Реактивное движение в природе и в технике - весьма распространенное явление. В природе оно возникает, когда одна часть тела отделяется с определенной скоростью от некоторой другой части. При этом реактивная сила появляется без взаимодействия данного организма с внешними телами.
Для того чтобы понять, о чем идет речь, лучше всего обратиться к примерам. в природе и технике многочисленны. Сначала мы поговорим о том, как его используют животные, а затем о том, как оно применяется в технике.
Медузы, личинки стрекоз, планктон и моллюски
Многие, купаясь в море, встречали медуз. В Черном море их, во всяком случае, хватает. Однако не все задумывались, что передвигаются медузы как раз с помощью реактивного движения. К этому же способу прибегают и личинки стрекоз, а также некоторые представители морского планктона. КПД беспозвоночных морских животных, которые используют его, зачастую намного выше, чем у технических изобретений.
Многие моллюски передвигаются интересующим нас способом. В качестве примера можно привести каракатиц, кальмаров, осьминогов. В частности, морской моллюск-гребешок способен двигаться вперед, используя реактивную струю воды, которая выбрасывается из раковины, когда ее створки резко сжимаются.
И это лишь несколько примеров из жизни животного мира, которые можно привести, раскрывая тему: "Реактивное движение в быту, природе и технике".
Как передвигается каракатица
Весьма интересна в этом отношении и каракатица. Подобно множеству головоногих моллюсков, она передвигается в воде, используя следующий механизм. Через особую воронку, находящуюся впереди тела, а также через боковую щель каракатица забирает воду в свою жаберную полость. Затем она ее энергично выбрасывает через воронку. Трубку воронки каракатица направляет назад или вбок. Движение при этом может осуществляться в разные стороны.
Способ, который использует сальпа
Любопытен и способ, который использует сальпа. Так называется морское животное, имеющее прозрачное тело. Сальпа при движении втягивает воду, используя для этого переднее отверстие. Вода оказывается в широкой полости, а внутри нее по диагонали расположены жабры. Отверстие закрывается тогда, когда сальпа делает большой глоток воды. Ее поперечные и продольные мускулы сокращаются, сжимается все тело животного. Сквозь заднее отверстие вода выталкивается наружу. Животное двигается вперед благодаря реакции вытекающей струи.
Кальмары - "живые торпеды"
Самый большой интерес представляет, пожалуй, реактивный двигатель, который есть у кальмара. Это животное считается наиболее крупным представителем беспозвоночных, обитающим на больших океанских глубинах. В реактивной навигации кальмары достигли настоящего совершенства. Даже тело этих животных напоминает ракету своими внешними формами. Вернее сказать, это ракета копирует кальмара, так как именно ему принадлежит бесспорное первенство в этом деле. Если нужно передвигаться медленно, животное использует для этого большой ромбовидный плавник, который время от времени изгибается. Если же необходим быстрый бросок, на помощь приходит реактивный двигатель.
Со всех сторон тело моллюска окружает мантия - мышечная ткань. Практически половина всего объема тела животного приходится на объем ее полости. Кальмар использует мантийную полость для движения, засасывая воду внутрь нее. Затем он резко выбрасывает набранную струю воды сквозь узкое сопло. В результате этого он двигается толчками назад с большой скоростью. При этом кальмар складывает все свои 10 щупалец в узел над головой для того, чтобы приобрести обтекаемую форму. В составе сопла есть особый клапан, и мышцы животного могут поворачивать его. Тем самым направление движения меняется.
Впечатляющая скорость движения кальмара
Нужно сказать, что двигатель кальмара весьма экономичен. Скорость, которую он способен развивать, может достигать 60-70 км/ч. Некоторые исследователи даже полагают, что она может доходить до 150 км/ч. Как вы видите, кальмар не зря зовется "живой торпедой". Он может поворачивать в нужную сторону, изгибая вниз, вверх, влево или вправо щупальца, сложенные пучком.
Как кальмар управляет движением
Так как по сравнению с размерами самого животного руль очень велик, для того чтобы кальмар мог легко избежать столкновения с препятствием, даже двигаясь с максимальной скоростью, достаточно лишь незначительного движения руля. Если его резко повернуть, животное тут же помчится в обратную сторону. Кальмар изгибает назад конец воронки и в результате этого может скользить уже головой вперед. Если он выгнет ее вправо, он будет отброшен влево реактивным толчком. Однако когда плыть необходимо быстро, воронка всегда находится прямо между щупальцами. Животное в этом случае мчится хвостом вперед, подобно бегу рака-скорохода, если бы он обладал резвостью скакуна.
В случае когда спешить не требуется, каракатицы и кальмары плавают, ундулируя при этом плавниками. Спереди назад пробегают по ним миниатюрные волны. Кальмары и каракатицы грациозно скользят. Они лишь время от времени подталкивают себя струей воды, которая выбрасывается из-под их мантии. Отдельные толчки, которые моллюск получает при извержении струй воды, в такие моменты хорошо заметны.
Летающий кальмар
Некоторые головоногие способны ускоряться до 55 км/ч. Кажется, никто не осуществлял прямых измерений, однако такую цифру мы можем назвать, основываясь на дальности и скорости полета летающих кальмаров. Оказывается, существуют и такие. Кальмар стенотевтис является лучшим пилотом из всех моллюсков. Английские моряки именуют его летающим кальмаром (флайинг-сквид). Это животное, фото которого представлено выше, имеет небольшие размеры, примерно с селедку. Он так стремительно преследует рыб, что часто выскакивает из воды, проносясь стрелой над ее поверхностью. Такую уловку он использует и в случае, когда ему угрожает опасность от хищников - макрелей и тунцов. Развив максимальную реактивную тягу в воде, кальмар стартует в воздух, а затем пролетает более 50 метров над волнами. При его полета находится так высоко, что часто летающие кальмары попадают на палубы судов. Высота 4-5 метров для них - отнюдь не рекорд. Иногда летающие кальмары взлетают даже выше.
Доктор Рис, исследователь моллюсков из Великобритании, в своей научной статье описал представителя этих животных, длина тела которого составляла всего 16 см. Однако при этом он смог пролететь изрядное расстояние по воздуху, после чего приземлился на мостик яхты. А высота этого мостика составляла практически 7 метров!
