Каракатиця

Каракатиця, як і більшість головоногих молюсків, рухається у воді в такий спосіб. Вона забирає воду в зяброву порожнину через бічну щілину і особливу вирву попереду тіла, а потім енергійно викидає струмінь води через вирву. Каракатиця направляє трубку вирви в бік або назад і стрімко видавлюючи з неї воду, може рухатися в різні боки.

Сальпа - морська тварина з прозорим тілом, під час руху приймає воду через передній отвір, причому вода потрапляє в широку порожнину, всередині якої по діагоналі натягнуті зябра. Як тільки тварина зробить великий ковток води, отвір закривається. Тоді поздовжні та поперечні м'язи сальпи скорочуються, все тіло стискається, і вода через задній отвір виштовхується назовні. Реакція струменя, що витікає, штовхає сальпу вперед.

Найбільший інтерес має реактивний двигун кальмара. Кальмар є найбільшим безхребетним мешканцем океанських глибин. Кальмари досягли вищої досконалостіу реактивній навігації. Вони навіть тіло своїми зовнішніми формами копіює ракету (чи краще сказати – ракета копіює кальмара, оскільки йому належить у цій справі безперечний пріоритет). При повільному переміщенні кальмар користується великим ромбоподібним плавцем, який періодично згинається. Для швидкого кидка він використовує реактивний двигун. М'язова тканина – мантія оточує тіло молюска з усіх боків, об'єм її порожнини становить майже половину об'єму тіла кальмару. Тварина засмоктує воду всередину мантійної порожнини, а потім різко викидає струмінь води через вузьке сопло і з швидкістю рухається поштовхами назад. При цьому всі десять щупалець кальмара збираються у вузол над головою, і він набуває обтічної форми. Сопло має спеціальний клапан, і м'язи можуть його повертати, змінюючи напрямок руху. Двигун кальмара дуже економічний, він здатний розвивати швидкість до 60 – 70 км/год. (Деякі дослідники вважають, що навіть до 150 км/год!) Недарма кальмара називають "живою торпедою". Вигинаючи складені пучком щупальця вправо, вліво, вгору чи вниз, кальмар повертає у той чи інший бік. Оскільки таке кермо в порівнянні з самою твариною має дуже великі розміри, то достатньо його незначного руху, щоб кальмар, навіть на повному ходу, легко міг ухилитися від зіткнення з перешкодою. Різкий поворот керма – і плавець мчить вже у зворотний бік. Ось зігнув він кінець вирви назад і ковзає тепер головою вперед. Вигнув її праворуч - і реактивний поштовх відкинув його вліво. Але коли треба плисти швидко, лійка завжди стирчить прямо між щупальцями, і кальмар мчить хвостом уперед, як біг би рак – скорохід, наділений жвавістю скакуна.

Якщо поспішати не потрібно, кальмари і каракатиці плавають, ундулюючи плавцями, - мініатюрні хвилі пробігають по них спереду назад, і тварина граційно ковзає, зрідка підштовхуючи себе також і струменем води, викинутої з-під мантії. Тоді добре помітні окремі поштовхи, які отримує молюсок у момент виверження водяних струменів. Деякі головоногі можуть розвивати швидкість до п'ятдесяти п'яти кілометрів на годину. Прямих вимірів, здається, ніхто не робив, але про це можна судити за швидкістю і дальністю польоту кальмарів, що літають. І такі, виявляється, є таланти у рідні у спрутів! Найкращий пілот серед молюсків – кальмар стенотевтіс. Англійські моряки називають його – флайінг-сквід («літаючий кальмар»). Це невелика тварина розміром із оселедець. Він переслідує риб з такою стрімкістю, що нерідко вискакує з води, стрілою пролітаючи над її поверхнею. До цього прийому він вдається і рятуючи своє життя від хижаків – тунців та макрелів. Розвинувши у воді максимальну реактивну тягу, кальмар-пілот стартує у повітря та пролітає над хвилями понад п'ятдесят метрів. Апогей польоту живої ракети лежить так високо над водою, що кальмари, що літають, нерідко потрапляють на палуби океанських суден. Чотири-п'ять метрів – не рекордна висота, на яку здіймаються в небо кальмари. Іноді вони злітають ще вищими.

Англійський дослідник молюсків доктор Рис описав у науковій статті кальмара (довжиною всього 16 сантиметрів), який, пролетівши повітрям неабияку відстань, впав на місток яхти, що височіло над водою майже сім метрів.

Трапляється, що на корабель блискучим каскадом обрушується безліч кальмарів, що літають. Античний письменник Требіус Нігер розповів одного разу сумну історію про корабель, який нібито навіть затонув під вагою кальмарів, що літали, що впали на його палубу. Кальмари можуть злітати без розгону.

