Il principio della propulsione a reazione. Propulsione a reazione – Ipermercato della conoscenza

Questa piattaforma girevole può essere definita la prima turbina a getto di vapore al mondo.

Razzo cinese

Anche prima, molti anni prima dell'Airone d'Alessandria, anche la Cina inventò motore a reazione un dispositivo leggermente diverso, ora chiamato razzo di fuochi d'artificio. I razzi pirotecnici non devono essere confusi con i loro omonimi: razzi di segnalazione, che vengono utilizzati nell'esercito e nella marina, e vengono lanciati anche durante le festività nazionali sotto il ruggito dei fuochi d'artificio di artiglieria. I razzi sono semplicemente proiettili compressi da una sostanza che brucia con una fiamma colorata. Vengono sparati da pistole di grosso calibro: lanciarazzi.

I razzi sono proiettili compressi da una sostanza che brucia con una fiamma colorata.

Razzo cineseè un tubo di cartone o di metallo, chiuso ad un'estremità e riempito con composizione in polvere. Quando questa miscela viene accesa, fuoriesce un flusso di gas ad alta velocità dall'estremità aperta del tubo, fa volare il razzo nella direzione opposta a quella del getto di gas. Un razzo del genere può decollare senza l'aiuto di un lanciarazzi. Un bastone legato al corpo del razzo rende il suo volo più stabile e dritto.

Fuochi d'artificio con razzi cinesi

Abitanti del mare

Nel mondo animale:

Trovato anche qui propulsione a getto. Seppie, polpi e alcuni altri cefalopodi non hanno né pinne né una coda potente, ma nuotano non peggio degli altri abitanti del mare. Queste creature dal corpo molle hanno una sacca o cavità abbastanza capiente nel loro corpo. L'acqua viene aspirata nella cavità e poi l'animale con grande forza spinge fuori quest'acqua. La reazione dell'acqua espulsa fa sì che l'animale nuoti nella direzione opposta a quella del flusso.

Il polpo è una creatura marina che utilizza la propulsione a reazione

Gatto che cade

Ma soprattutto modo interessante i movimenti furono dimostrati da un ordinario gatto.

Circa centocinquanta anni fa, un famoso fisico francese Marcel Depres ha dichiarato:

Ma si sa, le leggi di Newton non sono del tutto vere. Il corpo può muoversi con l'aiuto delle forze interne, senza fare affidamento su nulla o allontanarsi da nulla.

Dove sono le prove, dove sono gli esempi? - protestarono gli ascoltatori.

Vuoi una prova? Per favore. Un gatto che cade accidentalmente da un tetto ne è la prova! Non importa come il gatto cade, anche a testa in giù, rimarrà sicuramente a terra con tutte e quattro le zampe. Ma un gatto che cade non fa affidamento su nulla e non si allontana da nulla, ma si gira rapidamente e abilmente. (La resistenza dell'aria può essere trascurata: è troppo insignificante.)

In effetti, questo lo sanno tutti: i gatti, che cadono; riescono sempre a rimettersi in piedi.

I gatti lo fanno istintivamente, ma gli esseri umani possono fare lo stesso consapevolmente. I nuotatori che saltano da una piattaforma in acqua sanno come eseguire una figura complessa: una tripla capriola, cioè girarsi tre volte in aria, quindi improvvisamente raddrizzarsi, fermare la rotazione del corpo e tuffarsi in acqua in una linea retta.

Gli stessi movimenti, senza interazione con alcun oggetto estraneo, si osservano nel circo durante l'esibizione di acrobati - ginnasti aerei.

Esibizione di acrobati - ginnasti trapezi

Il gatto che cadeva è stato fotografato con una cinepresa e poi sullo schermo hanno esaminato, fotogramma per fotogramma, cosa fa il gatto quando vola in aria. Si è scoperto che il gatto stava rapidamente facendo roteare la zampa. La rotazione della zampa provoca un movimento di risposta, una reazione dell'intero corpo, e gira nella direzione opposta al movimento della zampa. Tutto avviene nel rigoroso rispetto delle leggi di Newton, ed è grazie a loro che il gatto si rimette in piedi.

La stessa cosa accade in tutti i casi in cui creatura vivente cambia il suo movimento nell'aria senza una ragione apparente.

Barca a reazione

Gli inventori hanno avuto un'idea: perché non adottare il loro metodo di nuoto dalle seppie. Hanno deciso di costruire una nave semovente con motore a reazione. L'idea è sicuramente fattibile. È vero, non c'era fiducia nel successo: gli inventori dubitavano che una cosa del genere sarebbe andata a buon fine barca a reazione meglio di una vite normale. Era necessario fare un esperimento.

Jet boat - nave semovente con motore a reazione

Selezionarono un vecchio rimorchiatore a vapore, ne ripararono lo scafo, rimossero le eliche e installarono una pompa a getto d'acqua nella sala macchine. Questa pompa pompava l'acqua di mare e attraverso un tubo la spingeva dietro la poppa con un forte getto. Il piroscafo galleggiava, ma si muoveva comunque più lentamente del piroscafo a coclea. E questo si spiega semplicemente: una normale elica ruota dietro la poppa, senza vincoli, circondata solo dall'acqua; L'acqua nella pompa a getto d'acqua veniva azionata quasi esattamente dalla stessa vite, ma non ruotava più sull'acqua, ma in un tubo stretto. Si è verificata la frizione del getto d'acqua contro le pareti. L'attrito ha indebolito la pressione del getto. Un battello a vapore con propulsione a getto d'acqua navigava più lentamente di uno con propulsione a elica e consumava più carburante.

Tuttavia, non abbandonarono la costruzione di tali navi: presentavano importanti vantaggi. Una barca dotata di elica deve stare immersa nell'acqua, altrimenti l'elica farà schiuma inutilmente nell'acqua o girerà nell'aria. Pertanto, i piroscafi a elica hanno paura delle acque basse e delle fratture; non possono navigare in acque poco profonde. E i piroscafi a getto d'acqua possono essere costruiti con un pescaggio ridotto e con il fondo piatto: non hanno bisogno di profondità: dove va la barca, andrà il piroscafo a getto d'acqua.