Бывают случаи, когда на корабль обрушивается сразу множество летающих кальмаров. Требиус Нигер, античный писатель, однажды рассказал печальную историю о судне, которое как будто бы не смогло выдержать тяжесть этих морских животных и затонуло. Интересно, что кальмары способны взлетать даже без разгона.
Летающие осьминоги
Способностью летать обладают также осьминоги. Жан Верани, французский натуралист, наблюдал, как один из них разогнался в своем аквариуме, а затем внезапно выскочил из воды. Животное описало в воздухе дугу примерно в 5 метров, а затем плюхнулось в аквариум. Осьминог, набирая необходимую для прыжка скорость, двигался не только благодаря реактивной тяге. Он также греб своими щупальцами. Осьминоги мешковаты, поэтому они плавают хуже кальмаров, однако в критические минуты и эти животные способны дать фору лучшим спринтерам. Работники Калифорнийского аквариума хотели сделать фото осьминога, который атакует краба. Однако спрут, бросаясь на свою добычу, развивал такую скорость, что фотографии даже при использовании специального режима оказывались смазанными. Это означает, что бросок длился считанные доли секунды!
Однако осьминоги обычно плавают довольно медленно. Ученый Джозеф Сайнл, который исследовал миграции спрутов, выяснил, что осьминог, размер которого составляет 0,5 м, плывет со средней скоростью примерно 15 км/ч. Каждая струя воды, которую он выбрасывает из воронки, продвигает его вперед (точнее сказать, назад, поскольку он плывет задом наперед) где-то на 2-2,5 м.
"Бешеный огурец"
Реактивное движение в природе и в технике можно рассматривать и используя для его иллюстрации примеры из мира растений. Один из самых известных - созревшие плоды так называемого Они отскакивают от плодоножки при малейшем прикосновении. Затем из образовавшегося в результате этого отверстия с большой силой выбрасывается специальная клейкая жидкость, в которой находятся семена. Сам огурец отлетает в противоположную сторону на расстояние до 12 м.
Закон сохранения импульса
Обязательно следует рассказать и о нем, рассматривая реактивное движение в природе и в технике. Знание закона сохранения импульса позволяет нам изменять, в частности, нашу собственную скорость перемещения, если мы находимся в открытом пространстве. К примеру, вы сидите в лодке и у вас с собой есть несколько камней. Если вы будете бросать их в определенную сторону, движение лодки будет осуществляться в противоположном направлении. В космическом пространстве также действует этот закон. Однако там с этой целью применяют
Какие еще можно отметить примеры реактивного движения в природе и технике? Очень хорошо иллюстрируется на примере ружья.
Как известно, выстрел из него всегда сопровождается отдачей. Допустим, вес пули был бы равен весу ружья. В этом случае они бы разлетелись в стороны с одной и той же скоростью. Отдача бывает потому, что создается реактивная сила, так как имеется отбрасываемая масса. Благодаря этой силе обеспечивается движение как в безвоздушном пространстве, так и в воздухе. Чем больше скорость и масса истекающих газов, тем сила отдачи, которую ощущает наше плечо, больше. Соответственно, реактивная сила тем выше, чем сильнее реакция ружья.
Мечты о полетах в космос
Реактивное движение в природе и в технике вот уже долгие годы является источником новых идей для ученых. Много столетий человечество грезило о полетах в космос. Применение реактивного движения в природе и технике, нужно полагать, отнюдь не исчерпало себя.
А началось все с мечты. Писатели-фантасты несколько веков назад предлагали нам различные средства, как достигнуть этой желанной цели. В 17 веке Сирано де Бержерак, французский писатель, создал рассказ о полете на Луну. Его герой добрался до спутника Земли, используя железную повозку. Над этой конструкцией он постоянно подбрасывал сильный магнит. Повозка, притягиваясь к нему, поднималась над Землей все выше и выше. В конце концов, она достигла Луны. Другой известный персонаж, барон Мюнхгаузен, залез на Луну по стеблю боба.
Конечно, в это время еще было мало известно о том, как применение реактивного движения в природе и технике способно облегчить жизнь. Но полет фантазии, безусловно, открывал новые горизонты.
На пути к выдающемуся открытию
В Китае в конце 1 тысячелетия н. э. изобрели реактивное движение, приводящее в действие ракеты. Последние были просто бамбуковыми трубками, которые были начинены порохом. Эти ракеты запускались ради забавы. Реактивный двигатель использовался в одном из первых проектов автомобилей. Эта идея принадлежала Ньютону.
О том, как реактивное движение в природе и в технике возникает, задумывался и Н.И. Кибальчич. Это русский революционер, автор первого проекта реактивного летательного аппарата, который предназначен для полета на нем человека. Революционер, к сожалению, был казнен 3 апреля 1881 года. Кибальчича обвинили в том, что он участвовал в покушении на Александра II. Уже в тюрьме, в ожидании исполнения смертного приговора, он продолжал изучать такое интересное явление, как реактивное движение в природе и в технике, возникающее при отделении части объекта. В результате этих изысканий он разработал свой проект. Кибальчич писал, что эта идея поддерживает его в его положении. Он готов спокойно встретить свою смерть, зная, что столь важное открытие не погибнет вместе с ним.
Реализация идеи полета в космос
Проявление реактивного движения в природе и технике продолжил изучать К. Э. Циолковский (фото его представлено выше). Еще в начале 20 века этот великий русский ученый предложил идею использования ракет в целях космических полетов. Его статья, посвященная этому вопросу, появилась в 1903 году. В ней было представлено математическое уравнение, ставшее важнейшим для космонавтики. Оно известно в наше время как "формула Циолковского". Это уравнение описывало движение тела, имеющего переменную массу. В своих дальнейших трудах он представил схему ракетного двигателя, работающего на жидком топливе. Циолковский, изучая использование реактивного движения в природе и технике, разработал многоступенчатую конструкцию ракеты. Ему также принадлежит идея о возможности создания на околоземной орбите целых космических городов. Вот к каким открытиям пришел ученый, изучая реактивное движение в природе и технике. Ракеты, как показал Циолковский, - это единственные аппараты, которые могут преодолеть Ракету он определил как механизм, имеющий реактивный двигатель, который использует находящееся на нем горючее и окислитель. Этот аппарат трансформирует химическую энергию топлива, которая становится кинетической энергией газовой струи. Сама ракета при этом начинает двигаться в обратном направлении.
