Prinsippet for jetfremdrift. Jetfremdrift – Kunnskapshypermarked

Denne platespilleren kan kalles verdens første dampjetturbin.

Kinesisk rakett

Enda tidligere, mange år før Heron of Alexandria, oppfant også Kina jetmotor en litt annen enhet, nå kalt fyrverkeri rakett. Fyrverkeriraketter skal ikke forveksles med navnebrødrene deres – signalraketter, som brukes i hæren og marinen, og som også skytes opp på nasjonale helligdager under brølet av artillerifyrverkeri. Flares er ganske enkelt kuler komprimert fra et stoff som brenner med en farget flamme. De avfyres fra pistoler med stor kaliber - rakettkastere.

Flares er kuler komprimert fra et stoff som brenner med en farget flamme.

Kinesisk rakett er et papp- eller metallrør, lukket i den ene enden og fylt med pulversammensetning. Når denne blandingen antennes, slipper en strøm av gasser fra høy hastighet fra den åpne enden av røret, får raketten til å fly i motsatt retning av retningen til gasstrømmen. En slik rakett kan ta av uten hjelp av en rakettkaster. En pinne knyttet til rakettkroppen gjør flyturen mer stabil og rett.

Fyrverkeri med kinesiske raketter

Sjøinnbyggere

I dyreverdenen:

Finnes også her jet fremdrift. Blekksprut, blekksprut og noen andre blekksprut har verken finner eller kraftig hale, men svømmer ikke dårligere enn andre havets innbyggere. Disse myke skapningene har en ganske romslig sekk eller hulrom i kroppen. Vann trekkes inn i hulrommet, og deretter dyret med stor styrke skyver dette vannet ut. Reaksjonen til det utkastede vannet får dyret til å svømme i motsatt retning av strømmens retning.

Blekkspruten er en sjødyr som bruker jetfremdrift

Fallende katt

Men mest interessant måte bevegelsene ble demonstrert av en alm katt.

For rundt hundre og femti år siden, en berømt fransk fysiker Marcel Depres uttalte:

Men du vet, Newtons lover er ikke helt sanne. Kroppen kan bevege seg ved hjelp av indre krefter, uten å stole på noe eller dytte seg unna noe.

Hvor er bevisene, hvor er eksemplene? – protesterte lytterne.

Vil du ha bevis? Hvis du er så snill. En katt som ved et uhell faller ned fra taket er et bevis! Uansett hvordan katten faller, selv hodet ned, vil den definitivt stå på bakken med alle fire potene. Men en fallende katt er ikke avhengig av noe og skyver ikke unna noe, men snur seg raskt og behendig. (Luftmotstanden kan neglisjeres - den er for ubetydelig.)

Faktisk, alle vet dette: katter, fallende; klarer alltid å komme seg på beina igjen.

Katter gjør dette instinktivt, men mennesker kan gjøre det samme bevisst. Svømmere som hopper fra en plattform ned i vannet vet hvordan de skal utføre en kompleks figur - en trippel salto, det vil si å snu seg tre ganger i luften, og så plutselig retter seg opp, stopper kroppens rotasjon og dykker ned i vannet. en rett linje.

De samme bevegelsene, uten interaksjon med noe fremmedlegeme, kan observeres i sirkuset under utførelsen av akrobater - luftgymnaster.

Utførelse av akrobater - luftgymnaster

Den fallende katten ble fotografert med et filmkamera og så på skjermen undersøkte de, bilde for bilde, hva katten gjør når den flyr i luften. Det viste seg at katten raskt snurret på labben. Rotasjonen av poten forårsaker en responsbevegelse av hele kroppen, og den dreier i motsatt retning av potens bevegelse. Alt skjer i strengt samsvar med Newtons lover, og det er takket være dem at katten kommer seg på beina.

Det samme skjer i alle tilfeller når Levende skapning endrer bevegelsen i luften uten noen åpenbar grunn.

Jetbåt

Oppfinnerne hadde en idé, hvorfor ikke ta i bruk svømmemetoden deres fra blekksprut. De bestemte seg for å bygge et selvgående skip med jetmotor. Ideen er definitivt gjennomførbar. Riktignok var det ingen tillit til suksess: oppfinnerne tvilte på om noe slikt ville vise seg jetbåt bedre enn en vanlig skrue. Det var nødvendig å gjøre et eksperiment.

