Реактивное движение
Муниципальное
бюджетное общеобразовательное учреждение
Средняя
школа №4 г. Стрежевой с углубленным изучением отдельных предметов
Реферат
на тему:
«Реактивное
движение»
Выполнили: Гончаров
Кирилл и Жуков Игорь,
ученики 9а класса
Руководитель: Серебренникова
О.В.,
учитель физики
г.
Стрежевой
Введение
Кто не знает, что такое ракета? Но
законы, по которым возможно движение ракеты, известны немногим. В данном
реферате мы решили раскрыть суть реактивного движения - движения, происходящего
при отсоединении от тела его части.
Цель: узнать, что такое реактивное
движение, как оно проявляется в ракете и как его используют люди.
Задачи: найти информацию о
реактивном движении, про ракеты, а также построить собственную модель ракеты на
топливе.
1. Что такое реактивное движение
Реактивное движение - это движение,
происходящее при отделении от тела его части. В случае с ракетой сила,
приводящая ракету в движение, образуется при преобразовании химической энергии
топлива в кинетическую энергию струи газов, выходящих в обратную направлению
движения ракеты сторону.
В течение многих веков человечество
мечтало о космических полетах. Писатели-фантасты придумывали множество путей
выхода в космос. Но ни один из них не смог придумать научно обоснованный способ
попасть за пределы Земли, который еще бы и работал в тех условиях. Это смог
сделать русский ученый К.Э. Циолковский. Именно он показал, что единственный
способ дойти до космоса - это создать ракету - летательный аппарат с двигателем
на реактивной тяге- силе, образующейся при отделении от тела его части.
Уравнение реактивной тяги:
При сгорании топлива в камере
сгорания ракеты образуются газы, нагретые до высокой температуры. При действии
двигателя в течение короткого интервала времени t из сопла ракеты выбрасываются
со скоростью u относительно ракеты горячие газы массой m. Ракета и
выбрасываемые ее двигателем газы взаимодействуют между собой. На основании
закона сохранения импульса при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов
взаимодействующих тел остается постоянной:
,
,
где m- массы ракеты и
газов, v - изменение скорости ракеты, u - скорость газов.
Разделим обе части
равенства на интервал времени t, в течение которого работали двигатели ракеты:
Произведение массы
ракеты m на ускорение ее движения a по определению равно силе, вызывающей это
ускорение:
Но эта формула
справедлива только тогда, когда на ракету не действуют другие силы, кроме
реактивной тяги. Если же есть некоторая внешняя сила F, то формула принимает
вид
.
Это уравнение выведено
профессором Петербургского университета И.В. Мещерским и носит его имя.
Рис.2. Иван Всеволодович
Мещерский
Также реактивное
движение встречается в природе у некоторых животных, в основном водных,
например, у кальмаров. Отдача при выстреле - это также проявление реактивной
силы.
2. Ракета
Раке́та-
летательный аппарат, двигающийся в пространстве за счёт действия реактивной
тяги, возникающей только вследствие отброса части собственного тела аппарата и
без использования вещества из окружающей среды. Поскольку полёт ракеты не
требует обязательного наличия окружающей воздушной или газовой среды, то он
возможен не только в атмосфере, но и в вакууме, то есть в космосе. Словом
ракета обозначают широкий спектр летающих устройств от праздничной петарды до
космической ракеты-носителя.
Ракеты использовались
людьми с ранних времен. Истоки возникновения ракет большинство историков
относят ко временам китайской династии Хань (206 год до н. э.-220 н. э.), к
открытию пороха и началу его использования для фейерверков и
развлечений.Описание летающих «огненных стрел», применявшихся китайцами,
показывает, что эти стрелы были ракетами. К ним прикреплялась трубка из
уплотненной бумаги, открытая только с заднего конца и заполненная горючим
составом. Этот заряд поджигался, и затем стрела выпускалась с помощью лука. Тот
же принцип использовали многие другие государства, начиная с монголов в
XIIIвеке и заканчивая нынешними высокоточными ракетными снарядами.
Основные силы,
действующие на ракету в полёте:
Тяга двигателя -
реактивная тяга (см. Что такое реактивное движение)
При движении в атмосфере
- лобовое сопротивление.
Подъёмная сила (в
основном несущественна).
Несмотря на то, что
ракета - это идеальный транспорт (из ныне существующих) для космических
путешествий, использовать ракеты для непосредственно полетов в космос человек
научился совсем недавно. В 1957 году в СССР была создана межконтинентальная
баллистическая ракета (боевая) Р-7, которую позже приспособили под перевозку
первого искусственного спутника. С тех пор ракеты стали использовать для
полетов. Самый известный - это «кругосветное путешествие» Алексея Гагарина 12
апреля 1961 года. Этот день вошел в историю как День Космонавтики.
. Строение ракеты
корпус в форме трубы с
отверстием на одной стороне для истечения газов;
топливо, сжигаемое для
создания реактивной тяги.