Le prime imbarcazioni a idrogetto dell'Unione Sovietica furono costruite nel 1953 nel cantiere navale di Krasnoyarsk. Sono progettati per piccoli fiumi dove i normali battelli a vapore non possono navigare.

Ingegneri, inventori e scienziati iniziarono a studiare la propulsione a reazione in modo particolarmente diligente quando armi da fuoco . Le prime pistole - tutti i tipi di pistole, moschetti e pistole semoventi - colpiscono duramente una persona alla spalla con ogni colpo. Dopo diverse dozzine di colpi, la spalla cominciò a ferire così tanto che il soldato non poteva più mirare. I primi cannoni - cigolii, unicorni, colubrine e bombarde - saltavano indietro quando venivano sparati, tanto che accadeva che paralizzassero gli artiglieri se non avevano il tempo di schivare e saltare di lato.

Il rinculo della pistola interferiva con il tiro preciso, perché la pistola sussultava prima che la palla di cannone o la granata lasciassero la canna. Questo ha perso il comando. La sparatoria si è rivelata senza scopo.

Sparare con armi da fuoco

Gli ingegneri di artiglieria iniziarono a combattere il rinculo più di quattrocentocinquanta anni fa. Innanzitutto, la carrozza era dotata di un coltro, che si schiantava al suolo e fungeva da forte supporto per la pistola. Poi pensarono che se l'arma fosse stata adeguatamente sostenuta da dietro, in modo che non potesse rotolare via, il rinculo sarebbe scomparso. Ma è stato un errore. Non è stata presa in considerazione la legge di conservazione della quantità di moto. I cannoni ruppero tutti i supporti e i carrelli divennero così allentati che il cannone divenne inadatto al lavoro di combattimento. Quindi gli inventori si sono resi conto che le leggi del movimento, come tutte le leggi della natura, non possono essere rifatte a modo loro, possono essere "superate in astuzia" solo con l'aiuto della scienza - meccanica.

Lasciarono un dispositivo di apertura relativamente piccolo sulla carrozza come supporto e posizionarono la canna del cannone su una "slitta" in modo che solo una canna rotolasse via e non l'intera pistola. La canna era collegata a un pistone del compressore, che si muove nel suo cilindro allo stesso modo del pistone di un motore a vapore. Ma nel cilindro di un motore a vapore c'è vapore, e in un compressore a pistola c'è olio e una molla (o aria compressa).

Quando la canna della pistola torna indietro, il pistone comprime la molla. In questo momento, l'olio viene forzato attraverso piccoli fori nel pistone sull'altro lato del pistone. Si crea un forte attrito che assorbe parzialmente il movimento della canna rotolante, rendendola più lenta e fluida. Quindi la molla compressa si raddrizza e riporta il pistone, e con esso la canna della pistola, nella sua posizione originale. L'olio preme sulla valvola, la apre e scorre liberamente sotto il pistone. Durante il fuoco rapido, la canna della pistola si muove quasi continuamente avanti e indietro.

In un compressore per pistola, il rinculo viene assorbito dall'attrito.

Freno di bocca

Quando la potenza e la portata delle armi aumentarono, il compressore non fu più sufficiente a neutralizzare il rinculo. È stato inventato per aiutarlo freno di bocca.

Freno di bocca- questo è solo un corto tubo d'acciaio, montato sul taglio del tronco e che ne funge da continuazione. Il suo diametro è maggiore del diametro della canna e quindi non interferisce minimamente con il proiettile che vola fuori dalla canna. Lungo la circonferenza delle pareti del tubo vengono praticati diversi fori oblunghi.

Freno di bocca: riduce il rinculo dell'arma

I gas in polvere che volano fuori dalla canna della pistola seguendo il proiettile divergono immediatamente ai lati e alcuni di essi cadono nei fori del freno di bocca. Questi gas colpiscono le pareti dei fori con grande forza, vengono respinti da essi e volano fuori, ma non in avanti, ma leggermente di traverso e all'indietro. Allo stesso tempo, spingono in avanti le pareti e le spingono, e con esse l'intera canna della pistola. Aiutano il controllo del fuoco perché tendono a far rotolare in avanti la canna. E mentre erano nella canna, hanno spinto indietro la pistola. Il freno di bocca riduce e smorza significativamente il rinculo.

Altri inventori hanno preso una strada diversa. Invece di combattere movimento reattivo della canna e cercare di estinguerlo, hanno deciso di utilizzare il rollback della pistola con buoni risultati. Questi inventori hanno creato molti tipi di armi automatiche: fucili, pistole, mitragliatrici e cannoni, in cui il rinculo serve ad espellere il bossolo esaurito e ricaricare l'arma.

Artiglieria a razzo

Non devi affatto combattere il rinculo, ma usarlo: dopo tutto, azione e reazione (rinculo) sono equivalenti, uguali in diritti, uguali in grandezza, quindi lasciamo che azione reattiva dei gas in polvere, invece di spingere indietro la canna della pistola, manda il proiettile in avanti verso il bersaglio. Ecco come è stato creato artiglieria a razzo . In esso, un flusso di gas non colpisce in avanti, ma all'indietro, creando una reazione diretta in avanti nel proiettile.

Per pistola a razzo la costosa e pesante canna risulta essere superflua. Un tubo di ferro semplice ed economico funziona perfettamente per dirigere il volo del proiettile. Puoi fare a meno del tubo e far scorrere il proiettile lungo due lamelle di metallo.

Nel suo design, un proiettile a razzo è simile a un razzo pirotecnico, è solo di dimensioni maggiori. Nella sua parte di testa, invece della composizione per colore scintillante viene posizionata una grande carica esplosiva forza distruttiva. Il centro del proiettile è pieno di polvere da sparo che, quando brucia, crea un potente flusso di gas caldi che spinge il proiettile in avanti. In questo caso, la combustione della polvere da sparo può durare una parte significativa del tempo di volo, e non solo il breve periodo di tempo durante il quale un normale proiettile avanza nella canna di una normale pistola. Lo sparo non è accompagnato da un suono così forte.

L'artiglieria missilistica non è più giovane dell'artiglieria ordinaria, e forse anche più vecchia di essa: o uso in combattimento i razzi sono riportati negli antichi libri cinesi e arabi scritti più di mille anni fa.