Jetbåt - selvgående fartøy med jetmotor

De valgte en gammel slepebåt, reparerte skroget, fjernet propellene og installerte en vannstrålepumpe i maskinrommet. Denne pumpen pumpet sjøvann og presset det gjennom et rør bak akterenden med en sterk stråle. Damperen fløt, men den beveget seg fortsatt saktere enn skruedamperen. Og dette er forklart enkelt: en vanlig propell roterer bak akterenden, ubegrenset, med bare vann rundt seg; Vannet i vannstrålepumpen ble drevet av nesten nøyaktig samme skrue, men den roterte ikke lenger på vannet, men i et tett rør. Friksjon av vannstrålen mot veggene oppsto. Friksjon svekket trykket i strålen. Et dampskip med vannjet-fremdrift seilte saktere enn et skruedrevet og forbrukte mer drivstoff.

Imidlertid forlot de ikke konstruksjonen av slike dampskip: de hadde viktige fordeler. En båt utstyrt med propell må sitte dypt i vannet, ellers vil propellen ubrukelig skumme vannet eller snurre i luften. Derfor er skruedampere redde for grunne og rifler de kan ikke seile på grunt vann. Og vannstråledampere kan bygges med grunt trekk og flatbunn: de trenger ikke dybde - der båten går, vil vannstråledamperen gå.

De første vannjetbåtene i Sovjetunionen ble bygget i 1953 ved Krasnoyarsk-verftet. De er designet for små elver der vanlige dampbåter ikke kan navigere.

Ingeniører, oppfinnere og forskere begynte å studere jetfremdrift spesielt flittig når skytevåpen . De første våpnene – alle slags pistoler, musketter og selvgående våpen – traff en person hardt i skulderen med hvert skudd. Etter flere titalls skudd begynte skulderen å gjøre så vondt at soldaten ikke lenger kunne sikte. De første kanonene – knirking, enhjørninger, culveriner og bombarder – hoppet tilbake når de ble avfyrt, slik at det hendte at de la artilleriskytterne hvis de ikke hadde tid til å unnvike og hoppe til siden.

Rekylen til pistolen forstyrret nøyaktig skyting, fordi pistolen rykket før kanonkulen eller granaten forlot løpet. Dette kastet av seg ledelsen. Skytingen viste seg å være målløs.

Skyting med skytevåpen

Ordnanceingeniører begynte å bekjempe rekyl for mer enn fire hundre og femti år siden. Først var vognen utstyrt med et skjær, som styrtet i bakken og fungerte som en sterk støtte for pistolen. Da tenkte de at hvis pistolen var ordentlig støttet bakfra, slik at det ikke var noe sted for den å rulle avgårde, så ville rekylen forsvinne. Men det var en feil. Loven om bevaring av momentum ble ikke tatt i betraktning. Kanonene knuste alle støttene, og vognene ble så løse at pistolen ble uegnet til kamparbeid. Så innså oppfinnerne at bevegelseslovene, som alle naturlover, ikke kan gjenskapes på sin egen måte, de kan bare "overlistes" ved hjelp av vitenskap - mekanikk.

De la igjen en relativt liten åpner ved vognen for støtte, og plasserte kanonløpet på en «slede» slik at bare en løp rullet bort, og ikke hele pistolen. Tønnen var koblet til et kompressorstempel, som beveger seg i sylinderen sin på samme måte som et dampmaskinstempel. Men i sylinderen til en dampmaskin er det damp, og i en pistolkompressor er det olje og en fjær (eller trykkluft).

Når pistolløpet ruller tilbake, komprimerer stempelet fjæren. På dette tidspunktet presses oljen gjennom små hull i stempelet på den andre siden av stempelet. Det oppstår sterk friksjon, som delvis absorberer bevegelsen til den rullende tønnen, noe som gjør den langsommere og jevnere. Deretter retter den komprimerte fjæren ut og returnerer stempelet, og med det pistolløpet, til sin opprinnelige plass. Oljen presser på ventilen, åpner den og renner fritt tilbake under stempelet. Under rask ild beveger pistolløpet seg nesten kontinuerlig frem og tilbake.

I en pistolkompressor absorberes rekyl av friksjon.

