Pasaulē pastāv dažādi kustības veidi kā ķermeņu pārvietošanas veids no viena telpas punkta uz citu. dabā un tehnikā, kas rodas, kad kāda tā daļa tiek atdalīta no ķermeņa jebkurā ātrumā, noteikti ir retāk sastopama, taču joprojām ieņem savu īsto vietu. Un tehnoloģiju jomā zinātnieki faktiski “izspiegoja” dzīvās dabas reaktīvo dzinējspēku. Un viņi to diezgan veiksmīgi izmantoja savos izgudrojumos. Mūsu materiāls jums pastāstīs par šo un daudz ko citu, ne mazāk interesantu.

Reaktivitāte dzīvniekiem

Piemēram, peldēties jūras vilnis, daudzi cilvēki bieži saskārās ar pārstāvjiem aci pret aci ūdens fauna- medūzas. Bet daži cilvēki domāja, ka šie dzīvnieki kustībai izmanto reaktīvo veidu. Arī jūras planktons un dažu kukaiņu sugu kāpuri pārvietojas, izmantojot reaktivitāti. Un, starp citu, tehnoloģijās reaktīvā piedziņa vai drīzāk tās efektivitāte dažkārt ir daudz zemāka nekā šiem dabas radījumiem.

To izmanto arī daudzi vēžveidīgie. Un tie pārvietojas, piemēram, ūdens straumes reaktivitātes dēļ, kas izdalās no dzīvnieka čaumalas, kad vārsti ir saspiesti. Kalmāram joprojām ir kaut kas prasmīgi dabā izstrādāts. Sakarā ar to notiek strauja tā kustība ūdens vide un dažreiz šis jūras radījums Tas pat uzlido gaisā!

Reaktīvā piedziņa tehnoloģijā. Piemēri

Šo metodi plaši izmanto arī mūsdienu laikmetā. Jāatzīmē, ka tehnoloģijā reaktīvā kustība lielā mērā kopē dabisko reaktivitāti. Pat senos laikos Ķīnā (pirmajā tūkstošgadē mūsu ērā) tika izgudrotas ar šaujampulveri pildītas bambusa pīpes, kuras izmantoja galvenokārt izklaidei. Tie bija balstīti uz reaktīvo principu. Un Ņūtons savulaik nāca klajā ar ne tikai tādu pašu nosaukumu, bet arī ar reaktīvo dzinēju aprīkotas automašīnas prototipu.

Cilvēka lidojumam

Cilvēki saprata, ka lidojuma tehnoloģijās var izmantot reaktīvo dzinējspēku. Par pirmo šāda projekta autoru tiek uzskatīts Narodnaja Voljas biedrs Kibalčičs, kurš burtiski dažas dienas pirms savas nāves (viņam kā cara slepkavības mēģinājuma dalībnieks tika notiesāts uz nāvi) izstrādāja un fiksēja zinātniskos datus. Ciolkovskis izstrādāja Kibalčiha idejas un izstrādāja astronautikai svarīgu matemātisko vienādojumu, kas ļāva izmantot reaktivitātes principu. Tas bija viņš, kurš savos darbos aprakstīja reaktīvo agregātu darbības principus, izmantojot šķidro degvielu.

Reaktīvo dzinēju

Savā konstrukcijā tas pārvērš degvielas ķīmisko enerģiju kinētiskā enerģijā - jau gāzes strūklā. Šajā gadījumā tiek iegūts apgrieztā virziena ātrums. Ciolkovska idejas izstrādāja Koroļovs, un pirmā satelīta palaišana, izmantojot to, tika veikta 1957. gadā PSRS. Un pirmais cilvēks, kurš ar reaktīvās piedziņas palīdzību pārvarēja gravitāciju, bija padomju pilots Gagarins 1961. gadā. Viņš aplidoja planētu ar kosmosa kuģi Vostok.

Raķešu ierīce

Vienkārši sakot, mūsdienu nesējraķete sastāv no korpusa un degvielas (plus oksidētāja). Korpusā ir lietderīgā krava – kosmosa kapsula, kas tiek palaists Zemes orbītā. Šeit atrodas arī vadības ierīces un dzinējs. Pārējo raķetes lietderīgo laukumu aizņem degviela un oksidētājs, kas paredzēts sadegšanas procesa atbalstam (galu galā, kosmosā nav skābekļa).

Sadegšanas kamerā degviela tiek pārvērsta gāzē augstā spiedienā un ļoti augstā temperatūrā. Spiediena starpības dēļ ārpus kosmosa kuģa un sadegšanas kamerās gāze izplūst, kā rezultātā raķete pārvietojas.

Šo pagrieziena galdu var saukt par pasaulē pirmo tvaika strūklas turbīnu.

Ķīniešu raķete

Pat agrāk, daudzus gadus pirms Aleksandrijas Herona, arī Ķīna izgudroja reaktīvo dzinēju nedaudz atšķirīga ierīce, ko tagad sauc uguņošanas raķete. Uguņošanas raķetes nevajag jaukt ar to nosaukumiem – signālraķetēm, kuras izmanto armijā un flotē, kā arī tiek palaistas valsts svētkos artilērijas uguņošanas rūkoņā. Signālraķetes ir vienkārši lodes, kas saspiestas no vielas, kas deg ar krāsainu liesmu. Tos šauj no lielkalibra pistolēm – raķešu palaišanas ierīcēm.

Signālraķetes ir lodes, kas saspiestas no vielas, kas deg ar krāsainu liesmu.

Ķīniešu raķete ir kartona vai metāla caurule, aizvērta vienā galā un piepildīta ar pulvera sastāvs. Kad šis maisījums tiek aizdedzināts, no tā izplūst gāzu plūsma liels ātrums no caurules atvērtā gala, liek raķetei lidot virzienā, kas ir pretējs gāzes strūklas virzienam. Šāda raķete var pacelties bez raķešu palaišanas ierīces palīdzības. Pie raķetes korpusa piesieta nūja padara tās lidojumu stabilāku un taisnāku.

Uguņošana, izmantojot ķīniešu raķetes

Jūras iedzīvotāji

Dzīvnieku pasaulē:

Šeit ir atrodama arī reaktīvā piedziņa. Sēpijām, astoņkājiem un dažiem citiem galvkājiem nav ne spuru, ne spēcīgas astes, taču tie peld ne sliktāk par citiem jūras iedzīvotāji. Šīm mīkstajām būtnēm ķermenī ir diezgan ietilpīgs maisiņš vai dobums. Dobumā tiek ievilkts ūdens, un pēc tam dzīvnieks ar liels spēks izspiež šo ūdeni. Izmestā ūdens reakcija liek dzīvniekam peldēt virzienā, kas ir pretējs straumes virzienam.

Astoņkājis ir jūras radījums, kas izmanto reaktīvo dzinējspēku

Krītošs kaķis

Bet visvairāk interesants veids kustības demonstrēja parasts kaķis.

Apmēram pirms simts piecdesmit gadiem slavens franču fiziķis Marsels Depres norādīja:

Bet jūs zināt, Ņūtona likumi nav pilnīgi patiesi. Ķermenis var kustēties ar iekšējo spēku palīdzību, ne uz ko nepaļaujoties un ne no kā neatstumjoties.

Kur ir pierādījumi, kur ir piemēri? - klausītāji protestēja.

Vēlaties pierādījumu? Ja lūdzu. Kaķis, kas nejauši nokrīt no jumta, ir pierādījums! Neatkarīgi no tā, kā kaķis nokrīt, pat ar galvu uz leju, tas noteikti stāvēs uz zemes ar visām četrām ķepām. Bet krītošs kaķis ne uz ko nepaļaujas un ne no kā neatgrūž, bet gan ātri un veikli apgriežas. (Gaisa pretestību var neņemt vērā - tā ir pārāk nenozīmīga.)