Наконец, ученые, изучив реактивное движение тел в природе и технике, перешли к практике. Предстояла масштабная задача реализации давней мечты человечества. И группа советских ученых, возглавляемая академиком С. П. Королевым, справилась с ней. Она осуществила идею Циолковского. Первый искусственный спутник нашей планеты был запущен в СССР 4 октября 1957 г. Естественно, при этом использовалась ракета.
Ю. А. Гагарин (на фото выше) был человеком, которому выпала честь первым осуществить полет в космическом пространстве. Это важное для мира событие произошло 12 апреля 1961 года. Гагарин на корабле-спутнике "Восток" облетел весь земной шар. СССР был первым государством, ракеты которого достигли Луны, облетели вокруг нее и сфотографировали сторону, невидимую с Земли. Кроме того, и на Венере впервые побывали именно русские. Они доставили на поверхность этой планеты научные приборы. Американский астронавт Нил Армстронг - первый человек, побывавший на поверхности Луны. Он высадился на нее 20 июля 1969 года. В 1986 году "Вега-1" и "Вега-2" (корабли, принадлежащие СССР) исследовали с близкого расстояния комету Галлея, которая приближается к Солнцу всего лишь раз в 76 лет. Изучение космоса продолжается…
Как вы видите, очень важной и полезной наукой является физика. Реактивное движение в природе и технике - это лишь один из интересных вопросов, которые рассматриваются в ней. А достижения этой науки весьма и весьма значительны.
Как в наши дни используется реактивное движение в природе и в технике
В физике в последние несколько столетий были сделаны особенно важные октрытия. В то время как природа остается практически неизменной, техника развивается стремительными темпами. В наше время принцип реактивного движения широко применяется не только различными животными и растениями, но также в космонавтике и в авиации. В космическом пространстве отсутствует среда, которую тело могло бы использовать для взаимодействия, чтобы изменить модуль и направление своей скорости. Именно поэтому для полетов в безвоздушном пространстве можно использовать лишь ракеты.
Сегодня активно используется реактивное движение в быту, природе и технике. Оно уже не является загадкой, как раньше. Однако человечество не должно останавливаться на достигнутом. Впереди новые горизонты. Хочется верить, что реактивное движение в природе и технике, кратко охарактеризованное в статье, вдохновит кого-то на новые открытия.
Применение реактивного движения в природе Многие из нас в своей жизни встречались во время купания в море с медузами. Но мало кто задумывался, что и медузы для передвижения пользуются реактивным движением. И зачастую КПД морских беспозвоночных животных при использовании реактивного движения гораздо выше, чем у техно изобретений.
Каракатица Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Она забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны.
Кальмар Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Он передвигается по принципу реактивного движения, вбирая в себя воду, а затем с огромной силой проталкивая ее через особое отверстие - "воронку", и с большой скоростью (около 70 км\час) двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой и он приобретает обтекаемую форму.
Летающий кальмар Это небольшое животное размером с селедку. Он преследует рыб с такой стремительностью, что нередко выскакивает из воды, стрелой проносясь над ее поверхностью. Развив в воде максимальную реактивную тягу, кальмар-пилот стартует в воздух и пролетает над волнами более пятидесяти метров. Апогей полета живой ракеты лежит так высоко над водой, что летающие кальмары нередко попадают на палубы океанских судов. Четыре-пять метров – не рекордная высота, на которую поднимаются в небо кальмары. Иногда они взлетают еще выше.
Осьминог Осьминоги тоже умеют летать. Французский натуралист Жан Верани видел, как обычный осьминог разогнался в аквариуме и вдруг задом вперед неожиданно выскочил из воды. Описав в воздухе дугу длиной метров в пять, он плюхнулся обратно в аквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только за счет реактивной тяги, но и греб щупальцами.
Бешеный огурец В южных странах (и у нас на побережье Черного моря тоже) произрастает растение под названием "бешеный огурец". Стоит только слегка прикоснуться к созревшему плоду, похожему на огурец, как он отскакивает от плодоножки, а через образовавшееся отверстие из плода со скоростью до 10 м/с вылетает жидкость с семенами. Стреляет бешеный огурец (иначе его называют «дамский пистолет») более чем на 12 м.
В мире существуют различные типы движения как способа перемещения тел из одной точки пространства в другую. в природе и технике, возникающее при отделении от тела его части с какой-либо скоростью, безусловно, менее распространено, но все же занимает свое законное место. А в технике реактивное движение ученые прямо-таки «подсмотрели» у живой природы. И использовали довольно успешно в своих изобретениях. Об этом и о многом другом, не менее интересном, расскажет наш материал.
Реактивность у животных
К примеру, купаясь в морской волне, многие люди часто сталкивались «лицом к лицу» с представителями водной фауны - медузами. Но мало кто думал о том, что эти животные используют для передвижения реактивный тип. Также и морской планктон, и личинки некоторых видов насекомых передвигаются, используя реактивность. И, кстати, в технике реактивное движение, вернее его КПД, иногда гораздо ниже, чем у этих творений природы.
Многие моллюски также его применяют. А движутся, например, за счет реактивности струи воды, выпускаемой из раковины животного при сжатии створок. У кальмара так и вовсе присутствует умело разработанный природой. За счет этого происходит резкое перемещение его в водной среде, а иногда этот морской обитатель даже взлетает в воздух!
Реактивное движение в технике. Примеры
Большое применение такой способ находит и в современную эпоху. Следует отметить, что в технике реактивное движение во многом копирует природную реактивность. Еще в древности в Китае (первое тысячелетие нашей эры) были изобретены бамбуковые трубы, начиняемые порохом, которые использовались, в основном, для забав. В их основе лежал реактивный принцип. А Ньютон в свое время придумал не только одноименный но и прообраз автомобиля, который был оснащен реактивным двигателем.