Nelle descrizioni delle battaglie dei tempi successivi no, no, e si parlerà di missili da combattimento. Quando le truppe britanniche conquistarono l'India, i guerrieri missilistici indiani, con le loro frecce dalla coda di fuoco, terrorizzarono gli invasori britannici che schiavizzarono la loro patria. Per gli inglesi di allora armi a razzo era una novità.

Granate a razzo inventate dal generale K. I. Konstantinov, i coraggiosi difensori di Sebastopoli nel 1854-1855 respinsero gli attacchi delle truppe anglo-francesi.

Razzo

L'enorme vantaggio rispetto all'artiglieria convenzionale - non era necessario trasportare armi pesanti - attirò l'attenzione dei leader militari sull'artiglieria a razzo. Ma un inconveniente altrettanto grave ne ha impedito il miglioramento.

Il fatto è che la carica propulsiva, o, come si diceva, la carica di forza, poteva essere costituita solo da polvere nera. E la polvere nera è pericolosa da maneggiare. È successo questo durante la produzione missili il propellente è esploso e gli operai sono morti. A volte il razzo esplodeva al momento del lancio, uccidendo gli artiglieri. Costruire e usare tali armi era pericoloso. Ecco perché non è diventato molto diffuso.

Il lavoro iniziato con successo, però, non ha portato alla costruzione di un veicolo spaziale interplanetario. I fascisti tedeschi prepararono e scatenarono una sanguinosa guerra mondiale.

Missile

Le carenze nella produzione di razzi furono eliminate dai progettisti e dagli inventori sovietici. Durante il Grande Guerra Patriottica hanno fornito al nostro esercito eccellenti armi missilistiche. Furono costruiti i mortai delle guardie - furono inventati "Katyusha" e RS ("eres") - razzi.

Missile

In termini di qualità, l'artiglieria missilistica sovietica superò tutti i modelli stranieri e causò enormi danni ai nemici.

Difendere la Patria, Popolo sovietico fu costretto a mettere tutte le conquiste della tecnologia missilistica al servizio della difesa.

Negli stati fascisti, molti scienziati e ingegneri, anche prima della guerra, stavano sviluppando intensamente progetti per armi disumane di distruzione e omicidio di massa. Questo lo consideravano lo scopo della scienza.

Aerei a guida autonoma

Durante la guerra, gli ingegneri di Hitler ne costruirono diverse centinaia aerei a guida autonoma: proiettili FAU-1 e razzi"FAU-2". Si trattava di conchiglie a forma di sigaro, lunghe 14 metri e con un diametro di 165 centimetri. Il sigaro mortale pesava 12 tonnellate; di cui 9 tonnellate di carburante, 2 tonnellate di involucri e 1 tonnellata di esplosivi. "V-2" volava a velocità fino a 5.500 chilometri all'ora e poteva raggiungere un'altezza di 170-180 chilometri.

Questi mezzi di distruzione non differivano nella precisione del colpo ed erano adatti solo per sparare a bersagli così grandi come città grandi e densamente popolate. I fascisti tedeschi produssero il V-2 a 200-300 chilometri da Londra nella convinzione che la città fosse grande: avrebbe colpito da qualche parte!

È improbabile che Newton potesse immaginare che la sua spiritosa esperienza e le leggi del movimento da lui scoperte avrebbero costituito la base delle armi create dalla rabbia bestiale nei confronti delle persone, e interi isolati di Londra si sarebbero trasformati in rovine e sarebbero diventati le tombe delle persone catturate dagli raid dei ciechi “FAU”.

Veicolo spaziale

Per molti secoli gli uomini hanno accarezzato il sogno di volare nello spazio interplanetario, di visitare la Luna, il misterioso Marte e la nuvolosa Venere. Su questo argomento sono stati scritti molti romanzi, novelle e racconti di fantascienza. Gli scrittori mandavano i loro eroi in cielo su cigni ammaestrati, palloncini, nei proiettili di cannone o in qualche altro modo incredibile. Tuttavia, tutti questi metodi di volo erano basati su invenzioni che non avevano alcun supporto scientifico. Le persone credevano solo che un giorno sarebbero state in grado di lasciare il nostro pianeta, ma non sapevano come avrebbero potuto farlo.

Scienziato meraviglioso Konstantin Eduardovich Ciolkovskij nel 1903 per la prima volta ha dato base scientifica idea viaggio spaziale . Ha dimostrato che le persone possono andarsene globo E veicolo a questo servirà un razzo, perché un razzo è l'unico motore che non necessita di alcun supporto esterno per il suo movimento. Ecco perché razzo capace di volare nello spazio senz'aria.

Lo scienziato Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ha dimostrato che le persone possono lasciare il globo su un razzo

In base al tuo dispositivo veicolo spaziale dovrebbe essere simile missile, solo nella sua parte di testa ci sarà una cabina per passeggeri e strumenti, e il resto dello spazio sarà occupato dalla fornitura di carburante e dal motore.

Per dare alla nave la velocità richiesta, è necessario il carburante giusto. La polvere da sparo e altri esplosivi non sono affatto adatti: sono pericolosi e bruciano troppo rapidamente, non fornendo movimento a lungo termine. K. E. Tsiolkovsky consigliava di utilizzare combustibile liquido: alcool, benzina o idrogeno liquefatto, bruciando in un flusso di ossigeno puro o qualche altro ossidante. Tutti hanno riconosciuto la correttezza di questo consiglio, perché a quel tempo non conoscevano il carburante migliore.

Il primo razzo a combustibile liquido, del peso di sedici chilogrammi, fu testato in Germania il 10 aprile 1929. Il razzo sperimentale decollò in aria e scomparve alla vista prima che l'inventore e tutti i presenti potessero tracciare dove volava. Non è stato possibile trovare il razzo dopo l'esperimento. La volta successiva, l'inventore decise di "superare in astuzia" il razzo e gli legò una corda lunga quattro chilometri. Il razzo decollò trascinandosi dietro la coda di corda. Ha tirato fuori due chilometri di corda, l'ha spezzata e ha seguito il suo predecessore in una direzione sconosciuta. E anche questo fuggitivo non è stato trovato.