Рис. Строение
современной космической ракеты
Настоящая схема ракеты
намного сложнее. Обычно, когда создают ракету, самое главное, что продумывают,
это ее ступенчатость. Ступени в ракете содержат топливо. Когда топливо
заканчивается, ступень отделяется от ракеты. Ракеты с одной ступенью - это
обычно боевые ракеты и модели ракет. Для них не нужно много топлива, поэтому
можно обойтись одним топливным баком. В космических ракетах используется
многоступенчатая схема. Это связано с тем, что нужно огромное количество
топлива, чтобы поднять ракету в космос, а увеличение массы ракеты влечет
дальнейшее увеличение необходимости в топливе.
Более конкретное
строение ракеты обуславливается нуждами конструкторов. Например, для боевых
ракет важна скорость и компактность, в то время как для исследователей важнее
надежность и грузоподъемость. Для моделей ракет во главе угла встает простота в
изготовлении и безопасность.
В настоящее время в
космонавтике используются ракеты Атлас V, Ариан 5, Протон, Дельта-4, Союз-2 и
многие другие.
Чтобы преодолеть
притяжение небесного тела, ракете нужно развить определенную скорость. Эта
скорость называется космической. В основном используют две космические
скорости:
первая - при которой
ракета становится спутником небесного тела. Для Земли она равна примерно 8
км/с;
вторая - при которой
ракета преодолевает притяжение небесного тела. Для Земли она равна 11,2 км/с.
. Ракетное топливо
Ракетное топливо - это
вещество, используемое в двигателе ракеты для создания реактивной тяги и
ускорения ракеты.
Топливо бывает разное. В
основном в космических ракетах используется химическое топливо. При
использовании этого вида топлива происходят реакции с выделением энергии,
благодаря которым ракета движется.
Жидкое химическое
ракетное топливо делится на окислитель и восстановитель. Оба компонента
находятся в разных баках в конструкции ракеты. Смешивание происходит в момент
запуска и полета. Происходит окислительно-восстановительная реакция с
выделением энергии, и ракета летит. Также существует такое понятие, как
монотопливо. Это топливо, в котором окислителем и восстановителем является одно
вещество. Наиболее распространенным химическим топливом является водород и его
смеси с различными веществами (кислородом, фтором и т.д.)
В качестве источника
энергии в ядерном ракетном топливе используется энергия распада изотопов.
Данный вид топлива слабо распространен и используется в основном в
экспериментах.
Два других типа топлива
- электрореактивное и механическое - используются в моделях ракет.
Электрореактивное топливо использует электроэнергию, а механическое - энергию
сжатых газов.
. Применение ракет
Естественно, что если бы
от ракет не было бы никакого толку, их бы и не изобретали. На сегодняшний день
ракеты используются в таких отраслях, как:
военном деле -
ракеты-носители боевых зарядов. Ракеты «земля-земля», «земля-воздух»,
межконтинентальные и т.д. История этого дела началась еще до нашей эры;
космонавтике - самая
развивающаяся область ракетостроения. Множество ракет разных конструкций,
начиная с 60-х годов прошлого века, а также использование ракетных двигателей в
конструкции различных космических объектов, таких, как станции, спутники и
т.д.;
хобби - модели ракет для
своего удовольствия, а также в спортивных целях. (Один из подобных примеров
находится в практической части.)
Практическая часть
ракета реактивный модель
Тема: Реактивное
движение. Создание ракеты.
Цель: создать модель
ракеты.
Оборудование: Бутылка
1.5 л, колпачок-клапан, ниппель (заплатка для шины с клапаном для накачивания),
пластилин, вода (топливо).
Ход работы:
Ракета основана на
переходе потенциальной энергии воды в кинетическую энергию воды. Газ мощно
выдавливает воду из бутылки, и ракета летит.
. К бутылке 1.5 л
приделываем колпачок-клапан.
. На днище бутылки
делаем отверстие.
. Используя пластилин,
вставляем ниппель в отверстие.
. Заливаем полбутылки
воды.
. Чтобы запустить
ракету, накачиваем ее насосом через ниппель, а затем открываем колпачок.
Рис. 6(в).
Приблизительное расстояние полета - до 10 м
(Камера не
сфокусировалась, ракета - это черное пятно в небе)
Вывод: на модели ракеты
мы убедились в существовании реактивной тяги и реактивного движения.
Заключение
Ракетостроение - это
очень интересная область науки. История ракетостроения началась с давних
времен. В наше время ракеты - это основной космический транспорт, а также один
из видов вооружения, для ученых - удобное средство исследования, а для обычных
людей - интересное хобби, занятие для себя.
Вывод: Используя
источники информации, мы сумели найти информацию о реактивном движении, его
причинах, а также о том, какую пользу оно несет людям. Кроме того, мы построили
действующую модель ракеты на реактивном топливе.
Литература
2. http://sch119comp2.narod.ru/0103.htm - Реактивное
движение. Уравнение Мещерского.
. http://lifehacker.ru/2012/06/25/water-rocket/ - Модель
водяной ракеты
. С.В. Громов, Н.А. Родина - Физика. Учебник для 8 класса
общеобразовательных учреждений. - 2001 год, Москва, «Просвещение»