Patiešām, visi to zina: kaķi, krīt; vienmēr izdodas piecelties kājās.

Kaķi to dara instinktīvi, bet cilvēki to var darīt apzināti. Peldētāji, kuri lec no platformas ūdenī, zina, kā veikt sarežģītu figūru - trīskāršu salto, tas ir, trīs reizes apgriezties gaisā un tad pēkšņi iztaisnot, aptur ķermeņa griešanos un ienirt ūdenī. taisna līnija.

Tādas pašas kustības, bez mijiedarbības ar kādu svešķermeņu, var novērot cirkā akrobātu – gaisa vingrotāju uzstāšanās laikā.

Akrobātu - trapeces vingrotāju priekšnesums

Krītošais kaķis tika nofotografēts ar filmēšanas kameru un pēc tam uz ekrāna kadru pēc kadra pētīja, ko kaķis dara, kad lido gaisā. Izrādījās, ka kaķis strauji grozīja ķepu. Ķepas rotācija izraisa visa ķermeņa atbildes kustību, un tā griežas virzienā, kas ir pretējs ķepas kustībai. Viss notiek stingrā saskaņā ar Ņūtona likumiem, un tieši pateicoties tiem kaķis pieceļas kājās.

Tas pats notiek visos gadījumos, kad dzīva būtne maina savu kustību gaisā bez redzama iemesla.

Reaktīvā laiva

Izgudrotājiem radās ideja, kāpēc gan nepārņemt savu peldēšanas metodi no sēpijām. Viņi nolēma uzbūvēt pašgājēju kuģi ar reaktīvo dzinēju. Ideja noteikti ir īstenojama. Tiesa, pārliecības par panākumiem nebija: izgudrotāji šaubījās, vai kas tāds izrādīsies reaktīvā laiva labāk nekā parastā skrūve. Bija nepieciešams veikt eksperimentu.

Reaktīvais laiva - pašgājējs kuģis ar reaktīvo dzinēju

Viņi izvēlējās vecu velkoņu tvaikoni, salaboja tā korpusu, noņēma dzenskrūves un mašīntelpā uzstādīja ūdens strūklas sūkni. Šis sūknis sūknēja jūras ūdeni un pa cauruli to ar spēcīgu strūklu aizspieda aiz pakaļgala. Tvaikonis peldēja, bet joprojām kustējās lēnāk nekā skrūvējamais tvaikonis. Un tas tiek izskaidrots vienkārši: parasts dzenskrūve griežas aiz pakaļgala, nepiespiesti, un apkārt ir tikai ūdens; Ūdens strūklas sūknī tika piedzīts gandrīz ar to pašu skrūvi, taču tas vairs negriezās uz ūdens, bet gan ciešā caurulē. Notika ūdens strūklas berze pret sienām. Berze vājināja strūklas spiedienu. Tvaikonis ar ūdens strūklas piedziņu kuģoja lēnāk nekā ar skrūvju dzinēju un patērēja vairāk degvielas.

Tomēr viņi neatteicās no šādu tvaikoņu būvniecības: tiem bija svarīgas priekšrocības. Laivai, kas aprīkota ar dzenskrūvi, ir jāsēž dziļi ūdenī, pretējā gadījumā propelleris bezjēdzīgi putos ūdeni vai griezīsies gaisā. Tāpēc skrūvju tvaikoņi baidās no sekluma un rievas, tie nevar kuģot seklā ūdenī. Un ūdens strūklas tvaikoņus var būvēt ar seklu iegrimi un plakanu dibenu: tiem nav nepieciešams dziļums - kur laiva dosies, tur brauks ūdens strūklas tvaikonis.

Pirmās ūdens strūklas laivas Padomju Savienībā tika uzbūvētas 1953. gadā Krasnojarskas kuģu būvētavā. Tie ir paredzēti mazām upēm, kur parastie tvaikoņi nevar pārvietoties.

Inženieri, izgudrotāji un zinātnieki īpaši cītīgi sāka pētīt reaktīvo dzinējspēku, kad šaujamieroči . Pirmie lielgabali – visa veida pistoles, musketes un pašpiedziņas lielgabali – ar katru šāvienu spēcīgi trāpīja cilvēkam plecā. Pēc vairākiem desmitiem šāvienu plecs sāka sāpēt tik ļoti, ka karavīrs vairs nevarēja mērķēt. Pirmie lielgabali - čīkstoņi, vienradži, kulverīnas un bombardi - šaušanas laikā atlēca atpakaļ, tā ka gadījās, ka ložmetēji-artilēristi bija kropli, ja viņiem nebija laika izvairīties un lēkt uz sāniem.

Precīzai šaušanai traucēja lielgabala atsitiens, jo lielgabala lode vai granāta pameta stobru. Tas atmeta pārsvaru. Apšaude izrādījās bezmērķīga.

Šaušana ar šaujamieročiem

Līderu inženieri sāka cīnīties ar atsitieniem pirms vairāk nekā četrsimt piecdesmit gadiem. Pirmkārt, rati bija aprīkoti ar nazi, kas ietriecās zemē un kalpoja kā spēcīgs atbalsts šautenei. Tad viņi domāja, ja ieroci pareizi noturēs no aizmugures, lai tam nebūtu kur aizripot, tad atsitiens pazudīs. Bet tā bija kļūda. Impulsa saglabāšanas likums netika ņemts vērā. Ieroči salauza visus balstus, un rati kļuva tik vaļīgi, ka lielgabals kļuva nederīgs kaujas darbam. Tad izgudrotāji saprata, ka kustības likumus, tāpat kā jebkurus dabas likumus, nevar pārveidot savā veidā, tos var “apmānīt” tikai ar zinātnes - mehānikas palīdzību.

Viņi atstāja salīdzinoši nelielu atvērēju pie ratiem atbalstam un novietoja lielgabala stobru uz “ragavām”, lai tikai viens stobrs aizripotu, nevis viss lielgabals. Muca bija savienota ar kompresora virzuli, kas savā cilindrā pārvietojas tāpat kā tvaika dzinēja virzulis. Bet tvaika dzinēja cilindrā ir tvaiks, un pistoles kompresorā ir eļļa un atspere (vai saspiests gaiss).

Kad pistoles stobrs ripo atpakaļ, virzulis saspiež atsperi. Šajā laikā eļļa tiek izspiesta caur maziem caurumiem virzuļa otrā pusē. Rodas spēcīga berze, kas daļēji absorbē ripojošās mucas kustību, padarot to lēnāku un vienmērīgāku. Tad saspiestā atspere iztaisno un atgriež virzuli un līdz ar to arī pistoles stobru sākotnējā vietā. Eļļa nospiež vārstu, atver to un brīvi plūst atpakaļ zem virzuļa. Straujas šaušanas laikā pistoles stobrs gandrīz nepārtraukti kustas uz priekšu un atpakaļ.

Pistoles kompresorā atsitiens tiek absorbēts ar berzi.

Purna bremze

Kad palielinājās ieroču jauda un darbības rādiuss, ar kompresoru nepietika, lai neitralizētu atsitienu. Tas tika izgudrots, lai viņam palīdzētu purna bremze.

Uzpurņa bremze ir tikai īsa tērauda caurule, kas uzstādīta mucas galā un kalpo kā tās turpinājums. Tā diametrs ir lielāks par stobra diametru, un tāpēc tas nekādi netraucē šāviņam izlidot no stobra. Caurules sienu apkārtmērā ir izgriezti vairāki iegareni caurumi.