Для полетов человека
Люди осознали, что в технике реактивное движение может быть использовано для полетов. Первым автором подобного проекта считается народоволец Кибальчич, который буквально за несколько дней до своей смерти (ему был вынесен смертный приговор как участнику покушения на царя) разработал и записал научные данные. Циолковский развил идеи Кибальчича, разработал важное для космонавтики математическое уравнение, позволяющее использовать принцип реактивности. Именно он описал в своих трудах принципы работы реактивных агрегатов на жидком виде топлива.
Реактивный двигатель
В своей конструкции он преобразует топливную химическую энергию в кинетическую - уже газовой струи. При этом приобретается скорость обратного направления. Идеи Циолковского были развиты Королевым, и запуск первого спутника, использующего был осуществлен в 1957 в СССР. А первым человеком, преодолевшим земное притяжение при помощи реактивного движения, стал советский летчик Гагарин в 1961-м. Он облетел планету на космическом корабле «Восток».
Устройство ракеты
Если говорить упрощенно, современный ракетоноситель состоит из оболочки и топлива (плюс окислитель). Оболочка содержит полезный груз - космическую капсулу, которая выводится на орбиту Земли. Здесь же находятся приборы для управления и двигатель. Всю остальную полезную площадь ракеты занимает топливо и окислитель, предназначенный для поддержки процесса горения (ведь в космосе кислород отсутствует).
В камере сгорания топливо преобразуется в газ под высоким давлением и очень высоких температурах. Благодаря разности давлений за бортом космического корабля и в камерах сгорания газ устремляется наружу, за счет чего и происходит движение ракеты.
Эту вертушку можно назвать первой в мире паровой реактивной турбиной.
Китайская ракета
Еще раньше, за много лет до Герона Александрийского, в Китае тоже изобрели реактивный двигатель несколько иного устройства, называемый ныне фейерверочной ракетой . Фейерверочные ракеты не следует смешивать с их тезками - сигнальными ракетами, которые применяют в армии и флоте, а также пускают в дни всенародных праздников под грохот артиллерийского салюта. Сигнальные ракеты - это просто пули, спрессованные из вещества, горящего цветным пламенем. Ими выстреливают из крупнокалиберных пистолетов - ракетниц.
Сигнальные ракеты — пули, спрессованные из вещества, горящего цветным пламенем
Китайская ракета представляет собой картонную или металлическую трубку, закрытую с одного конца и наполненную пороховым составом. Когда эту смесь поджигают, струя газов, вырываясь с большой скоростью из открытого конца трубки, заставляет ракету лететь в сторону, противоположную направлению газовой струи. Взлетать такая ракета может без помощи пистолета-ракетницы. Палочка, привязанная к корпусу ракеты, делает ее полет более устойчивым и прямолинейным.
Фейерверк с использованием китайских ракет
Обитатели моря
В мире животных:
Здесь также встречается реактивное движение. Каракатицы, осьминоги и некоторые другие головоногие моллюски не имеют ни плавников, ни мощного хвоста, а плавают не хуже прочих обитателей моря . У этих мягкотелых существ в теле имеется довольно вместительный мешок или полость. В полость набирается вода, а затем животное с большой силой выталкивает эту воду наружу. Реакция выброшенной воды заставляет животное плыть в сторону, противоположную направлению струи.
Осьминог — обитатель моря, который использует реактивное движение
Падающая кошка
Но самый интересный способ движения продемонстрировала обыкновенная кошка .
Лет сто пятьдесят назад известный французский физик Марсель Депре заявил:
А знаете ли, законы Ньютона не совсем верны. Тело может двигаться с помощью внутренних сил, ни на что не опираясь и ни от чего не отталкиваясь.
Где доказательства, где примеры? - протестовали слушатели.
Хотите доказательств? Извольте. Кошка, нечаянно сорвавшаяся с крыши, - вот доказательство! Как бы кошка ни падала, хоть головой вниз, на землю она обязательно встанет всеми четырьмя лапками. Но ведь падающая кошка ни на что не опирается и ни от чего не отталкивается, а переворачивается быстро и ловко. (Сопротивлением воздуха можно пренебречь - оно слишком ничтожно.)
Действительно, это знают все: кошки, падая; ухитряются всегда становиться на ноги.
Кошки это делают инстинктивно, а человек может сделать то же самое сознательно. Пловцы, прыгающие с вышки в воду, умеют выполнять сложную фигуру - тройное сальто, то есть трижды перевернуться в воздухе, а потом вдруг выпрямиться, приостановить вращение своего тела и уже по прямой линии нырнуть в воду.
Такие же движения, - без взаимодействия с каким-либо посторонним предметом, случается наблюдать в цирке во время выступления акробатов - воздушных гимнастов.
Выступление акробатов - воздушных гимнастов
Падающую кошку сфотографировали киносъемочным аппаратом и потом на экране рассматривали кадр за кадром, что делает кошка, когда летит в воздухе. Оказалось, что кошка быстро вертит лапкой. Вращение лапки вызывает ответное движение- реакцию всего туловища, и оно поворачивается в сторону, противоположную движению лапки. Все происходит в строгом соответствии с законами Ньютона, и именно благодаря им кошка становится на ноги.
То же самое происходит во всех случаях, когда живое существо без всякой видимой причины изменяет свое движение в воздухе.
Водометный катер
У изобретателей появилась мысль, а почему бы не перенять у каракатиц их способ плавания. Они решили построить самоходное судно с водно-реактивным двигателем . Идея безусловно осуществимая. Правда, уверенности в удаче не было: изобретатели сомневались, получится ли такой водометный катер лучше обычного винтового. Надо было сделать опыт.
Водометный катер — самоходное судно с водно-реактивным двигателем
Выбрали старый буксирный пароход, починили его корпус, сняли гребные винты, а в машинном отделении поставили насос-водомет. Этот насос качал забортную воду и через трубу выталкивал ее за корму сильной струей. Пароход плыл, но двигался он все же медленнее винтового парохода. И это объясняется просто: обычный гребной винт вращается за кормой ничем не стесненный, вокруг него только вода; воду в водометном насосе приводил в движение почти точно такой же винт, но вращался он уже не на воде, а в тесной трубе. Возникало трение водяной струи о стенки. Трение ослабляло напор струи. Пароход с водометным движителем плыл медленнее винтового и топлива расходовал больше.