La legge di conservazione della quantità di moto ha grande valore per lo studio della propulsione a reazione.

Sotto propulsione a getto comprendere il movimento di un corpo che avviene quando una parte di esso viene separata con una certa velocità rispetto ad esso. (Ad esempio, quando i prodotti della combustione fuoriescono dall'ugello di un aereo a reazione). In questo caso, il cosiddetto forza di reazione spingendo il corpo.

Il movimento reattivo può essere osservato in modo molto semplice. Gonfia la palla di gomma di un bambino e rilasciala. La palla volerà rapidamente (Fig. 5.4). Il movimento, tuttavia, avrà vita breve. La forza reattiva agisce solo finché continua il deflusso dell'aria. Caratteristica principale la forza reattiva è che nasce come risultato dell'interazione di parti del sistema senza alcuna interazione con corpi esterni. Nel nostro esempio, la palla vola a causa dell'interazione con il flusso d'aria che ne esce. La forza che imprime l'accelerazione a un pedone a terra, a una nave a vapore sull'acqua o a un aereo a elica in aria è dovuta solo all'interazione di questi corpi con il suolo, l'acqua o l'aria.

Consideriamo esempi di risoluzione di problemi sull'applicazione della legge di conservazione della quantità di moto e del movimento reattivo.

1. Un'auto di 10 tonnellate con aggancio automatico, che si muove a una velocità di 12 m/s, raggiunge la stessa auto di 20 tonnellate, che si muove a una velocità di 6 m/s, e si aggancia ad essa. Avanzando ulteriormente insieme, entrambe le vetture si scontrano con una terza vettura del peso di 7,5 tonnellate che si trova sui binari. Trova la velocità di movimento delle auto su diverse sezioni della pista. Ignora l'attrito.

Dato: M 1 = 10 kg m2= 20 chilogrammi m 3= 7,5kg 1 =12m/s 2 = 6 m/s	Soluzione: in base alla legge di conservazione della quantità di moto, abbiamo , Dov'è la velocità totale di movimento di due auto, - tre auto. Risolvendo l'equazione, troviamo Dall'equazione troviamo Sostituto valori numerici = (10 10 3 12+ 20 6) / (10 +20 ) = 8 (m/s) = 6,4 m/s Risposta:
-? -?

2. Un proiettile esce da un fucile a una velocità n = 900 m/s. Trova la velocità del fucile durante il rinculo se la sua massa M 500 volte la massa del proiettile M P.

Dato: n = 900 m/s M pollici = 500 M N

Soluzione: la quantità di moto del fucile con il proiettile prima dello sparo era zero. Poiché possiamo supporre che il sistema fucile-proiettile sia isolato quando viene sparato (le forze esterne che agiscono sul sistema non sono nulle, ma si annullano a vicenda), la sua quantità di moto rimarrà invariata. Avendo proiettato tutti gli impulsi su un asse parallelo alla velocità del proiettile e coincidente con essa nella direzione, possiamo scrivere

; da qui

dentro = -

Il segno "-" indica che la direzione della velocità del fucile è opposta alla direzione della velocità del proiettile.

Risposta: in = M V-? 3. Una granata che volava ad una velocità = 15 m/s è esplosa in due parti con delle masse 1 = 6kg e

m2=

14 kg. La velocità del frammento più grande 2 = 24 m/s è diretta nella stessa direzione della velocità della granata prima dell'esplosione. Trova la direzione e l'intensità della velocità del frammento più piccolo.

Poiché le direzioni delle velocità e 2 coincidono, la velocità 1 sarà la stessa

direzione o nella direzione opposta. Allineiamo l'asse delle coordinate con questa direzione,

prendendo la direzione dei vettori e 2 come direzione positiva dell'asse. Progettiamo l'equazione

concentrarsi sull'asse delle coordinate selezionato. Otteniamo l'equazione scalare

= (10 10 3 12+ 20 6) / (10 +20 ) = 8 (m/s) = 6,4 m/s

Sostituiamo i valori numerici e calcoliamo: Il segno “-” indica che la velocità 1 è diretta nella direzione opposta alla direzione di volo della granata. 4. Due sfere di massa, che m2 m1

=0,5 kg e Il segno “-” indica che la velocità 1 è diretta nella direzione opposta alla direzione di volo della granata.=0,2 kg, spostarsi l'uno verso l'altro lungo una superficie orizzontale liscia con velocità e . Determinare la loro velocità dopo l'impatto centrale assolutamente anelastico. m2 Dato:	=0,5kg=0,2kg Soluzione Asse Soluzione OH
- ?

Dirigiamolo lungo una linea che passa per i centri delle palline in movimento nella direzione della velocità. .

Dopo un urto completamente anelastico le palline si muovono alla stessa velocità. Poiché lungo l'asse Soluzione non agiscono forze esterne (non c'è attrito), quindi viene preservata la somma delle proiezioni degli impulsi su questo asse (la somma delle proiezioni degli impulsi di entrambe le sfere prima dell'impatto è uguale alla proiezione dell'impulso totale del sistema dopo l’impatto).

= (10 10 3 12+ 20 6) / (10 +20 ) = 8 (m/s) = 6,4 m/s Dal , e , allora

Dopo l'impatto, le sfere si muoveranno nella direzione negativa dell'asse ad una velocità di 0,4 m/s.= 0,4 m/sec 5. Due palline di plastilina il cui rapporto di massa è m2/m1

=4, dopo la collisione si sono attaccati e hanno iniziato a muoversi rapidamente lungo una superficie orizzontale liscia (vedi figura). Definire Soluzione E velocità polmonare, effettuato finché

mostrato nell'immagine: ,

Da allora .

Il modulo di velocità è uguale a: .

Quindi, quindi, .

Compiti per una soluzione indipendente

1. Due sfere di massa, che Il segno “-” indica che la velocità 1 è diretta nella direzione opposta alla direzione di volo della granata. E m2, muovetevi lungo una superficie orizzontale liscia l'uno verso l'altro con velocità e . Determinare la loro velocità dopo l'impatto centrale assolutamente anelastico.