Purna bremze - samazina šaujamieroča atsitienu

Pulvera gāzes, kas izlido no pistoles stobra, sekojot šāviņam, nekavējoties novirzās uz sāniem, un dažas no tām iekrīt purna bremzes atverēs. Šīs gāzes ar lielu spēku ietriecas caurumu sieniņās, tiek atgrūstas no tām un izlido, bet ne uz priekšu, bet nedaudz šķībi un atpakaļ. Tajā pašā laikā viņi spiež uz priekšu sienām un stumj tās, un kopā ar tām visu pistoles stobru. Tie palīdz ugunsdrošības monitoram, jo ​​tie mēdz izraisīt mucas ripošanos uz priekšu. Un, kamēr viņi atradās stobrā, viņi atgrūda ieroci atpakaļ. Purna bremze ievērojami samazina un slāpē atsitienu.

Citi izgudrotāji izvēlējās citu ceļu. Tā vietā, lai cīnītos mucas reaktīvā kustība un mēģināja to nodzēst, viņi nolēma izmantot pistoles atgriešanu, lai panāktu labu efektu. Šie izgudrotāji radīja daudzu veidu automātiskos ieročus: šautenes, pistoles, ložmetējus un lielgabalus, kuros atsitiens kalpo izlietotās patronas korpusa izmešanai un ieroča pārlādēšanai.

Raķešu artilērija

Jums vispār nav jācīnās pret atsitienu, bet izmantojiet to: galu galā darbība un reakcija (atspēriens) ir līdzvērtīgas, vienādas tiesības, vienādas lieluma, tāpēc ļaujiet pulvera gāzu reaktīvā darbība, tā vietā, lai stumtu pistoles stobru atpakaļ, sūta šāviņu uz priekšu mērķa virzienā. Tā tas tika izveidots raķešu artilērija . Tajā gāzu plūsma triecas nevis uz priekšu, bet gan atpakaļ, radot šāviņā uz priekšu vērstu reakciju.

Par raķešu lielgabals dārgā un smagā muca izrādās nevajadzīga. Lētāka, vienkārša dzelzs caurule lieliski darbojas, lai vadītu šāviņa lidojumu. Var iztikt vispār bez caurules, un likt šāviņam slīdēt pa divām metāla līstēm.

Savā dizainā raķetes šāviņš ir līdzīgs uguņošanas raķetei, tikai izmēros tas ir lielāks. Tā galvas daļā, nevis kompozīcija krāsai dzirksteļotājs tiek ievietots liels sprādzienbīstams lādiņš iznīcinošs spēks. Šāviņa vidusdaļa ir piepildīta ar šaujampulveri, kas, sadedzinot, rada spēcīgu karstu gāzu plūsmu, kas stumj šāviņu uz priekšu. Šajā gadījumā šaujampulvera sadegšana var ilgt ievērojamu daļu no lidojuma laika, nevis tikai īsu laika posmu, kamēr parasts šāviņš virzās uz priekšu parasta pistoles stobrā. Šāvienu nepavada tik skaļa skaņa.

Raķešu artilērija nav jaunāka par parasto artilēriju un varbūt pat vecāka par to: o kaujas izmantošana par raķetēm vēsta senās ķīniešu un arābu grāmatas, kas rakstītas pirms vairāk nekā tūkstoš gadiem.

Vēlāko laiku kauju aprakstos nē, nē, un būs pieminētas kaujas raķetes. Kad britu karaspēks iekaroja Indiju, indiešu raķešu karotāji ar savām bultām šausmās nobiedēja britu iebrucējus, kuri paverdzināja viņu dzimteni. Toreizējiem britiem raķešu ieroči tas bija jaunums.

Ģenerāļa izgudrotās raķešu granātas K. I. Konstantinovs, drosmīgie Sevastopoles aizstāvji 1854.-1855. gadā atvairīja anglo-franču karaspēka uzbrukumus.

Raķete

Milzīgā priekšrocība salīdzinājumā ar parasto artilēriju – nebija nepieciešamības nēsāt līdzi smagos ieročus – piesaistīja militāro vadītāju uzmanību raķešu artilērijai. Bet tikpat liels trūkums neļāva to uzlabot.

Fakts ir tāds, ka dzenošo lādiņu vai, kā mēdza teikt, spēka lādiņu varēja izgatavot tikai no melna pulvera. Un melnais pulveris ir bīstams rīkoties. Tas notika, ka ražošanas laikā raķetes dzinējspēks eksplodēja un strādnieki gāja bojā. Dažreiz raķete eksplodēja palaišanas laikā, nogalinot šāvējus. Šādu ieroču izgatavošana un lietošana bija bīstama. Tāpēc tas nav kļuvis plaši izplatīts.

Darbs, kas sākās veiksmīgi, tomēr nenoveda pie starpplanētu kosmosa kuģa uzbūves. Vācu fašisti sagatavoja un izvērsa asiņainu pasaules karu.

Raķete

Raķešu ražošanas trūkumus novērsa padomju dizaineri un izgudrotāji. Lielā laikā Tēvijas karš viņi deva mūsu armijai lieliskus raķešu ieročus. Tika uzbūvēti aizsargu mīnmetēji - tika izgudroti "Katyusha" un RS ("eres") - raķetes.

Raķete

Kvalitātes ziņā padomju raķešu artilērija pārspēja visus ārvalstu modeļus un nodarīja milzīgus zaudējumus ienaidniekiem.

Aizstāvot dzimteni, padomju cilvēki bija spiesti visus raķešu tehnikas sasniegumus nodot aizsardzības vajadzībām.

Fašistiskajās valstīs daudzi zinātnieki un inženieri jau pirms kara intensīvi izstrādāja necilvēcīgu iznīcināšanas ieroču un masu slepkavību projektus. To viņi uzskatīja par zinātnes mērķi.

Pašpiedziņas lidmašīna

Kara laikā Hitlera inženieri uzbūvēja vairākus simtus pašpiedziņas lidmašīnas: FAU-1 čaumalas un raķetes"FAU-2". Tie bija cigāra formas čaumalas, 14 metrus garas un 165 centimetrus diametrā. Nāvējošais cigārs svēra 12 tonnas; no kurām 9 tonnas ir degviela, 2 tonnas korpusa un 1 tonna ir sprāgstvielas. "V-2" lidoja ar ātrumu līdz 5500 kilometriem stundā un varēja pacelties 170-180 kilometru augstumā.

Šie iznīcināšanas līdzekļi neatšķīrās ar sitienu precizitāti un bija piemēroti tikai tādu lielu mērķu šaušanai kā lielas un blīvi apdzīvotas pilsētas. Vācu fašisti ražoja V-2 200-300 kilometrus no Londonas ticībā, ka pilsēta ir liela - kaut kur trāpīs!

Maz ticams, ka Ņūtons būtu varējis iedomāties, ka viņa asprātīgā pieredze un viņa atklātie kustības likumi veidos pamatu ieročiem, ko radījušas dzīvnieciskas dusmas pret cilvēkiem, un veseli Londonas kvartāli pārvērtīsies drupās un kļūs par to cilvēku kapiem, kurus viņš sagūstīja. neredzīgo reids “FAU”.

Kosmosa kuģis

Daudzus gadsimtus cilvēki ir lolojuši sapni lidot starpplanētu telpā, apmeklēt Mēnesi, noslēpumaino Marsu un mākoņaino Venēru. Par šo tēmu ir sarakstīti daudzi zinātniskās fantastikas romāni, romāni un īsie stāsti. Rakstnieki sūtīja savus varoņus debesīs uz apmācītiem gulbjiem, baloni, lielgabalu lādiņos vai kādā citā neticamā veidā. Tomēr visas šīs lidojuma metodes balstījās uz izgudrojumiem, kuriem zinātnē nebija atbalsta. Cilvēki tikai ticēja, ka kādreiz varēs pamest mūsu planētu, bet nezināja, kā viņi to spēs.