Однако от постройки таких пароходов не отказались: у них нашлись важные преимущества. Судно, снабженное гребным винтом, должно сидеть в воде глубоко, иначе винт будет без толку пенить воду или вертеться в воздухе. Поэтому винтовые пароходы боятся отмелей и перекатов, они не могут плавать по мелководью. А водометные пароходы можно строить мелкосидящими и плоскодонными: им глубина не нужна - где пройдет лодка, там пройдет и водометный пароход.
Первые водометные катера в Советском Союзе построены в 1953 году на Красноярской судостроительной верфи. Они предназначены для малых рек, где обычные пароходы не могут плавать.
Особенно прилежно инженеры, изобретатели и ученые занялись исследованием реактивного движения при появлении огнестрельного оружия . Первые ружья - всевозможные пистоли, мушкеты и самопалы - при каждом выстреле сильно ударяли человека в плечо. После нескольких десятков выстрелов плечо начинало так болеть, что солдат уже не мог целиться. Первые пушки - пищали, единороги, кулеврины и бомбарды - при выстреле отпрыгивали назад, так что, случалось, калечили пушкарей-артиллеристов, если они не успевали увернуться и отскочить в сторону.
Отдача орудия мешала меткой стрельбе, потому что пушка вздрагивала раньше, чем ядро или граната вылетали из ствола. Это сбивало наводку. Стрельба получалась неприцельной.
Стрельба с огнестрельного оружия
Инженеры-артиллеристы начали борьбу с отдачей более четырехсот пятидесяти лет назад. Сначала лафет снабдили сошником, который врезался в землю и служил прочным упором для пушки. Тогда думали, что если хорошенько подпереть пушку сзади, так чтобы ей некуда было откатываться, то отдача исчезнет. Но это была ошибка. Не был принят во внимание закон сохранения количества движения. Пушки ломали все подпорки, а лафеты так расшатывались, что орудие становилось непригодным для боевой работы. Тогда изобретатели поняли, что законы движения, как и всякие законы природы, нельзя переделать по-своему, их можно только «перехитрить» с помощью науки - механики.
У лафета они оставили сравнительно небольшой сошник для упора, а ствол пушки положили на «салазки» так, чтобы откатывался только один ствол, а не все орудие целиком. Ствол соединили с поршнем компрессора, который ходит в своем цилиндре точно так же, как поршень паровой машины. Но в цилиндре паровой машины - пар, а в орудийном компрессоре - масло и пружина (или сжатый воздух).
Когда ствол пушки откатывается назад, поршень сжимает пружину. Масло же в это время сквозь мелкие отверстия в поршне продавливается по другую сторону поршня. Возникает сильное трение, которое частично поглощает движение откатывающегося ствола, делает его более медленным и плавным. Потом сжатая пружина расправляется и возвращает поршень, а вместе с ним и ствол орудия на прежнее место. Масло нажимает на клапан, открывает его и свободно перетекает снова под поршень. Во время беглого огня ствол орудия почти непрерывно движется вперед и назад.
В орудийном компрессоре отдача поглощается трением.
Дульный тормоз
Когда мощность и дальнобойность пушек возросла, компрессора оказалось недостаточно, чтобы обезвредить отдачу. В помощь ему был изобретен дульный тормоз .
Дульный тормоз - это всего лишь короткая стальная труба, укрепленная на срезе ствола и служащая как бы его продолжением. Диаметр ее больше диаметра канала ствола, и поэтому она нисколько не мешает снаряду вылетать из дула. В стенках трубки по окружности прорезано несколько продолговатых отверстий.
Дульный тормоз — уменьшает отдачу огнестрельного оружия
Пороховые газы, вылетающие из ствола орудия вслед за снарядом, сразу же расходятся в стороны, и часть их попадает в отверстия дульного тормоза. Эти газы с большой силой ударяются о стенки отверстий, отталкиваются от них и вылетают наружу, но уже не вперед, а немного вкось и назад. При этом они давят на стенки вперед и толкают их, а вместе с ними и весь ствол орудия. Они помогают лафетной пружине потому, что стремятся вызвать откат ствола вперед. А в то время, пока они находились в стволе, они толкали орудие назад. Дульный тормоз значительно уменьшает и ослабляет отдачу.
Другие изобретатели пошли иным путем. Вместо того чтобы бороться с реактивным движением ствола и стараться его погасить, они решили применить откат орудия с пользой для дела. Эти изобретатели создали много образцов автоматического оружия: винтовок, пистолетов, пулеметов и пушек, в которых отдача служит для того, чтобы выбрасывать использованную гильзу и перезаряжать оружие.
Реактивная артиллерия
Можно совсем не бороться с отдачей, а использовать ее: ведь действие и реакция (отдача) равносильны, равноправны, равновелики, так пусть же реактивное действие пороховых газов , вместо того чтобы отталкивать назад ствол орудия, посылает снаряд вперед в цель. Так была создана реактивная артиллерия . В ней струя газов бьет не вперед, а назад, создавая в снаряде направленную вперед реакцию.
Для реактивного орудия оказывается ненужным дорогой и тяжелый ствол. Для направления полета снаряда прекрасно служит более дешевая, простая железная труба. Можно обойтись вовсе без трубы, а заставить снаряд скользить по двум металлическим рейкам.
По своему устройству реактивный снаряд подобен фейерверочной ракете, он только размерами побольше. В его головной части вместо состава для цветного бенгальского огня помещается разрывной заряд большой разрушительной силы. Середина снаряда наполняется порохом, который при горении создает мощную струю горячих газов, толкающих снаряд вперед. При этом сгорание пороха может длиться значительную часть времени полета, а не только тот короткий промежуток времени, пока обычный снаряд продвигается в стволе обычной пушки. Выстрел не сопровождается таким громким звуком.
Реактивная артиллерия не моложе обыкновенной артиллерии, а может быть, даже старше ее: о боевом применении ракет сообщают старинные китайские и арабские книги, написанные более тысячи лет назад.
В описаниях сражений более поздних времен нет-нет, да и промелькнет упоминание о боевых ракетах. Когда английские войска покоряли Индию, индийские воины-ракетчики своими огнехвостыми стрелами наводили ужас на захватчиков-англичан, порабощавших их родину. Для англичан в то время реактивное оружие было в диковинку.