Munningsbrems

Når kraften og rekkevidden til kanonene økte, var ikke kompressoren nok til å nøytralisere rekylen. Den ble oppfunnet for å hjelpe ham munningsbrems.

Munningsbrems- dette er bare et kort stålrør, montert på kuttet av stammen og fungerer som fortsettelsen. Dens diameter er større enn diameteren på løpet, og derfor forstyrrer den ikke på noen måte prosjektilet som flyr ut av løpet. Flere avlange hull er skåret rundt omkretsen av rørveggene.

Munningsbrems - reduserer skytevåpenrekylen

Pulvergasser som flyr ut av pistolløpet etter prosjektilet divergerer umiddelbart til sidene, og noen av dem faller ned i hullene på munningsbremsen. Disse gassene treffer veggene i hullene med stor kraft, støtes bort fra dem og flyr ut, men ikke fremover, men litt skjevt og bakover. Samtidig presser de seg frem på veggene og skyver dem, og med dem hele pistolløpet. De hjelper brannvakten fordi de har en tendens til å få tønnen til å rulle fremover. Og mens de var i løpet, dyttet de pistolen tilbake. Munningsbremsen reduserer og demper rekylen betydelig.

Andre oppfinnere tok en annen vei. I stedet for å slåss reaktiv bevegelse av tønnen og prøve å slukke den, bestemte de seg for å bruke pistolens tilbakerulling med god effekt. Disse oppfinnerne skapte mange typer automatiske våpen: rifler, pistoler, maskingevær og kanoner, der rekylen tjener til å kaste ut den brukte patronhylsen og lade våpenet på nytt.

Rakettartilleri

Du trenger ikke å kjempe mot rekyl i det hele tatt, men bruk det: tross alt er handling og reaksjon (rekyl) likeverdige, like i rettigheter, like store, så la reaktiv virkning av pulvergasser, i stedet for å skyve pistolløpet tilbake, sender prosjektilet fremover mot målet. Slik ble det skapt rakettartilleri . I den treffer en gassstråle ikke fremover, men bakover, og skaper en foroverrettet reaksjon i prosjektilet.

Til rakettpistol den dyre og tunge tønnen viser seg å være unødvendig. Et billigere, enkelt jernrør fungerer perfekt for å dirigere flyvningen til prosjektilet. Du kan klare deg uten rør i det hele tatt, og få prosjektilet til å gli langs to metalllameller.

I sin design ligner et rakettprosjektil på en fyrverkerirakett, det er bare større i størrelse. I hodedelen, i stedet for sammensetningen for farge stjernekaster en stor sprengladning er plassert destruktiv kraft. Midten av prosjektilet er fylt med krutt, som ved forbrenning skaper en kraftig strøm av varme gasser som skyver prosjektilet fremover. I dette tilfellet kan forbrenningen av krutt vare en betydelig del av flytiden, og ikke bare den korte tidsperioden mens et vanlig prosjektil rykker frem i løpet av en vanlig pistol. Skuddet er ikke akkompagnert av en så høy lyd.

Rakettartilleri er ikke yngre enn vanlig artilleri, og kanskje til og med eldre enn det: o kampbruk raketter er rapportert av gamle kinesiske og arabiske bøker skrevet for mer enn tusen år siden.

I beskrivelser av kamper fra senere tider, nei, nei, og det vil være en omtale av kampmissiler. Da britiske tropper erobret India, skremte indiske rakettkrigere, med sine ildhalepiler, de britiske inntrengerne som slaveret deres hjemland. For britene på den tiden rakettvåpen det var en nyhet.

Rakettgranater oppfunnet av generalen K. I. Konstantinov, slo de modige forsvarerne av Sevastopol i 1854-1855 tilbake angrepene fra de anglo-franske troppene.

Rakett

Den enorme fordelen fremfor konvensjonelt artilleri - det var ikke nødvendig å bære tunge kanoner - tiltrakk seg oppmerksomheten til militære ledere til rakettartilleri. Men en like stor ulempe forhindret forbedringen.

Faktum er at drivladningen, eller, som de pleide å si, kraftladningen, kun kunne lages av svartkrutt. Og svartkrutt er farlig å håndtere. Det skjedde det under produksjonen missiler drivstoffet eksploderte og arbeiderne døde. Noen ganger eksploderte raketten ved oppskyting og drepte skytterne. Å lage og bruke slike våpen var farlig. Derfor har det ikke blitt utbredt.