Brīnišķīgs zinātnieks Konstantīns Eduardovičs Ciolkovskis 1903. gadā pirmo reizi deva zinātnisku pamatojumu idejai kosmosa ceļojumi . Viņš pierādīja, ka cilvēki var aizbraukt globuss un transportlīdzeklis tam būs raķete, jo raķete ir vienīgais dzinējs, kura kustībai nav nepieciešams ārējs atbalsts. Tieši tāpēc raķete spēj lidot bezgaisa telpā.

Zinātnieks Konstantīns Eduardovičs Ciolkovskis pierādīja, ka cilvēki var pamest zemeslodi ar raķeti

Savas struktūras ziņā kosmosa kuģim jābūt līdzīgam raķete, tikai tā galvas daļā būs kabīne pasažieriem un instrumentiem, bet pārējo vietu aizņems degvielas padeve un dzinējs.

Lai kuģim nodrošinātu vajadzīgo ātrumu, ir nepieciešama pareiza degviela. Šaujampulveris un citas sprāgstvielas nekādā gadījumā nav piemērotas: tās ir gan bīstamas, gan pārāk ātri sadeg, nenodrošinot ilgstošu kustību. K. E. Ciolkovskis ieteica izmantot šķidro degvielu: spirtu, benzīnu vai sašķidrinātu ūdeņradi, sadedzinot tīra skābekļa plūsmā vai kādu citu oksidētāju. Visi atzina šī ieteikuma pareizību, jo nezināja tolaik labāko degvielu.

Pirmā raķete ar šķidro degvielu, kas sver sešpadsmit kilogramus, tika izmēģināta Vācijā 1929. gada 10. aprīlī. Eksperimentālā raķete pacēlās gaisā un pazuda no redzesloka, pirms izgudrotājs un visi klātesošie varēja izsekot, kur tā lidoja. Pēc eksperimenta raķeti atrast nebija iespējams. Nākamajā reizē izgudrotājs nolēma raķeti “pārmānīt” un piesēja tai četrus kilometrus garu virvi. Raķete pacēlās gaisā, aiz sevis vilkdama virves asti. Viņa izvilka divus kilometrus virvi, to pārrāva un sekoja priekštecei nezināmā virzienā. Un šo bēgli arī nevarēja atrast.

Reaktīvā piedziņa dabā un tehnoloģijās

FIZIKAS KOPSAVILKUMS

Reaktīvā piedziņa- kustība, kas rodas, kad kāda tās daļa ar noteiktu ātrumu tiek atdalīta no ķermeņa.

Reaktīvais spēks rodas bez jebkādas mijiedarbības ar ārējiem ķermeņiem.

Reaktīvās piedziņas pielietojums dabā

Daudzi no mums savā dzīvē ir sastapušies ar medūzu, peldoties jūrā. Jebkurā gadījumā Melnajā jūrā to ir pietiekami daudz. Taču tikai daži cilvēki domāja, ka medūzas kustībai izmanto arī reaktīvo dzinējspēku. Turklāt šādi pārvietojas spāru kāpuri un dažas jūras planktona sugas. Un bieži vien jūras bezmugurkaulnieku efektivitāte, izmantojot reaktīvo dzinēju, ir daudz augstāka nekā tehnoloģisko izgudrojumu efektivitāte.

Reaktīvo piedziņu izmanto daudzi mīkstmieši – astoņkāji, kalmāri, sēpijas. Piemēram, jūras ķemmīšgliemene virzās uz priekšu ūdens straumes reaktīvā spēka dēļ, kas tiek izmesta no čaumalas, strauji saspiežot tā vārstus.

Astoņkājis

Sēpija

Sēpijas, tāpat kā lielākā daļa galvkāju, pārvietojas ūdenī šādi. Viņa ņem ūdeni žaunu dobumā caur sānu spraugu un īpašu piltuvi ķermeņa priekšā un pēc tam enerģiski izmet caur piltuvi ūdens strūklu. Sēpija virza piltuves cauruli uz sāniem vai aizmuguri un, strauji izspiežot no tās ūdeni, var pārvietoties dažādas puses.

Salpa ir jūras dzīvnieks ar caurspīdīgu ķermeni, pārvietojoties, tas saņem ūdeni caur priekšējo atveri, un ūdens nonāk plašā dobumā, kura iekšpusē žaunas ir izstieptas pa diagonāli. Tiklīdz dzīvnieks iedzer lielu malku ūdens, bedre aizveras. Tad salpas gareniskie un šķērseniskie muskuļi saraujas, viss ķermenis saraujas, un ūdens tiek izspiests pa aizmugurējo atveri. Izplūstošās strūklas reakcija virza salpu uz priekšu.

Vislielāko interesi rada kalmāru reaktīvais dzinējs. Kalmārs ir lielākais bezmugurkaulnieku iemītnieks okeāna dziļumos. Kalmāri ir sasnieguši augstāko pilnību reaktīvo navigācijā. Viņiem pat ir savs ķermenis ārējās formas kopē raķeti (vai labāk sakot, raķete kopē kalmārus, jo tai šajā jautājumā ir neapstrīdama prioritāte). Lēnām kustoties, kalmārs izmanto lielu rombveida spuru, kas periodiski izliecas. Tas izmanto reaktīvo dzinēju, lai ātri izmestu. Muskuļaudi – apvalks apņem gliemja ķermeni no visām pusēm, tā dobuma tilpums ir gandrīz puse no kalmāra ķermeņa tilpuma. Dzīvnieks iesūc ūdeni mantijas dobumā un pēc tam strauji izmet ūdens straumi caur šauru sprauslu un ar lielu ātrumu virzās atpakaļ. Tajā pašā laikā visi desmit kalmāru taustekļi ir savākti mezglā virs galvas, un tas iegūst racionalizētu formu. Sprausla ir aprīkota ar speciālu vārstu, un muskuļi var to pagriezt, mainot kustības virzienu. Kalmāru dzinējs ir ļoti ekonomisks, tas spēj sasniegt ātrumu līdz 60 - 70 km/h. (Daži pētnieki uzskata, ka pat līdz 150 km/h!) Nav brīnums, ka kalmāru sauc par "dzīvo torpēdu". Saliekot saķertos taustekļus pa labi, pa kreisi, uz augšu vai uz leju, kalmārs griežas vienā vai otrā virzienā. Tā kā šādai stūrei, salīdzinot ar pašu dzīvnieku, ir ļoti lieli izmēri, tad kalmāram pietiek ar tā vieglo kustību, pat plkst pilnā ātrumā uz priekšu, varētu viegli izvairīties no sadursmes ar šķērsli. Straujš stūres pagrieziens - un peldētājs steidzas iekšā otrā puse. Tāpēc viņš salieca piltuves galu atpakaļ un tagad slīd ar galvu pa priekšu. Viņš nolieca to pa labi - un strūklas grūdiens viņu nometa pa kreisi. Bet, kad vajag ātri peldēt, piltuve vienmēr izspraucas tieši starp taustekļiem, un kalmārs steidzas ar asti pirmais, gluži kā skrietu vēži - ar sacīkšu braucēja veiklību apveltīts ātrs soļotājs.

Ja nav jāsteidzas, kalmāri un sēpijas peld, viļņojot spuras - miniatūri viļņi pārskrien tiem no priekšas uz aizmuguri, un dzīvnieks graciozi slīd, ik pa laikam izstumjot sevi arī ar no mantijas apakšas izmestu ūdens strūklu. Tad ir skaidri redzami atsevišķi triecieni, ko mīkstmieši saņem ūdens strūklu izvirduma brīdī. Daži galvkāji var sasniegt ātrumu līdz piecdesmit pieciem kilometriem stundā. Šķiet, ka tiešus mērījumus neviens nav veicis, taču par to var spriest pēc lidojošo kalmāru ātruma un lidojuma diapazona. Un izrādās, ka astoņkājiem ģimenē ir tādi talanti! Labākais pilots starp mīkstmiešiem ir kalmārs Stenoteuthis. Angļu jūrnieki to sauc par lidojošo kalmāru (“flying squid”). Šis ir mazs dzīvnieciņš apmēram siļķes lielumā. Tas dzenā zivis ar tādu ātrumu, ka bieži vien izlec no ūdens, pārslīdot pāri tās virsmai kā bulta. Viņš izmanto šo triku, lai glābtu savu dzīvību no plēsējiem - tunzivīm un makrelēm. Izstrādājis maksimālo strūklas vilci ūdenī, pilots kalmārs paceļas gaisā un lido pāri viļņiem vairāk nekā piecdesmit metrus. Dzīvas raķetes lidojuma apogejs atrodas tik augstu virs ūdens, ka lidojošie kalmāri bieži nonāk uz okeāna kuģu klājiem. Četri līdz pieci metri nav rekordaugstums, līdz kuram kalmāri paceļas debesīs. Dažreiz viņi lido vēl augstāk.