Ракетными гранатами, изобретенными генералом К. И. Константиновым , мужественные защитники Севастополя в 1854-1855 годах отбивали атаки англо-французских войск.
Ракета
Огромное преимущество перед обыкновенной артиллерией - отпадала необходимость возить за собой тяжелые пушки - привлекло к реактивной артиллерии внимание военачальников. Но столь же крупный недостаток мешал ее усовершенствованию.
Дело в том, что метательный, или, как раньше говорили, форсовый, заряд умели делать только из черного пороха. А черный порох опасен в обращении. Случалось, что при изготовлении ракет метательный заряд взрывался, и гибли рабочие. Иногда ракета взрывалась при запуске, и гибли артиллеристы. Изготовлять и употреблять такое оружие было опасно. Поэтому оно и не получило широкого распространения.
Начатые успешно работы, однако, не привели к постройке межпланетного корабля. Немецкие фашисты подготовили и развязали кровопролитную мировую войну.
Реактивный снаряд
Недостаток при изготовлении ракет устранили советские конструкторы и изобретатели. В годы Великой Отечественной войны они дали нашей армии превосходное реактивное оружие. Были построены гвардейские минометы - «катюши» и изобретены РС («эрэс») - реактивные снаряды .
Реактивный снаряд
По своему качеству советская реактивная артиллерия превзошла все иностранные образцы и причиняла врагам громадный урон.
Защищая Родину, советский народ был вынужден поставить все достижения ракетной техники на службу обороны.
В фашистских государствах многие ученые и инженеры еще до войны усиленно разрабатывали проекты бесчеловечных орудий разрушения и массовых убийств. Это они считали целью науки.
Самоуправляющиеся самолеты
Во время войны гитлеровские инженеры построили несколько сот самоуправляющихся самолетов : снарядов «ФАУ-1» и реактивных снарядов «ФАУ-2». То были сигарообразные снаряды, имевшие в длину 14 метров и в диаметре 165 сантиметров. Весила смертоносная сигара 12 тонн; из них 9 тонн - топливо, 2 тонны - корпус и 1 тонна - взрывчатое вещество. «ФАУ-2» летели со скоростью до 5500 километров в час и могли подниматься в высоту на 170-180 километров.
Точностью попадания эти средства разрушения не отличались и были пригодны только для обстрела таких крупных мишеней, как большие и густонаселенные города. Немецкие фашисты выпускали «ФАУ-2» за 200-300 километров от Лондона в расчете, что город велик, - куда-нибудь да попадет!
Вряд ли Ньютон мог предполагать, что его остроумный опыт и открытые им законы движения лягут в основу оружия, созданного звериной злобой к людям, и целые кварталы Лондона обратятся в развалины и станут могилами людей, захваченных налетом слепых «ФАУ».
Космический корабль
Уже много веков люди лелеяли мечту о полетах в межпланетном пространстве, о посещении Луны, загадочного Марса и облачной Венеры. На эту тему было написано множество научно-фантастических романов, повестей и рассказов. Писатели отправляли своих героев в заоблачные дали на дрессированных лебедях, на воздушных шарах, в пушечных снарядах или еще каким-нибудь невероятным образом. Однако все эти способы полета основывались на выдумках, не имевших опоры в науке. Люди только верили, что они когда-нибудь сумеют покинуть нашу планету, но не знали, как это им удастся осуществить.
Замечательный ученый Константин Эдуардович Циолковский в 1903 году впервые дал научную основу идее космических путешествий . Он доказал, что люди могут покинуть земной шар и транспортным средством для этого послужит ракета, потому что ракета - единственный двигатель, который не нуждается для своего движения в какой-либо внешней опоре. Поэтому ракета способна летать в безвоздушном пространстве.
Ученый Константин Эдуардович Циолковский — доказал, что люди могут покинуть земной шар на ракете
По своему устройству космический корабль должен быть подобен реактивному снаряду, только в его головной части поместится кабина для пассажиров и приборов, а все остальное пространство будет занято запасом горючей смеси и двигателем.
Чтобы придать кораблю нужную скорость, требуется подходящее топливо. Порох и другие взрывчатые вещества ни в коем случае не пригодны: они и опасны и слишком быстро сгорают, не обеспечивая длительного движения. К. Э. Циолковский рекомендовал применять жидкое топливо: спирт, бензин или сжиженный водород, горящие в струе чистого кислорода или какого-либо другого окислителя. Правильность этого совета признали все, потому что лучшего топлива тогда не знали.
Первая ракета с жидким горючим, весившая шестнадцать килограммов, была испытана в Германии 10 апреля 1929 года. Опытная ракета взлетела в воздух и скрылась из вида раньше, чем изобретатель и все присутствующие сумели проследить, куда она полетела. Найти ракету после опыта не удалось. На следующий раз изобретатель решил «перехитрить» ракету и привязал к ней веревку длиной четыре километра. Ракета взвилась, волоча за собой веревочный хвост. Она вытянула два километра веревки, оборвала ее и последовала за своей предшественницей в неизвестном направлении. И эту беглянку также не удалось найти.
Министерство Образования и Науки РФ
ФГОУ СПО «Перевозский Строительный Колледж»
Реферат
дисциплина:
Физика
тема: Реактивное движение
Выполнил:
Студент
Группы 1-121
Окунева Алёна
Проверил:
П.Л.Винеаминовна
Город Перевоз
2011 год
Содержание:
- Введение: что
такое Реактивное движение………………………………………………………… …..…………………………………..3
Закон сохранения импульса………………………………………………………… ………….4
Применение реактивного движения в природе…………………………..….…....5
Применение реактивного движения в технике…….…………………...…..….….6
Реактивное движение «Межконтинентальная ракета»…………..………...…7
Физические основы работы реактивного двигателя ..................... .................... 8
Классификация реактивных двигателей и особенности их использования…………………………………………… ………………………….………….…….9
Особенности проектирования и создания летательного аппарата…..…10
Заключение…………………………………………………… ……………………………………….11
Список используемой литературы…………………………………………………… …..12
«Реактивное
движение»
Реактивное движение
- движение тела, обусловленное отделением
от него с некоторой скоростью
какой-то его части. Реактивное движение
описывается, исходя из закона сохранения
импульса.