Arbeidet som begynte med suksess, førte imidlertid ikke til konstruksjonen av et interplanetarisk romfartøy. De tyske fascistene forberedte og utløste en blodig verdenskrig.

Rakett

Manglene i produksjonen av raketter ble eliminert av sovjetiske designere og oppfinnere. Under den store Patriotisk krig de ga vår hær utmerkede rakettvåpen. Vaktmørtler ble bygget - "Katyusha" og RS ("eres") ble oppfunnet - raketter.

Rakett

Når det gjelder kvalitet, overgikk sovjetisk rakettartilleri alle utenlandske modeller og forårsaket enorm skade på fiender.

Forsvare moderlandet, sovjetiske folk ble tvunget til å sette alle prestasjonene til rakettteknologi i forsvarets tjeneste.

I fascistiske stater utviklet mange forskere og ingeniører, selv før krigen, intensivt prosjekter for umenneskelige ødeleggelsesvåpen og massemord. Dette anså de som hensikten med vitenskapen.

Selvkjørende fly

Under krigen bygde Hitlers ingeniører flere hundre selvkjørende fly: FAU-1 skjell og raketter"FAU-2". Disse var sigarformede skjell, 14 meter lange og 165 centimeter i diameter. Den dødelige sigaren veide 12 tonn; hvorav 9 tonn er drivstoff, 2 tonn er foringsrør og 1 tonn er eksplosiver. «V-2» fløy med hastigheter på opptil 5500 kilometer i timen og kunne stige til en høyde på 170-180 kilometer.

Disse ødeleggelsesmidlene skilte seg ikke i treffnøyaktighet og var kun egnet for å skyte mot så store mål som store og tettbefolkede byer. De tyske fascistene produserte V-2 200-300 kilometer fra London i den tro at byen var stor – den ville treffe et sted!

Det er usannsynlig at Newton kunne ha forestilt seg at hans vittige erfaring og bevegelseslovene han oppdaget ville danne grunnlaget for våpen skapt av bestialsk sinne mot mennesker, og hele blokker av London ville bli til ruiner og bli gravene til mennesker fanget av raid av blinde «FAU».

Romskip

I mange århundrer har folk elsket drømmen om å fly i interplanetarisk rom, om å besøke Månen, mystiske Mars og overskyet Venus. Mange science fiction-romaner, noveller og noveller er skrevet om dette emnet. Forfattere sendte heltene sine til himmelen på trente svaner, ballonger, i kanonskaller eller på en annen utrolig måte. Imidlertid var alle disse flymetodene basert på oppfinnelser som ikke hadde noen støtte i vitenskapen. Folk trodde bare at de en dag ville kunne forlate planeten vår, men visste ikke hvordan de skulle klare dette.

Fantastisk vitenskapsmann Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky i 1903 for første gang ga vitenskapelig grunnlag idé romfart . Han beviste at folk kan dra Jord Og kjøretøy en rakett vil tjene til dette, fordi en rakett er den eneste motoren som ikke trenger ekstern støtte for sin bevegelse. Derfor rakett i stand til å fly i luftløse rom.

Forsker Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky beviste at folk kan forlate kloden på en rakett

I henhold til enheten din romskip bør være lik rakett, bare i hodedelen vil det være en hytte for passasjerer og instrumenter, og resten av plassen vil bli okkupert av drivstofftilførselen og motoren.

For å gi skipet nødvendig fart, kreves riktig drivstoff. Krutt og andre eksplosiver er på ingen måte egnet: de er både farlige og brenner for raskt, og gir ikke langvarig bevegelse. K. E. Tsiolkovsky anbefalte å bruke flytende drivstoff: alkohol, bensin eller flytende hydrogen, brenning i en strøm av rent oksygen eller et annet oksidasjonsmiddel. Alle anerkjente riktigheten av dette rådet, fordi de ikke visste det beste drivstoffet på den tiden.

Den første raketten med flytende drivstoff, som veide seksten kilo, ble testet i Tyskland 10. april 1929. Den eksperimentelle raketten lettet opp i luften og forsvant ut av syne før oppfinneren og alle tilstedeværende klarte å spore hvor den fløy. Det var ikke mulig å finne raketten etter forsøket. Neste gang bestemte oppfinneren seg for å "overliste" raketten og knyttet et fire kilometer langt tau til den. Raketten lettet og dro tauhalen bak seg. Hun trakk ut to kilometer med tau, brøt det og fulgte forgjengeren i ukjent retning. Og denne rømlingen kunne heller ikke bli funnet.