Angļu gliemju pētnieks doktors Rīss zinātniskā rakstā aprakstījis kalmāru (tikai 16 centimetrus garš), kurš, nolidojis diezgan lielu attālumu pa gaisu, uzkrita uz jahtas tilta, kas pacēlās gandrīz septiņus metrus virs ūdens.

Gadās, ka uz kuģa dzirkstošā kaskādē uzkrīt daudz lidojošu kalmāru. Senais rakstnieks Trebiuss Nigērs reiz stāstīja skumju stāstu par kuģi, kurš it kā nogrimis zem uz tā klāja nokritušo lidojošo kalmāru smaguma. Kalmāri var pacelties bez paātrinājuma.

Astoņkāji var arī lidot. Franču dabaszinātnieks Žans Verani redzēja, kā parasts astoņkājis akvārijā paātrinājās un pēkšņi atmuguriski izlēca no ūdens. Aprakstījis aptuveni piecus metrus garu loku gaisā, viņš iekrita atpakaļ akvārijā. Uzņemot ātrumu, lai lektu, astoņkājis kustējās ne tikai strūklas vilces ietekmē, bet arī airēja ar taustekļiem.
Maisveida astoņkāji peld, protams, sliktāk nekā kalmāri, taču kritiskos brīžos tie var parādīt rekordklasi labākajiem sprinteriem. Kalifornijas akvārija darbinieki mēģināja nofotografēt astoņkāji, kas uzbrūk krabim. Astoņkājis metās pretī savam upurim ar tādu ātrumu, ka plēve, pat filmējot ar lielāko ātrumu, vienmēr saturēja taukus. Tas nozīmē, ka metiens ilga sekundes simtdaļas! Parasti astoņkāji peld salīdzinoši lēni. Džozefs Seinls, kurš pētīja astoņkāju migrācijas, aprēķināja: pusmetru liels astoņkājis peld jūrā ar vidējais ātrums apmēram piecpadsmit kilometri stundā. Katra no piltuves izmestā ūdens strūkla to virza uz priekšu (vai drīzāk, atpakaļ, jo astoņkājis peld atpakaļ) divus līdz divarpus metrus.

Strūklas kustību var atrast arī augu pasaulē. Piemēram, “trakā gurķa” nogatavojušies augļi ar mazāko pieskārienu atlec no kātiņa, un no izveidotās bedres tiek ar spēku izmests lipīgs šķidrums ar sēklām. Tajā pašā laikā pats gurķis ielido pretējā virzienā līdz 12 m.

Zinot impulsa saglabāšanas likumu, jūs varat mainīt savu kustības ātrumu atklāta telpa. Ja atrodaties laivā un jums ir vairāki smagi akmeņi, tad akmeņu mešana noteiktā virzienā pārvietos jūs pretējā virzienā. Tas pats notiks kosmoss, taču viņi šim nolūkam izmanto reaktīvos dzinējus.

Ikviens zina, ka šāvienu no ieroča pavada atsitiens. Ja lodes svars būtu vienāds ar pistoles svaru, tās izlidotu ar tādu pašu ātrumu. Atsitiens rodas tāpēc, ka izplūstošā gāzu masa rada reaktīvo spēku, pateicoties kuram var nodrošināt kustību gan gaisā, gan bezgaisa telpā. Un jo lielāka ir plūstošo gāzu masa un ātrums, jo lielāku atsitiena spēku izjūt mūsu plecs, jo spēcīgāka ir pistoles reakcija, jo lielāks ir reaktīvais spēks.

Reaktīvās piedziņas pielietojums tehnoloģijā

Daudzus gadsimtus cilvēce ir sapņojusi par lidojumu kosmosā. Zinātniskās fantastikas rakstnieki ir ierosinājuši dažādus līdzekļus šī mērķa sasniegšanai. 17. gadsimtā parādījās franču rakstnieka Kirano de Beržeraka stāsts par lidojumu uz Mēnesi. Šī stāsta varonis sasniedza Mēnesi ar dzelzs ratiņiem, kuriem viņš nepārtraukti meta spēcīgu magnētu. Viņam piesaistīts, rati pacēlās arvien augstāk virs Zemes, līdz sasniedza Mēnesi. Un barons Minhauzens teica, ka viņš uzkāpa uz Mēness pa pupas kātu.

Mūsu ēras pirmās tūkstošgades beigās Ķīna izgudroja reaktīvo dzinējspēku, kas darbināja raķetes - bambusa caurules, kas pildītas ar šaujampulveri, tās izmantoja arī kā izklaidi. Viens no pirmajiem auto projektiem arī bija ar reaktīvo dzinēju un šis projekts piederēja Ņūtonam

Pasaulē pirmā cilvēka lidojumam paredzētā reaktīvo lidmašīnu projekta autors bija krievu revolucionārs N.I. Kibalčičs. Viņam nāvessods tika izpildīts 1881. gada 3. aprīlī par piedalīšanos slepkavības mēģinājumā pret imperatoru Aleksandru II. Viņš izstrādāja savu projektu cietumā pēc nāvessoda. Kibalčihs rakstīja: “Kad esmu cietumā, dažas dienas pirms savas nāves es rakstu šo projektu. Es ticu savas idejas iespējamībai, un šī ticība mani atbalsta manā šausmīgajā situācijā... Es mierīgi stāšos pretī nāvei, zinot, ka mana ideja nemirst kopā ar mani.”

Ideju par raķešu izmantošanu kosmosa lidojumiem šī gadsimta sākumā ierosināja krievu zinātnieks Konstantīns Eduardovičs Ciolkovskis. 1903. gadā drukātā veidā parādījās Kalugas ģimnāzijas skolotāja K.E. Ciolkovskis “Pasaules telpu izpēte, izmantojot reaktīvos instrumentus”. Šajā darbā bija ietverts vissvarīgākais astronautikas matemātiskais vienādojums, kas tagad pazīstams kā “Ciolkovska formula”, kas aprakstīja mainīgas masas ķermeņa kustību. Pēc tam viņš izstrādāja raķešu dzinēja dizainu, pamatojoties uz šķidrā degviela, ierosināja daudzpakāpju raķešu dizainu, izteica ideju par iespēju zemās Zemes orbītā izveidot veselas kosmosa pilsētas. Viņš parādīja, ka vienīgā ierīce, kas spēj pārvarēt gravitāciju, ir raķete, t.i. ierīce ar reaktīvo dzinēju, kas izmanto degvielu un oksidētāju, kas atrodas pašā ierīcē.

Reaktīvo dzinēju ir dzinējs, kas pārvērš degvielas ķīmisko enerģiju par kinētiskā enerģija gāzes strūklu, kamēr dzinējs iegūst ātrumu pretējā virzienā.

K. E. Ciolkovska ideju īstenoja padomju zinātnieki akadēmiķa Sergeja Pavloviča Koroļeva vadībā. Pirmais mākslīgais Zemes pavadonis vēsturē tika palaists ar raķeti Padomju Savienībā 1957. gada 4. oktobrī.