Реактивное движение,
используемое ныне в самолетах,
ракетах и космических снарядах,
свойственно осьминогам, кальмарам,
каракатицам, медузам – все они,
без исключения, используют для плавания
реакцию (отдачу) выбрасываемой струи
воды.
Примеры реактивного движения можно обнаружить
и в мире растений.
В южных странах
произрастает растение под названием
"бешеный огурец". Стоит только
слегка прикоснуться к созревшему плоду,
похожему на огурец, как он отскакивает
от плодоножки, а через образовавшееся
отверстие из плода фонтаном со скоростью
до 10 м/с вылетает жидкость с семенами.
Сами огурцы при
этом отлетают в противоположном
направлении. Стреляет бешеный огурец
(иначе его называют «дамский пистолет»)
более чем на 12 м.
«Закон сохранения импульса»
В замкнутой системе
векторная сумма импульсов всех тел, входящих
в систему, остается постоянной при любых
взаимодействиях тел этой системы между
собой.
Этот фундаментальный
закон природы называется
законом сохранения импульса. Он является
следствием из второго и третьего законов
Ньютона. Рассмотрим два взаимодействующих
тела, входящих в состав замкнутой системы.
Силы взаимодействия
между этими телами обозначим
через
и
По третьему закону Ньютона
Если эти тела взаимодействуют в течение
времени t, то импульсы сил взаимодействия
одинаковы по модулю и направлены в противоположные
стороны:
Применим к этим телам второй закон Ньютона:
Это равенство означает, что в результате взаимодействия двух тел их суммарный импульс не изменился. Рассматривая теперь всевозможные парные взаимодействия тел, входящих в замкнутую систему, можно сделать вывод, что внутренние силы замкнутой системы не могут изменить ее суммарный импульс, т. е. векторную сумму импульсов всех тел, входящих в эту систему. Значительное снижение стартовой массы ракеты может быть достигнуто при использовании многоступенч атых ракет , когда ступени ракеты отделяются по мере выгорания топлива. Из процесса последующего разгона ракеты исключаются массы контейнеров, в которых находилось топливо, отработавшие двигатели, системы управления и т. д. Именно по пути создания экономичных многоступенчатых ракет развивается современное ракетостроение.
«Применение
реактивного движения
в природе»
Реактивное движение
используется многими моллюсками –
осьминогами, кальмарами, каракатицами.
Например, морской моллюск-гребешок
движется вперед за счет реактивной силы
струи воды, выброшенной из раковины
при резком сжатии ее створок.
Осьминог
Каракатица, как и
большинство головоногих моллюсков,
движется в воде следующим способом.
Она забирает воду в жаберную полость
через боковую щель и особую воронку
впереди тела, а затем энергично
выбрасывает струю воды через
воронку. Каракатица направляет трубку
воронки в бок или назад и стремительно
выдавливая из неё воду, может двигаться
в разные стороны.
Сальпа - морское животное
с прозрачным телом, при движении принимает
воду через переднее отверстие, причем
вода попадает в широкую полость, внутри
которой по диагонали натянуты жабры.
Как только животное сделает большой глоток
воды, отверстие закрывается. Тогда продольные
и поперечные мускулы сальпы сокращаются,
все тело сжимается, и вода через заднее
отверстие выталкивается наружу. Реакция
вытекающей струи толкает сальпу вперед.
Наибольший интерес представляет реактивный
двигатель кальмара. Кальмар является
самым крупным беспозвоночным обитателем
океанских глубин. Кальмары достигли высшего
совершенства в реактивной навигации.
У них даже тело своими внешними формами
копирует ракету. Зная закон сохранения
импульса можно изменять собственную
скорость перемещения в открытом пространстве.
Если вы находитесь в лодке и у вас есть
несколько тяжёлых камней, то бросая камни
в определённую сторону вы будете двигаться
в противоположном направлении. То же
самое будет и в космическом пространстве,
но там для этого используют реактивные
двигатели.
«Применение
реактивного движения
в технике»
В конце первого
тысячелетия нашей эры в Китае
изобрели реактивное движение, которое
приводило в действие ракеты - бамбуковые
трубки, начиненные порохом, они также
использовались как забава. Один из
первых проектов автомобилей был
также с реактивным двигателем и
принадлежал этот проект Ньютону.
Автором первого
в мире проекта реактивного летательного
аппарата, предназначенного для полета
человека, был русский революционер
– народоволец Н.И. Кибальчич. Его
казнили 3 апреля 1881 г. за участие в покушении
на императора Александра II. Свой проект
он разработал в тюрьме после вынесения
смертного приговора. Кибальчич писал:
“Находясь в заключении, за несколько
дней до своей смерти я пишу этот проект.
Я верю в осуществимость моей идеи, и эта
вера поддерживает меня в моем ужасном
положении…Я спокойно встречу смерть,
зная, что моя идея не погибнет вместе
со мною”.
Идея использования
ракет для космических полётов
была предложена ещё в начале нашего
столетия русским учёным Константином
Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году появилась
в печати статья преподавателя калужской
гимназии К.Э. Циолковского “Исследование
мировых пространств реактивными
приборами”. В этой работе содержалось
важнейшее для космонавтики математическое
уравнение, теперь известное как
“формула Циолковского”, которое описывало
движение тела переменной массы. В дальнейшем
он разработал схему ракетного двигателя
на жидком топливе, предложил многоступенчатую
конструкцию ракеты, высказал идею
о возможности создания целых
космических городов на околоземной
орбите. Он показал, что единственный
аппарат, способный преодолеть силу
тяжести - это ракета, т.е. аппарат
с реактивным двигателем, использующим
горючее и окислитель, находящиеся
на самом аппарате. Советские ракеты
первыми достигли Луны, облетели Луну
и сфотографировали её невидимую с Земли
сторону, первыми достигли планету Венера
и доставили на её поверхность научные
приборы. В 1986 г. Два советских космических
корабля «Вега-1» и «Вега-2» с близкого
расстояния исследовали комету Галлея,
приближающуюся к Солнцу один раз в 76 лет.