No var

2. Auto di massa Il segno “-” indica che la velocità 1 è diretta nella direzione opposta alla direzione di volo della granata. con accoppiamento automatico, muovendosi a velocità , raggiunge un'auto della stessa massa m2 , muovendosi velocemente , e vi aderisce. Avanzando insieme, entrambe le vetture si scontrano con la terza vettura della massa in piedi sui binari m 3 . Trova la velocità di movimento delle auto su diverse sezioni della pista. Ignora l'attrito.

No var

m 3

3. risolvere problemi

Opzioni 1,6,11,16,21,26 attività n. 4

Opzioni 2,7,12,17,22,27 compito n. 5

Opzioni 3,8,13,18,23,28 compito n. 6

Opzioni 4,9,14,19,24,29 compito n. 7

Opzioni 5,10,15,20,25,30 attività n. 8

4. Un uomo in piedi sul ghiaccio pesa Il segno “-” indica che la velocità 1 è diretta nella direzione opposta alla direzione di volo della granata.=60 kg afferra una palla dotata di massa m2=0,50 kg, che vola orizzontalmente ad una velocità di =20m/s. Quanto lontano rotolerà una persona con una palla su una superficie ghiacciata orizzontale se il coefficiente di attrito k=0,050?

5. Un proiettile di 10 g viene sparato da un fucile di 4,0 kg ad una velocità di 700 m/s. Qual è la velocità di rinculo di un fucile quando viene sparato se è sospeso orizzontalmente con delle corde? Quanto in alto si alza il fucile dopo aver sparato?

6. Un proiettile del peso di 4,0 kg vola fuori dalla canna di un fucile in direzione orizzontale ad una velocità di 1000 m/s. Determinare la forza di resistenza media dei dispositivi di rinculo se la lunghezza di rinculo della canna lungo le guide di un'arma fissa è di 1,0 me il peso della canna è di 320 kg.

7. Un razzo la cui massa senza carburante Il segno “-” indica che la velocità 1 è diretta nella direzione opposta alla direzione di volo della granata.=400 g, quando il carburante brucia sale ad un'altezza H=125m. Peso del carburante m2=50g. determinare la velocità dei gas che lasciano il razzo, supponendo che la combustione del carburante avvenga istantaneamente.

8. Zattera di massa M 1 =400kg e lunghezza l=10m è a riposo in acqua ferma. Due ragazzi con messe m2=60 kg e m3= 40 kg in piedi alle estremità opposte della zattera iniziano contemporaneamente a muoversi l'uno verso l'altro alla stessa velocità e si fermano quando si incontrano. Di quanto si sposterà la zattera?

Propulsione a getto. La formula di Ciolkovskij.

La propulsione a reazione si basa sul principio del rinculo. In un razzo, quando il carburante brucia, i gas si riscaldano alta temperatura, vengono espulsi dall'ugello ad alta velocità U rispetto al razzo. Indichiamo la massa dei gas espulsi con m e la massa del razzo dopo il deflusso dei gas con M. Quindi per il sistema chiuso "razzo + gas" possiamo scrivere in base alla legge di conservazione della quantità di moto (per analogia con il problema di sparare con una pistola): , V= - dove V – la velocità del razzo dopo i gas di scarico.

Qui si presumeva che velocità iniziale il razzo era zero.

La formula risultante per la velocità del razzo è valida solo a condizione che l'intera massa di carburante bruciato venga espulsa contemporaneamente dal razzo. Infatti, il deflusso avviene gradualmente durante tutto il periodo di movimento accelerato del razzo. Ogni successiva porzione di gas viene espulsa dal razzo, che ha già acquisito una certa velocità.

Per ottenere una formula accurata, è necessario considerare più in dettaglio il processo di deflusso del gas dall'ugello di un razzo. Lascia che il razzo al momento t abbia massa M e si muova con velocità V. Durante un breve periodo di tempo Δt, una certa porzione di gas verrà espulsa dal razzo con una velocità relativa U. Il razzo al momento t + Δt avrà una massa velocità e la sua massa sarà uguale a M + ΔM , dove ΔM< 0 (рис. 1.17.3 (2)). Масса выброшенных газов будет, очевидно, равна –ΔM >0. La velocità dei gas nel sistema inerziale OX sarà uguale a V+U. Applichiamo la legge di conservazione della quantità di moto. Nell'istante t + Δt la quantità di moto del razzo è pari a ()(M + ΔM) e la quantità di moto dei gas emessi è pari a

Ma =μu,

dove u è il modulo della velocità relativa. Utilizzando l'operazione matematica di integrazione, da questa relazione possiamo ottenere una formula per la velocità finale υ del razzo:

dove è il rapporto tra la massa iniziale e quella finale del razzo. Questa formula è chiamata formula Tsiolkovsky. Ne consegue che la velocità finale del razzo può superare velocità relativa fuoriuscita di gas. Di conseguenza, il razzo può essere accelerato alle alte velocità richieste voli spaziali. Ma ciò può essere ottenuto solo consumando una massa significativa di carburante, che costituisca gran parte della massa iniziale del razzo. Ad esempio, per raggiungere la prima velocità cosmica υ = υ 1 = 7,9 10 3 m/s a u = 3 10 3 m/s (le velocità di deflusso del gas durante la combustione del carburante sono dell'ordine di 2–4 km/s) massa di lancio razzo monostadio dovrebbe essere circa 14 volte la massa finale. Per ottenere la velocità finale υ = 4u il rapporto deve essere = 50.

Una riduzione significativa della massa di lancio del razzo può essere ottenuta utilizzando razzi multistadio, quando gli stadi del razzo si separano mentre il carburante si esaurisce. Le masse di contenitori che contenevano carburante, motori esauriti, sistemi di controllo, ecc. sono escluse dal processo di successiva accelerazione dei razzi. È lungo il percorso della creazione di razzi multistadio economici che la moderna scienza missilistica si sta sviluppando.

La propulsione a reazione si basa sul principio del rinculo. In un razzo, quando il carburante brucia, i gas riscaldati ad alta temperatura vengono espulsi dall'ugello ad alta velocità U rispetto al razzo. Indichiamo la massa dei gas espulsi con m e la massa del razzo dopo il deflusso dei gas con M. Quindi per il sistema chiuso "razzo + gas" possiamo scrivere in base alla legge di conservazione della quantità di moto (per analogia con il problema di sparare con una pistola):, V = - dove V - la velocità del razzo dopo i gas di scarico.