Plaši tiek izmantots reaktīvās piedziņas princips praktisks pielietojums aviācijā un astronautikā. Kosmosā nav vides, ar kuru ķermenis varētu mijiedarboties un tādējādi mainīt sava ātruma virzienu un lielumu, tāpēc lidojumi kosmosā var izmantot tikai reaktīvos lidmašīna, t.i., raķetes.

Raķešu ierīce

Raķetes kustība ir balstīta uz impulsa saglabāšanas likumu. Ja kādā brīdī kāds ķermenis tiek izmests no raķetes, tas iegūs tādu pašu impulsu, bet vērsts pretējā virzienā.

Jebkurai raķetei, neatkarīgi no tās konstrukcijas, vienmēr ir apvalks un degviela ar oksidētāju. Raķetes apvalkā ietilpst lietderīgā krava (šajā gadījumā kosmosa kuģis), instrumentu nodalījums un dzinējs (sadegšanas kamera, sūkņi utt.).

Raķetes galvenā masa ir degviela ar oksidētāju (oksidētājs ir nepieciešams, lai uzturētu degvielas sadegšanu, jo kosmosā nav skābekļa).

Degviela un oksidētājs tiek piegādātas sadegšanas kamerā, izmantojot sūkņus. Degviela, sadedzinot, pārvēršas gāzē augsta temperatūra Un augsts spiediens. Sakarā ar lielo spiediena starpību sadegšanas kamerā un kosmosā, gāzes no sadegšanas kameras ar spēcīgu strūklu izplūst caur zvaniņu. īpaša forma, ko sauc par sprauslu. Sprauslas mērķis ir palielināt strūklas ātrumu.

Pirms raķetes palaišanas tās impulss ir nulle. Gāzes mijiedarbības rezultātā sadegšanas kamerā un visām pārējām raķetes daļām gāze, kas izplūst caur sprauslu, saņem zināmu impulsu. Tad raķete ir slēgta sistēma, un tās kopējam impulsam pēc palaišanas jābūt nullei. Tāpēc viss raķetes apvalks, kas atrodas tajā, saņem impulsu, kas vienāds ar gāzes impulsu, bet pretējā virzienā.

Raķetes masīvāko daļu, kas paredzēta visas raķetes palaišanai un paātrināšanai, sauc par pirmo posmu. Kad pirmais masīvais solis daudzpakāpju raķete paātrinājuma laikā iztērē visas degvielas rezerves, tas atdalās. Tālāku paātrinājumu turpina otrais, mazāk masīvais ātrumposms, un tas ar pirmā posma palīdzību iepriekš sasniegtajam ātrumam pievieno vēl kādu ātrumu un pēc tam atdalās. Trešais posms turpina palielināt ātrumu līdz vajadzīgajai vērtībai un nogādā lietderīgo kravu orbītā.

Pirmais cilvēks, kurš lidoja kosmosā, bija Padomju Savienības pilsonis Jurijs Aleksejevičs Gagarins. 1961. gada 12. aprīlis Viņš apbrauca zemeslodi ar Vostok satelītu.

Padomju raķetes pirmās sasniedza Mēnesi, riņķoja ap Mēnesi un nofotografēja no Zemes neredzamo tā pusi, kā arī pirmās sasniedza planētu Venēru un nogādāja tās virsmā zinātniskos instrumentus. 1986. gadā divi padomju kosmosa kuģi Vega 1 un Vega 2 rūpīgi pētīja Halija komētu, kas Saulei tuvojas reizi 76 gados.

Dabas loģika ir bērniem vispieejamākā un noderīgākā loģika.

Konstantīns Dmitrijevičs Ušinskis(03.03.1823.–03.01.1871.) - krievu skolotājs, zinātniskās pedagoģijas pamatlicējs Krievijā.

BIOFIZIKA: RŪTAS KUSTĪBA DZĪVĀ DABĀ

Aicinu zaļo lapu lasītājus ieskatīties aizraujoša pasaule biofiziķi un iepazīt galveno reaktīvās piedziņas principi savvaļas dzīvniekiem. Šodien programmā: medūzu stūra mute- lielākā medūza Melnajā jūrā, ķemmīšgliemenes, uzņēmīgs rokera spāres kūniņa, pārsteidzošs kalmārs ar savu nepārspējamo reaktīvo dzinēju un brīnišķīgas ilustrācijas padomju biologa izpildījumā un dzīvnieku mākslinieks Kondakovs Nikolajs Nikolajevičs.

Dabā virkne dzīvnieku pārvietojas pēc reaktīvās piedziņas principa, piemēram, medūzas, ķemmīšgliemenes, spāru kāpuri, kalmāri, astoņkāji, sēpijas... Iepazīsim dažus no tiem tuvāk ;-)

Medūzu pārvietošanas strūklas metode

Medūzas ir viens no senākajiem un daudzskaitlīgākajiem plēsējiem uz mūsu planētas! Medūzas ķermenis 98% sastāv no ūdens un lielākoties sastāv no hidratētiem saistaudiem. mezogleja darbojas kā skelets. Mezoglejas pamatā ir proteīna kolagēns. Medūzas želatīns un caurspīdīgs ķermenis ir veidots kā zvans vai lietussargs (dažu milimetru diametrā līdz 2,5 m). Lielākā daļa medūzu pārvietojas reaktīvā veidā, izspiežot ūdeni no lietussarga dobuma.

Medūza Cornerata(Rhizostomae), koelentētisko dzīvnieku kārta no scifu klases. Medūza ( līdz 65 cm diametrā), kam trūkst marginālu taustekļu. Mutes malas ir izstieptas mutes dobumos ar daudzām krokām, kas aug kopā, veidojot daudzas sekundāras mutes atveres. Pieskaroties mutes asmeņiem, var rasties sāpīgi apdegumi ko izraisa dzēlīgo šūnu darbība. Apmēram 80 sugas; Viņi dzīvo galvenokārt tropu, retāk mērenās jūrās. Krievijā - 2 veidi: Rhizostoma pulmo izplatīta melnā un Azovas jūras, Rhopilema asamushi atrasts Japānas jūrā.

Jūras gliemeņu ķemmīšgliemeņu bēgšana ar strūklu

Gliemenes ķemmīšgliemenes, parasti mierīgi guļ uz dibena, kad viņiem tuvojas galvenais ienaidnieks - apburoši lēns, bet ārkārtīgi mānīgs plēsējs - jūras zvaigzne- viņi asi saspiež savas izlietnes durvis, ar spēku izspiežot no tās ūdeni. Tādējādi izmantojot reaktīvās piedziņas princips, tie parādās un, turpinot atvērt un aizvērt čaulu, var peldēt ievērojamu attālumu. Ja kāda iemesla dēļ ķemmīšgliemenei nav laika aizbēgt ar savu reaktīvā lidojums, jūras zvaigzne apvij rokas ap to, atver čaulu un apēd...

Jūras ķemmīšgliemene(Pecten), klases jūras bezmugurkaulnieku ģints gliemenes(Bivalvija). Ķemmīšgliemenes čaula ir noapaļota ar taisnu eņģes malu. Tās virsma ir pārklāta ar radiālām ribām, kas atšķiras no augšas. Korpusa vārstus aizver viens spēcīgs muskulis. Pecten maximus, Flexopecten glaber dzīvo Melnajā jūrā; Japānas un Ohotskas jūrās – Mizuhopecten yessoensis ( līdz 17 cm diametrā).