Реактивное
движение «Межконтинентальная
ракета»
Человечество всегда
мечтало о путешествии в космос.
Самые разные средства для достижения
этой цели предлагали писатели - фантасты,
учёные, мечтатели. Но единственного
находящегося в распоряжении человека
средства, с помощью которого можно
преодолеть силу земного притяжения
и улететь в космос за многие века
не смог изобрести ни один учёный, ни
один писатель-фантаст. К. Э. Циолковский
– основоположник теории космических
полётов.
Впервые мечту и стремления многих людей
впервые смог приблизить к реальности
русский учёный Константин Эдуардович
Циолковский(1857-1935), который показал, что
единственный аппарат, способный преодолеть
силу тяжести - это ракета, он впервые представил
научное доказательство возможности использования
ракеты для полётов в космическое пространство,
за пределы земной атмосферы и к другим
планетам Солнечной системы. Ракетой Цоилковский
назвал аппарат с реактивным двигателем,
использующим находящиеся на нём горючее
и окислитель.
Как известно из курса физики, выстрел
из ружья сопровождается отдачей. По законам
Ньютона, пуля и ружьё разлетелись бы в
разные стороны с одинаковой скоростью,
если бы имели одинаковую массу. Отбрасываемая
масса газов создаёт реактивную силу,
благодаря которой может быть обеспечено
движение, как в воздухе, так и в безвоздушном
пространстве, так возникает отдача. Тем
большую силу отдачи ощущает наше плечо,
чем больше масса и скорость истекающих
газов, и, следовательно, чем сильнее реакция
ружья, тем больше реактивная сила. Эти
явления объясняются законом сохранения
импульса:
векторная (геометрическая) сумма импульсов
тел, составляющих замкнутую систему,
остаётся постоянной при любых движениях
и взаимодействиях тел системы.
Представленная формула Циолковского
является фундаментом, на котором зиждется
весь расчёт современных ракет. Числом
Циолковского называют отношение массы
топлива к массе ракеты в конце работы
двигателя - к весу пустой ракеты.
Таким образом, получили, что максимально
достижимая скорость ракеты зависит в
первую очередь от скорости истечения
газов из сопла. А скорость истечения газов
сопла в свою очередь зависит от вида топлива
и температуры газовой струи. Значит, чем
выше температура, тем больше скорость.
Тогда для настоящей ракеты нужно подобрать
самое калорийное топливо, дающее наибольшее
количество теплоты. По формуле видно,
что кроме всего прочего скорость ракеты
зависит от начальной и конечной массы
ракеты, от того, какая часть её веса приходится
на горючее, и какая - на бесполезные (с
точки зрения скорости полёта) конструкции:
корпус, механизмы, и т.д.
Основной вывод из этой формулы Циолковского
для определения скорости космической
ракеты состоит в том, что в безвоздушном
пространстве ракета разовьёт тем большую
скорость, чем больше скорость истечения
газов и чем больше число Циолковского.
«Физические
основы работы реактивного
двигателя»
В основе современных
мощных реактивных двигателях различных
типов лежит принцип прямой реакции,
т.е. принцип создания движущей силы
(или тяги) в виде реакции (отдачи)
струи вытекающего из двигателя
"рабочего вещества", обычно - раскалённых
газов. Во всех двигателях существует
два процесса преобразования энергии.
Сначала химическая энергия топлива
преобразуется в тепловую энергию
продуктов сгорания, а затем тепловая
энергия используется для совершения
механической работы. К таким двигателям
относятся поршневые двигатели
автомобилей, тепловозов, паровые и
газовые турбины электростанций
и т.д. После того, как в тепловом
двигателе образовались горячие
газы, заключающие в себя большую
тепловую энергию, эта энергия должна
быть преобразована в механическую.
Ведь двигатели для того и служат, чтобы
совершать механическую работу, что-то
"двигать", приводить в действие,
все равно, будь то динамо-машина на просьба
дополнить рисунками электростанции,
тепловоз, автомобиль или самолёт. Чтобы
тепловая энергия газов перешла в механическую,
их объём должен возрасти. При таком расширении
газы и совершают работу, на которую затрачивается
их внутренняя и тепловая энергия.
Реактивное сопло
может иметь различные формы,
и, тем более, разную конструкцию
в зависимости от типа двигателя.
Главное заключается в той
скорости, с которой газы вытекают
из двигателя. Если эта скорость истечения
не превосходит скорости, с которой
в вытекающих газах распространяются
звуковые волны, то сопло представляет
собой простой цилиндрический или
суживающий отрезок трубы. Если же скорость
истечения должна превосходить скорость
звука, то соплу придается форма
расширяющейся трубы или же сначала
суживающейся, а за тем расширяющейся
(сопло Лавля). Только в трубе такой
формы, как показывает теория и опыт, можно
разогнать газ до сверхзвуковых скоростей,
перешагнуть через "звуковой барьер".
«Классификация
реактивных двигателей
и особенности
их использования»
Однако этот могучий
ствол, принцип прямой реакции, дал
жизнь огромной кроне "генеалогического
дерева" семьи реактивных двигателей.
Чтобы познакомиться с основными
ветвями его кроны, венчающей "ствол"
прямой реакции. Вскоре, как можно
видеть по рисунку (см. ниже), этот ствол
делится на две части, как бы расщепленный
ударом молнии. Оба новых ствола одинаково
украшены могучими кронами. Это деление
произошло по тому, что все "химические"
реактивные двигатели делятся на два класса
в зависимости от того, используют они
для своей работы окружающий воздух или
нет.
В бескомпрессорном
двигателе другого типа, прямоточном,
нет даже и этой клапанной решётки и давление
в камере сгорания повышается в результате
скоростного напора, т.е. торможения встречного
потока воздуха, поступающего в двигатель
в полёте. Понятно, что такой двигатель
способен работать только тогда, когда
летательный аппарат уже летит с достаточно
большой скоростью, на стоянке он тяги
не разовьет. Но зато при весьма большой
скорости, в 4-5 раз большей скорости звука,
прямоточный двигатель развивает очень
большую тягу и расходует меньше топлива,
чем любой другой "химический" реактивный
двигатель при этих условиях. Вот почему
прямоточные двигатели.
и т.д.................