Qui si presumeva che la velocità iniziale del razzo fosse zero.

Per ottenere una formula accurata, è necessario considerare più in dettaglio il processo di deflusso del gas dall'ugello di un razzo. Lascia che il razzo al momento t abbia massa M e si muova con velocità V. Durante un breve periodo di tempo Dt, una certa porzione di gas verrà espulsa dal razzo con una velocità relativa U. Il razzo al momento t + Dt avrà una massa M la velocità e la sua massa saranno pari a M + DM , dove DM< 0 (рис. 1.17.3 (2)). Масса выброшенных газов будет, очевидно, равна -ДM >0. La velocità dei gas nel sistema inerziale OX sarà uguale a V+U. Applichiamo la legge di conservazione della quantità di moto. Al momento t + Ät, la quantità di moto del razzo è uguale a ()(M + ДМ) e la quantità di moto dei gas emessi è uguale a Al momento t, la quantità di moto dell'intero sistema era uguale a MV. Supponendo che il sistema “razzo+gas” sia chiuso, possiamo scrivere:

Il valore può essere trascurato, poiché |DM|<< M. Разделив обе части последнего соотношения на Дt и перейдя к пределу при Дt >0, otteniamo

Il valore è il consumo di carburante per unità di tempo. La quantità è chiamata forza di spinta reattiva F p. La forza di spinta reattiva agisce sul razzo dal lato dei gas in uscita, è diretta nella direzione opposta alla velocità relativa. Rapporto

esprime la seconda legge di Newton per un corpo di massa variabile. Se i gas vengono espulsi dall'ugello del razzo rigorosamente all'indietro (Fig. 1.17.3), allora in forma scalare questa relazione assume la forma:

dove u è il modulo della velocità relativa. Utilizzando l'operazione matematica di integrazione, da questa relazione possiamo ottenere una formula per la velocità finale x del razzo:

dove è il rapporto tra la massa iniziale e quella finale del razzo. Questa formula è chiamata formula Tsiolkovsky. Ne consegue che la velocità finale del razzo può superare la velocità relativa del deflusso dei gas. Di conseguenza, il razzo può essere accelerato alle alte velocità richieste per i voli spaziali. Ma ciò può essere ottenuto solo consumando una massa significativa di carburante, che costituisca gran parte della massa iniziale del razzo. Ad esempio, per ottenere la prima velocità cosmica x = x 1 = 7,9 10 3 m/s a u = 3 10 3 m/s (le velocità di deflusso del gas durante la combustione del carburante sono dell'ordine di 2-4 km/s), la massa iniziale di un singolo stadio Il razzo dovrebbe essere circa 14 volte la sua massa finale. Per ottenere la velocità finale x = 4u il rapporto deve essere = 50.

Una riduzione significativa della massa di lancio di un razzo può essere ottenuta utilizzando razzi multistadio, quando gli stadi del razzo vengono separati man mano che il carburante si brucia. Le masse di contenitori che contenevano carburante, motori esauriti, sistemi di controllo, ecc. sono escluse dal processo di successiva accelerazione dei razzi. È lungo il percorso della creazione di razzi multistadio economici che la moderna scienza missilistica si sta sviluppando.

Il principio della propulsione a getto è che questo tipo di movimento avviene quando una parte di esso si separa dal corpo ad una certa velocità. Un classico esempio di propulsione a reazione è il movimento di un razzo. Le peculiarità di questo movimento includono il fatto che il corpo riceve accelerazione senza interazione con altri corpi. Pertanto, il movimento di un razzo avviene a causa di un cambiamento nella sua massa. La massa del razzo diminuisce a causa del deflusso di gas che si verifica durante la combustione del carburante. Consideriamo il moto di un razzo. Supponiamo che la massa del razzo sia uguale a , e la sua velocità in quel momento sia . Dopo il tempo, la massa del razzo diminuisce di una quantità e diventa pari a: , la velocità del razzo diventa pari a .

Quindi la variazione della quantità di moto nel tempo può essere rappresentata come:

dove è la velocità del flusso di gas rispetto al razzo. Se accettiamo che si tratti di una piccola quantità di ordine superiore rispetto alle altre, allora otteniamo:

Quando le forze esterne () agiscono sul sistema, rappresentiamo la variazione della quantità di moto come:

Uguagliamo i lati destri delle formule (2) e (3), otteniamo:

dove l'espressione è chiamata forza reattiva. Inoltre, se le direzioni dei vettori sono opposte, il razzo accelera, altrimenti decelera. L'equazione (4) è detta equazione del moto di un corpo di massa variabile. È spesso scritto nella forma (equazione di I.V. Meshchersky):

L'idea di utilizzare la forza reattiva fu proposta nel XIX secolo. Più tardi K.E. Tsiolkovsky avanzò la teoria del movimento dei razzi e formulò le basi della teoria del motore a reazione liquido. Se assumiamo che sul razzo non agiscano forze esterne, la formula (4) assumerà la forma:

Ministero dell'Istruzione e della Scienza della Federazione Russa
FGOU SPO "Collegio edile Perevozsky"
Astratto
disciplina:
Fisica
argomento: Propulsione a getto

Completato:
Studente
Gruppi 1-121
Okuneva Alena
Controllato:
P.L.Vineaminovna

Città di Perevoz
2011
Contenuto:

Introduzione: Cos’è la propulsione a getto…………………………..……………..3

Legge di conservazione della quantità di moto................................................................4

Applicazione della propulsione a reazione in natura……………..….…....5

Applicazione della propulsione a reazione nella tecnologia…….………………...…..….….6

Propulsione a reazione “Missili intercontinentali”…………..………...…7

Basi fisiche del funzionamento dei motori a reazione

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

Classificazione dei motori a reazione e caratteristiche del loro utilizzo…………………………….………….…….9

Caratteristiche della progettazione e realizzazione di un aeromobile…..…10

Conclusione…………………..……………

Elenco dei riferimenti………………………………………… …..12

"Propulsione a reazione"
Il moto reattivo è il movimento di un corpo causato dalla separazione di alcune sue parti ad una certa velocità. Il moto del getto è descritto in base alla legge di conservazione della quantità di moto.
La propulsione a reazione, ora utilizzata negli aeroplani, nei razzi e nei veicoli spaziali, è caratteristica di polpi, calamari, seppie, meduse: tutti, nessuno escluso, utilizzano la reazione (rinculo) di un flusso d'acqua espulso per nuotare.
Esempi di propulsione a reazione si possono trovare anche nel mondo vegetale.
Nei paesi del sud cresce una pianta chiamata "cetriolo pazzo". Non appena si tocca leggermente un frutto maturo, simile a un cetriolo, questo rimbalza sul gambo e, attraverso il foro formatosi, il liquido con i semi vola fuori dal frutto come una fontana ad una velocità fino a 10 m/s.