Rocker spāres kāpuru strūklas sūknis

Temperaments Rocker spāru kāpuri, vai eshny(Aeshna sp.) ir ne mazāk plēsīga kā tās spārnotie radinieki. Divus un dažreiz četrus gadus viņa dzīvo zemūdens valstībā, rāpo pa akmeņaino dibenu, izseko mazus ūdens iemītniekus, laimīgi iekļaujot savā uzturā diezgan liela izmēra kurkuļus un mazuļus. Briesmu brīžos spāres kāpurs paceļas un ar rāvieniem peld uz priekšu, ievērojamā darba vadīts. strūklas sūknis. Ieņemot ūdeni aizmugurējā zarnā un pēc tam pēkšņi izmetot to ārā, kāpurs lec uz priekšu, atsitiena spēka dzīts. Tādējādi izmantojot reaktīvās piedziņas princips, spāres kāpurs ar pārliecinātiem raustījumiem un rāvieniem slēpjas no draudiem, kas to vajā.

Kalmāru nervu “automaģistrāles” reaktīvie impulsi

Visos augstākminētajos gadījumos (medūzu, ķemmīšgliemeņu, spāres kāpuru strūklas piedziņas principi) triecienus un grūdienus viens no otra atdala ievērojami laika posmi, tāpēc netiek sasniegts liels kustības ātrums. Lai palielinātu kustības ātrumu, citiem vārdiem sakot, reaktīvo impulsu skaits laika vienībā, nepieciešams palielināta nervu vadītspēja kas stimulē muskuļu kontrakciju, dzīvā reaktīvo dzinēju apkalpošana. Tik liela vadītspēja ir iespējama ar lielu nervu diametru.

Ir zināms, ka Kalmāriem ir lielākās nervu šķiedras dzīvnieku pasaulē. Vidēji tie sasniedz 1 mm diametru - 50 reizes lielāku nekā lielākajai daļai zīdītāju - un veic ierosmi ar ātrumu 25 m/s. Un trīsmetrīgs kalmārs dosidicus(dzīvo pie Čīles krastiem) nervu biezums ir fantastiski liels - 18 mm. Nervi biezi kā virves! Smadzeņu signāli - kontrakciju ierosinātāji - steidzas pa kalmāru nervozo "automaģistrāli" ar automašīnas ātrumu - 90 km/h.

Pateicoties kalmāriem, 20. gadsimta sākumā strauji virzījās uz priekšu nervu dzīvībai svarīgo funkciju izpēte. "Un kas zina, raksta britu dabaszinātnieks Frenks Leins, varbūt tagad ir cilvēki, kas kalmāram ir parādā par to, ka viņi nervu sistēma ir labā stāvoklī..."

Kalmāra ātrums un manevrēšanas spēja ir izskaidrojama arī ar tā lielisko hidrodinamiskās formas dzīvnieka ķermenis, kāpēc kalmārs un iesauka "dzīvā torpēda".

Kalmārs(Teuthoidea), desmitkāju kārtas galvkāju apakškārta. Izmērs parasti ir 0,25-0,5 m, bet dažas sugas ir lielākie bezmugurkaulnieki(Architeuthis ģints kalmāri sasniedz 18 m, ieskaitot taustekļu garumu).
Kalmāru ķermenis ir iegarens, smails uz aizmuguri, torpēdas formas, kas nosaka to lielo kustības ātrumu kā ūdenī ( līdz 70 km/h), gan gaisā (kalmāri var izlēkt no ūdens augstumā līdz 7 m).

Squid reaktīvo dzinēju

Reaktīvā piedziņa, ko tagad izmanto torpēdās, lidmašīnās, raķetēs un kosmosa šāviņos, ir raksturīga arī galvkāji - astoņkāji, sēpijas, kalmāri. Tehniķus un biofiziķus visvairāk interesē kalmāru reaktīvo dzinēju. Ievērojiet, cik vienkārši, ar minimālu materiālu izmantošanu daba atrisināja šo sarežģīto un joprojām nepārspējamo uzdevumu;-)

Būtībā kalmāram ir divi principiāli atšķirīgi dzinēji ( rīsi. 1.a). Lēnām kustoties, tas izmanto lielu rombveida spuru, kas periodiski izliecas skriešanas viļņa veidā gar ķermeņa ķermeni. Kalmārs izmanto reaktīvo dzinēju, lai ātri palaistu sevi.. Šī dzinēja pamatā ir mantija - muskuļu audi. Tas ieskauj mīkstmiešu ķermeni no visām pusēm, veidojot gandrīz pusi no tā ķermeņa tilpuma, un veido sava veida rezervuāru - mantijas dobums - dzīvas raķetes “sadegšanas kamera”., kurā periodiski tiek iesūkts ūdens. Mantijas dobumā ir žaunas un iekšējie orgāni kalmārs ( rīsi. 1b).

Ar strūklas peldēšanas metodi dzīvnieks caur plašu atvērtu mantijas spraugu iesūc ūdeni mantijas dobumā no robežslāņa. Mantijas sprauga tiek cieši “piestiprināta” ar īpašām “aproču pogām” pēc tam, kad dzīva dzinēja “sadegšanas kamera” ir piepildīta ar jūras ūdeni. Mantijas sprauga atrodas netālu no kalmāra ķermeņa vidus, kur tas ir visbiezākais. Dzīvnieka kustību izraisošais spēks tiek radīts, izmetot ūdens strūklu caur šauru piltuvi, kas atrodas uz kalmāra vēdera virsmas. Šī piltuve jeb sifons ir dzīva reaktīvā dzinēja "sprausla"..

Dzinēja "sprausla" ir aprīkota ar īpašu vārstu un muskuļi var to pagriezt. Mainot piltuves-sprauslas uzstādīšanas leņķi ( rīsi. 1.c), kalmārs vienlīdz labi peld gan uz priekšu, gan atpakaļ (ja tas peld atpakaļ, piltuve tiek izstiepta gar korpusu, un vārsts tiek piespiests pie tā sieniņas un netraucē ūdens straumei, kas plūst no mantijas dobuma; kad kalmārs jāvirzās uz priekšu, piltuves brīvais gals nedaudz izstiepjas un saliecas vertikālā plaknē, tā izeja sabrūk un vārsts ieņem izliektu stāvokli). Strūklas triecieni un ūdens iesūkšanās mantijas dobumā nenotveramā ātrumā seko viens pēc otra, un kalmārs kā raķete steidzas okeāna zilumos.

Kalmārs un tā reaktīvais dzinējs - 1. attēls

1a) kalmāri - dzīvā torpēda; 1b) kalmāru reaktīvais dzinējs; 1c) sprauslas un tā vārsta stāvoklis, kad kalmārs pārvietojas uz priekšu un atpakaļ.

Dzīvnieks pavada sekundes daļu, uzņemot ūdeni un izstumjot to ārā. Iesūcot ūdeni mantijas dobumā ķermeņa aizmugures daļā lēnu kustību periodos inerces dēļ, kalmārs tādējādi veic robežslāņa iesūkšanu, tādējādi novēršot plūsmas apstāšanos nestabila plūsmas režīma laikā. Palielinot izplūstošā ūdens daudzumu un palielinot apvalka kontrakciju, kalmārs viegli palielina savu kustības ātrumu.

Kalmāru reaktīvais dzinējs ir ļoti ekonomisks, pateicoties kuriem viņš var sasniegt ātrumu 70 km/h; daži pētnieki uzskata, ka pat 150 km/h!