Восьминоги теж вміють літати. Французький натураліст Жан Верані бачив, як звичайний восьминіг розігнався в акваріумі і раптом задом наперед несподівано вискочив із води. Описавши в повітрі дугу довжиною метрів за п'ять, він плюхнувся назад в акваріум. Набираючи швидкість для стрибка, восьминіг рухався не лише за рахунок реактивної тяги, а й гріб щупальцями.
Мішковаті восьминоги плавають, звичайно, гірше за кальмари, але в критичні хвилини і вони можуть показати рекордний для кращих спринтерів клас. Співробітники Каліфорнійського акваріума намагалися сфотографувати восьминога, який атакує краба. Спрут кидався на видобуток з такою швидкістю, що на плівці, навіть при зйомці на найбільших швидкостях, завжди виявлялися мастила. Значить, кидок тривав соті частки секунди! Зазвичай восьминоги плавають порівняно повільно. Джозеф Сайнл, який вивчав міграції спрутів, підрахував: восьминіг розміром півметра пливе морем із середньою швидкістю близько п'ятнадцяти кілометрів на годину. Кожен струмінь води, викинутий з лійки, штовхає його вперед (вірніше, назад, бо восьминіг пливе задом наперед) на два – два з половиною метри.

Реактивний рух можна зустріти у світі рослин. Наприклад, дозрілі плоди "шаленого огірка" при найлегшому дотику відскакують від плодоніжки, а з отвору, що утворився, з силою викидається клейка рідина з насінням. Сам огірок при цьому відлітає у протилежному напрямку до 12 м-коду.

Знаючи закон збереження імпульсу, можна змінювати власну швидкість переміщення у відкритому просторі. Якщо ви знаходитесь в човні і у вас є кілька важких каменів, то кидаючи каміння у певний бік ви рухатиметеся в протилежному напрямку. Те саме буде і в космічному просторі, але там для цього використовують реактивні двигуни.

Кожен знає, що постріл із рушниці супроводжується віддачею. Якби вага кулі дорівнювала б вазі рушниці, вони б розлетілися з однаковою швидкістю. Віддача відбувається тому, що маса газів, що відкидається, створює реактивну силу, завдяки якій може бути забезпечено рух як у повітрі, так і в безповітряному просторі. І чим більша маса і швидкість газів, що витікають, тим більшу силу віддачі відчуває наше плече, чим сильніша реакція рушниці, тим більша реактивна сила.

Застосування реактивного руху на техніці

Протягом багатьох століть людство мріяло про космічні польоти. Письменники-фантасти пропонували самі різні засобидля досягнення цієї мети. У XVII столітті з'явилася розповідь французького письменникаСірано де Бержерака про політ на Місяць. Герой цієї розповіді дістався Місяця в залізному візку, над яким він увесь час підкидав сильний магніт. Притягаючись до нього, віз підвищувався вище Землею, поки не досяг Місяця. А барон Мюнхгаузен розповідав, що забрався на Місяць стеблом боба.

Наприкінці першого тисячоліття нашої ери в Китаї винайшли реактивний рух, який наводив на дію ракети - бамбукові трубки, начинені порохом, вони також використовувалися як забава. Один із перших проектів автомобілів був також із реактивним двигуном і належав цей проект Ньютону

Автором першого світі проекту реактивного літального апарату, призначеного для польоту людини, був російський революціонер – народовець Н.І. Кібальчич. Його стратили 3 квітня 1881 р. за участь у замаху на імператора Олександра ІІ. Свій проект він розробив у в'язниці після смертного вироку. Кібальчич писав: “Я перебуваючи в ув'язненні, за кілька днів до своєї смерті я пишу цей проект. Я вірю в здійсненність моєї ідеї, і ця віра підтримує мене у моєму жахливому становищі…Я спокійно зустріну смерть, знаючи, що моя ідея не загине разом зі мною”.

Ідея використання ракет для космічних польотів була запропонована ще на початку нашого століття російським вченим Костянтином Едуардовичем Ціолковським. У 1903 року з'явилася друком стаття викладача калузької гімназії К.Э. Ціолковського "Дослідження світових просторів реактивними приладами". У цій роботі було найважливіше для космонавтики математичне рівняння, тепер відоме як “формула Ціолковського”, яке описувало рух тіла змінної маси. Надалі він розробив схему ракетного двигуна на рідкому паливі, запропонував багатоступінчасту конструкцію ракети, висловив ідею можливості створення цілих космічних міст на навколоземної орбіті. Він показав, що єдиний апарат, здатний подолати тяжкість - це ракета, тобто. апарат з реактивним двигуном, що використовує пальне та окислювач, що знаходяться на самому апараті.