I cetrioli stessi volano nella direzione opposta. Il cetriolo pazzo (chiamato anche “pistola delle donne”) spara a una distanza superiore a 12 m.

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

Questa uguaglianza significa che come risultato dell'interazione di due corpi, la loro quantità di moto totale non è cambiata. Considerando ora tutte le possibili interazioni di coppia di corpi inclusi in un sistema chiuso, possiamo concludere che le forze interne di un sistema chiuso non possono modificare la sua quantità di moto totale, cioè la somma vettoriale della quantità di moto di tutti i corpi inclusi in questo sistema. Una riduzione significativa della massa di lancio del razzo può essere ottenuta utilizzandorazzi multistadio, quando gli stadi del razzo si separano mentre il carburante si esaurisce. Le masse di contenitori che contenevano carburante, motori esauriti, sistemi di controllo, ecc. sono escluse dal processo di successiva accelerazione dei razzi. È lungo il percorso della creazione di razzi multistadio economici che la moderna scienza missilistica si sta sviluppando.

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

Polpo
Le seppie, come la maggior parte dei cefalopodi, si muovono nell'acqua nel modo seguente. Prende l'acqua nella cavità branchiale attraverso una fessura laterale e uno speciale imbuto davanti al corpo, quindi lancia energicamente un flusso d'acqua attraverso l'imbuto. La seppia dirige il tubo dell'imbuto lateralmente o indietro e, spremendone rapidamente l'acqua, può muoversi in diverse direzioni.
La salpa è un animale marino dal corpo trasparente; quando si muove riceve l'acqua attraverso l'apertura anteriore, e l'acqua entra in un'ampia cavità, all'interno della quale le branchie sono distese diagonalmente. Non appena l'animale beve un abbondante sorso d'acqua, il buco si chiude. Quindi i muscoli longitudinali e trasversali della salpa si contraggono, tutto il corpo si contrae e l'acqua viene espulsa attraverso l'apertura posteriore. La reazione del getto in fuga spinge la salpa in avanti. Il motore a reazione del calamaro è di grande interesse. Il calamaro è il più grande abitante invertebrato delle profondità oceaniche. I calamari hanno raggiunto la massima perfezione nella navigazione a reazione. Anche il loro corpo, con la sua forma esterna, copia un razzo. Conoscendo la legge di conservazione della quantità di moto, puoi modificare la tua velocità di movimento nello spazio aperto. Se sei su una barca e hai diverse pietre pesanti, lanciarle in una certa direzione ti farà avanzare direzione opposta. Lo stesso accadrà nello spazio, ma lì usano i motori a reazione per questo.

"Applicazione della propulsione a reazione nella tecnologia"
Alla fine del primo millennio d.C., la Cina inventò la propulsione a reazione, che alimentava i razzi: tubi di bambù pieni di polvere da sparo, usati anche come divertimento. Anche uno dei primi progetti automobilistici prevedeva un motore a reazione e questo progetto apparteneva a Newton.
L'autore del primo progetto al mondo di un aereo a reazione destinato al volo umano fu il rivoluzionario russo N.I. Kibalchich. Fu giustiziato il 3 aprile 1881 per la sua partecipazione all'attentato all'imperatore Alessandro II. Ha sviluppato il suo progetto in carcere dopo essere stato condannato a morte. Kibalchich ha scritto: “Mentre ero in prigione, pochi giorni prima della mia morte, sto scrivendo questo progetto. Credo nella fattibilità della mia idea, e questa fede mi sostiene nella mia terribile situazione... Affronterò con calma la morte, sapendo che la mia idea non morirà con me.”
L'idea di utilizzare i razzi per i voli spaziali fu proposta all'inizio di questo secolo dallo scienziato russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Nel 1903 apparve in stampa un articolo dell'insegnante del ginnasio di Kaluga K.E. Tsiolkovsky “Esplorazione degli spazi del mondo utilizzando strumenti reattivi”. Quest'opera conteneva la più importante equazione matematica per l'astronautica, oggi conosciuta come la “formula Tsiolkovsky”, che descriveva il movimento di un corpo di massa variabile. Successivamente, ha sviluppato un progetto di motore a razzo basato su combustibile liquido, ha proposto un progetto di razzo multistadio, ha espresso l'idea della possibilità di creare intere città spaziali nell'orbita terrestre bassa. Ha dimostrato che l'unico dispositivo in grado di superare la gravità è un razzo, ad es. un dispositivo con un motore a reazione che utilizza carburante e ossidante situati sul dispositivo stesso. I razzi sovietici furono i primi a raggiungere la Luna, a circondarla e a fotografarne il lato invisibile dalla Terra, e furono i primi a raggiungere il pianeta Venere e a trasportare strumenti scientifici sulla sua superficie. Nel 1986, due navi spaziali sovietiche, Vega 1 e Vega 2, esaminarono da vicino la cometa di Halley, che si avvicina al Sole una volta ogni 76 anni.