Inženieri jau ir radījuši dzinējs, kas līdzīgs kalmāru reaktīvajam dzinējam: Šis ūdens lielgabals, kas darbojas, izmantojot parasto benzīna vai dīzeļdzinēju. Kāpēc kalmāru reaktīvo dzinēju joprojām piesaista inženieru uzmanību un ir biofiziķu rūpīgas izpētes objekts? Lai strādātu zem ūdens, ir ērti, ja ir ierīce, kas darbojas bez piekļuves atmosfēras gaiss. Inženieru radošā meklēšana ir vērsta uz dizaina izveidi hidroreaktīvo dzinēju, līdzīgi gaisa strūkla…

Pamatojoties uz materiāliem no brīnišķīgām grāmatām:
"Biofizika fizikas stundās" Sesīlija Bunimovna Katz,
Un "Jūras primāti" Igors Ivanovičs Akimuškina

Kondakovs Nikolajs Nikolajevičs (1908–1999) – Padomju biologs, dzīvnieku mākslinieks, bioloģijas zinātņu kandidāts. Galvenais ieguldījums bioloģijas zinātne viņa veidotie zīmējumi kļuva dažādi pārstāvji fauna. Šīs ilustrācijas tika iekļautas daudzās publikācijās, piemēram Lielā padomju enciklopēdija, PSRS Sarkanā grāmata, dzīvnieku atlasos un mācību līdzekļos.

Akimuškins Igors Ivanovičs (01.05.1929–01.01.1993) – Padomju biologs, rakstnieks un bioloģijas popularizētājs, populārzinātnisku grāmatu par dzīvnieku dzīvi autore. Vissavienības biedrības "Zināšanas" balvas laureāts. PSRS Rakstnieku savienības biedrs. Slavenākā Igora Akimuškina publikācija ir sešu sējumu grāmata "Dzīvnieku pasaule".

Šajā rakstā minētie materiāli būs noderīgi, lai piemērotu ne tikai fizikas stundās Un bioloģija, bet arī ārpusskolas pasākumos.
Biofizikālais materiāls ir ārkārtīgi izdevīga studentu uzmanības mobilizācijai, abstraktu formulējumu pārvēršanai par kaut ko konkrētu un tuvu, ietekmējot ne tikai intelektuālo, bet arī emocionālo sfēru.

Literatūra:
§ Katz Ts.B. Biofizika fizikas stundās

§ § Akimuškins I.I. Jūras primāti
Maskava: Mysl Publishing House, 1974
§ Tarasovs L.V. Fizika dabā
Maskava: Izdevniecība Prosveshchenie, 1988

Reaktivitāte un kustība caur to ir diezgan izplatīta parādība dabā. Nu, zinātnieki un izgudrotāji to “izspiegoja” un izmantoja savā tehniskajā izstrādē. Piemērus var redzēt visur. Bieži vien mēs paši nepievēršam uzmanību tam, ka tas vai cits objekts - dzīva būtne, tehnisks mehānisms - pārvietojas ar šīs parādības palīdzību.

Kas ir reaktīvā piedziņa?

Dzīvajā dabā reaktivitāte ir kustība, kas var notikt jebkuras daļiņas atdalīšanās gadījumā no ķermeņa ar noteiktu ātrumu. Tehnoloģijās tiek izmantots tas pats princips - impulsu nezūdamības likums. Tehnoloģijas reaktīvās piedziņas piemēri: raķetē, kas sastāv no korpusa (kurā ietilpst arī dzinējs, vadības ierīces, noderīgs laukums kravas pārvietošanai) un degvielas ar oksidētāju, degviela sadeg, pārvēršoties gāzēs, kas izplūst caur sprauslām. jaudīgā strūklā, dodot visai konstrukcijai ātrumu pretējā virzienā.

Reaktīvās piedziņas piemēri dabā

Diezgan daudzas dzīvas būtnes izmanto šo kustības principu. Tas ir raksturīgs dažu spāru, medūzu un mīkstmiešu sugu kāpuriem - ķemmīšgliemene, sēpijas, astoņkāji, kalmāri. Un iekšā flora- Zemes flora - ir arī sugas, kas izmanto šo parādību apsēklošanai.

"Gurķa izšļakstīšana"

Flora sniedz mums reaktīvās piedziņas piemērus. Tikai ar izskatsŠis augs ar dīvainu segvārdu ir līdzīgs mums ierastajiem gurķiem. Un tas ieguva epitetu “traks” neparastā sēklu izplatīšanas veida dēļ. Nogatavojoties, auga augļi atlec no kātiem. Tādējādi tiek izveidots caurums, caur kuru gurķis izdala šķidrumu, kas satur sēklas, kas piemērotas pavairošanai, izmantojot reaktivitāti. Un pats auglis var lidot līdz 12 metriem virzienā, kas ir pretējs šāvienam.

Kā pārvietojas sēpija?

Reaktīvās piedziņas piemēri ir diezgan plaši pārstāvēti faunā. Sēpija ir galvkāji ar īpašu piltuvi, kas atrodas ķermeņa priekšējā daļā. Caur to (un caur papildu sānu spraugu) ūdens nonāk dzīvnieka ķermenī žaunu dobumā. Tad šķidrums tiek strauji izmests caur piltuvi, un sēpija var novirzīt īpašu cauruli uz sāniem vai aizmuguri. Iegūtais apgrieztais spēks nodrošina kustību dažādos virzienos.

Salpa

Šie dzīvnieki ir no tunikātu dzimtas - spilgti piemēri reaktīvā piedziņa dabā. Viņiem ir maza izmēra caurspīdīgi cilindriski ķermeņi, un tie dzīvo pasaules okeānu virszemes ūdeņos. Pārvietojoties, dzīvnieks ievelk ūdeni caur caurumu, kas atrodas ķermeņa priekšpusē. Šķidrumu ievieto plašā tā ķermeņa dobumā, kurā žaunas atrodas pa diagonāli. Salpa dzer malku ūdens, un tajā pašā laikā caurums cieši aizveras, un ķermeņa muskuļi - šķērseniski un gareniski - saraujas. Rezultātā viss salpas ķermenis saraujas, un ūdens tiek strauji izspiests no aizmugures cauruma. Tādējādi salpi savā kustībā ūdens elementā izmanto reaktivitātes principu.

Medūzas, moluski, planktons

Jūrā joprojām ir iedzīvotāji, kas pārvietojas līdzīgi. Ikviens, iespējams, kaut reizi ir saticis kādu ūdenī, atpūšoties piekrastē. dažādi veidi medūzas Bet viņi arī pārvietojas, izmantojot reaktivitāti. Jūras planktons, precīzāk, daļa no tā un ķemmīšgliemenes - tās visas pārvietojas šādi.

Ķermeņu strūklas kustības piemēri. Kalmārs

Kalmāram ir unikāla ķermeņa uzbūve. Faktiski tā struktūra satur jaudīgu reaktīvo dzinēju ar izcilu efektivitāti. Šis jūru un okeānu faunas pārstāvis dažreiz dzīvo lielā dziļumā un sasniedz milzīgus izmērus. Pat dzīvnieka ķermenis pēc formas atgādina raķeti. Precīzāk, šī zinātnieku izgudrotā modernā raķete atdarina dabas radītās kalmāru formas. Turklāt nesteidzīgām kustībām ūdens vidē izmanto spuru, bet ja vajag raustīt, tad reaktivitātes princips!

Ja jums tiek lūgts sniegt piemērus par reaktīvo piedziņu dabā, tad vispirms mēs varam runāt par šo molusku. Tās muskuļu apvalks ieskauj dobumu, kas atrodas ķermenī. Tur no ārpuses iesūc ūdeni un pēc tam diezgan asi izmet pa šauru sprauslu (atgādina raķeti). Rezultāts: kalmārs saraustīti kustas pretējā virzienā. Šī funkcija ļauj dzīvniekam godīgi pārvietoties lieli ātrumi, apsteidzot savu upuri vai bēgot no vajāšanas. Tas var sasniegt ātrumu, kas salīdzināms ar labi aprīkotu modernu kuģi: līdz 70 kilometriem stundā. Un daži zinātnieki, kas detalizēti pēta šo fenomenu, runā par ātrumu, kas sasniedz 150 km/h! Turklāt šim okeāna pārstāvim ir laba manevrēšanas spēja, pateicoties taustekļiem, kas salocīti ķekarā, saliecoties, pārvietojoties pareizajos virzienos.