Propulsione a reazione "Missili intercontinentali"
L’umanità ha sempre sognato di viaggiare nello spazio. Gli scrittori - scrittori di fantascienza, scienziati, sognatori - hanno proposto una varietà di mezzi per raggiungere questo obiettivo. Ma per molti secoli, nessuno scienziato o scrittore di fantascienza è stato in grado di inventare l'unico mezzo a disposizione di una persona con cui superare la forza di gravità e volare nello spazio. K. E. Tsiolkovsky è il fondatore della teoria del volo spaziale.
Per la prima volta, i sogni e le aspirazioni di molte persone sono stati avvicinati alla realtà dallo scienziato russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), il quale ha dimostrato che l'unico dispositivo in grado di superare la gravità è un razzo. prova scientifica della possibilità di utilizzare un razzo per voli nello spazio, oltre atmosfera terrestre e ad altri pianeti sistema solare. Tsoilkovsky definì un razzo un dispositivo con un motore a reazione che utilizza il carburante e l'ossidante su di esso.
Come sai dal corso di fisica, uno sparo di una pistola è accompagnato da un rinculo. Secondo le leggi di Newton, se avessero la stessa massa, un proiettile e una pistola volerebbero in direzioni diverse alla stessa velocità. La massa di gas espulsa crea una forza reattiva, grazie alla quale è possibile garantire il movimento, sia nell'aria che nello spazio senz'aria, e quindi si verifica il rinculo. Maggiore è la forza di rinculo avvertita dalla nostra spalla, maggiore sarà la massa e la velocità dei gas che fuoriescono e, quindi, più forte sarà la reazione dell'arma, maggiore sarà la forza reattiva. Questi fenomeni sono spiegati dalla legge di conservazione della quantità di moto:
la somma vettoriale (geometrica) degli impulsi dei corpi che compongono un sistema chiuso rimane costante per eventuali movimenti e interazioni dei corpi del sistema.
La formula Tsiolkovsky presentata è la base su cui si basa l'intero calcolo missili moderni. Il numero di Tsiolkovsky è il rapporto tra la massa del carburante e la massa del razzo alla fine del funzionamento del motore - rispetto al peso del razzo vuoto.
Pertanto, abbiamo scoperto che la velocità massima raggiungibile da un razzo dipende principalmente dalla velocità del flusso di gas dall'ugello. E la portata dei gas dell'ugello, a sua volta, dipende dal tipo di carburante e dalla temperatura del getto di gas. Ciò significa che maggiore è la temperatura, maggiore è la velocità. Quindi per un vero razzo devi selezionare il carburante più ipercalorico che produce la maggiore quantità di calore. La formula mostra che, tra le altre cose, la velocità del razzo dipende dalla massa iniziale e finale del razzo, da quale parte del suo peso è carburante e da quale parte è inutile (dal punto di vista della velocità di volo). strutture: corpo, meccanismi, ecc. d.
La conclusione principale di questa formula Tsiolkovsky per determinare la velocità di un razzo spaziale è che nello spazio senz'aria il razzo si svilupperà quanto maggiore è la velocità, maggiore è la velocità del deflusso del gas e la numero maggiore Ciolkovskij.

"Basi fisiche del funzionamento dei motori a reazione"
Nel cuore del potente moderno motori a reazione di diversi tipi si trova il principio della reazione diretta, cioè il principio di creare una forza motrice (o spinta) sotto forma di reazione (rinculo) di un flusso di “sostanza di lavoro” che scorre dal motore, solitamente gas caldi. In tutti i motori ci sono due processi di conversione dell'energia. Innanzitutto, l'energia chimica del combustibile viene convertita in energia termica dei prodotti della combustione, quindi l'energia termica viene utilizzata per eseguire lavoro meccanico. Tali motori includono motori a pistoni di automobili, locomotive diesel, turbine a vapore e a gas di centrali elettriche, ecc. Dopo che in un motore termico sono stati generati gas caldi contenenti una grande energia termica, questa energia deve essere convertita in energia meccanica. Dopotutto, i motori servono per funzionare lavoro meccanico, per “muovere” qualcosa, per metterlo in azione, non importa se si tratta di una dinamo, aggiungi i disegni di una centrale elettrica, di una locomotiva diesel, di un'auto o di un aereo. Affinché l'energia termica dei gas si trasformi in energia meccanica, il loro volume deve aumentare. Con tale espansione, i gas eseguono un lavoro che consuma la loro energia interna e termica.
L'ugello del getto può avere forme diverse e, inoltre, design diversi a seconda del tipo di motore. La cosa principale è la velocità con cui i gas escono dal motore. Se questa velocità di deflusso non supera la velocità con cui le onde sonore si propagano nei gas in uscita, allora l'ugello è una semplice sezione di tubo cilindrica o rastremata. Se la velocità di deflusso dovesse superare la velocità del suono, allora l'ugello ha la forma di un tubo che si espande o prima si restringe e poi si espande (ugello Lavl). Solo in un tubo di questa forma, come mostrano la teoria e l’esperienza, è possibile accelerare il gas a velocità supersoniche e superare la “barriera del suono”.

"Classificazione dei motori a reazione e caratteristiche del loro utilizzo"
Tuttavia, questo potente tronco, il principio della reazione diretta, ha dato vita a un'enorme corona dell '"albero genealogico" della famiglia dei motori a reazione. Conoscere i rami principali della sua corona, incoronando il “tronco” della reazione diretta. Ben presto, come potete vedere dalla foto (vedi sotto), questo tronco si divide in due parti, come se fosse stato diviso da un fulmine. Entrambi i nuovi bauli sono ugualmente decorati con potenti corone. Questa divisione è avvenuta perché tutti i motori a reazione “chimici” sono divisi in due classi a seconda che utilizzino o meno l’aria ambiente per il loro funzionamento.
In un motore senza compressore di altro tipo, a flusso diretto, non c'è nemmeno questa griglia di valvole e la pressione nella camera di combustione aumenta a causa della pressione ad alta velocità, cioè frenando il flusso d'aria in arrivo che entra nel motore in volo. È chiaro che un tale motore è in grado di funzionare solo quando l'aereo sta già volando ad una velocità sufficientemente elevata da non sviluppare spinta quando è parcheggiato; Ma ad una velocità molto elevata, 4-5 volte la velocità del suono, un motore ramjet sviluppa una spinta molto elevata e consuma meno carburante di qualsiasi altro motore a reazione “chimico” in queste condizioni. Ecco perché i motori ramjet.
ecc...................