Loven om bevaring av momentum har veldig viktig for studiet av jetfremdrift.

Under jet fremdrift forstå bevegelsen til en kropp som oppstår når en del av den separeres med en viss hastighet i forhold til den. (For eksempel når forbrenningsprodukter strømmer ut av dysen på et jetfly). I dette tilfellet, den såkalte Reaktiv kraft skyver kroppen.

Reaktiv bevegelse kan observeres veldig enkelt. Blås opp et barns gummiball og slipp den. Ballen vil fly raskt (fig. 5.4). Bevegelsen vil imidlertid være kortvarig. Den reaktive kraften virker bare så lenge utstrømningen av luft fortsetter. hovedfunksjon reaktiv kraft er at den oppstår som et resultat av samspillet mellom deler av systemet uten interaksjon med ytre kropper. I vårt eksempel flyr ballen på grunn av interaksjon med luftstrømmen som strømmer ut av den. Kraften som gir akselerasjon til en fotgjenger på bakken, et dampskip på vannet eller et propelldrevet fly i luften, oppstår kun på grunn av samspillet mellom disse kroppene med jorden, vannet eller luften.

La oss vurdere eksempler på å løse problemer med anvendelsen av loven om bevaring av momentum og reaktiv bevegelse.

1. En bil på 10 tonn med automatisk kopling, som beveger seg med en hastighet på 12 m/s, tar igjen den samme bilen på 20 tonn, som beveger seg med en hastighet på 6 m/s, og kobler seg sammen med den. Når de beveger seg lenger sammen, kolliderer begge bilene med en tredje bil på 7,5 tonn som står på skinnene. Finn bevegelseshastigheten til bilene på forskjellige deler av banen. Ignorer friksjon.

Gitt: m 1 = 10 kg m 2= 20 kg m 3= 7,5 kg 1 =12m/s 2 = 6m/s	Løsning: Basert på loven om bevaring av momentum, har vi , Hvor er den totale bevegelseshastigheten til to biler, - tre biler. Løser vi likningen, finner vi Fra likningen finner vi Substitute numeriske verdier = (10 10 3 12+ 20 6) / (10 +20 ) = 8 (m/s) = 6,4 m/s Svar:
-? -?

2. En kule flyr ut av en rifle med en hastighet n = 900 m/s. Finn hastigheten til riflen under rekyl hvis massen er m 500 ganger massen til kulen m P.

Gitt: n = 900m/s m i = 500 m P	Løsning: Momentumet til riflen med kulen før skuddet var null. Siden vi kan anta at rifle-kule-systemet er isolert når det avfyres (de ytre kreftene som virker på systemet er ikke null, men opphever hverandre), vil momentumet forbli uendret. Etter å ha projisert alle impulsene på en akse parallelt med kulens hastighet og sammenfallende med den i retning, kan vi skrive ; herfra . i = -
"-"-tegnet indikerer at retningen til riflens hastighet er motsatt av retningen til kulens hastighet.

Svar: i = m V -? 3. En granat som fløy med en hastighet = 15 m/s eksploderte i to deler med masser 1 = 6 kg og

m 2 =

14 kg. Hastigheten til det større fragmentet 2 = 24 m/s er rettet i samme retning som hastigheten til granaten før eksplosjonen. Finn retningen og størrelsen på hastigheten til det mindre fragmentet.

Siden retningene til hastigheter og 2 faller sammen, vil hastighet 1 ha enten det samme

retning eller motsatt retning. La oss justere koordinataksen med denne retningen,

tar retningen til vektorene og 2 som den positive retningen til aksen. La oss designe ligningen

fokus på den valgte koordinataksen. Vi får skalarligningen

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

La oss erstatte de numeriske verdiene og beregne: "-"-tegnet indikerer at hastighet 1 er rettet i motsatt retning av granatens flyretning. 4. To baller av masse, som m 2 m 1

=0,5 kg og "-"-tegnet indikerer at hastighet 1 er rettet i motsatt retning av granatens flyretning.=0,2 kg, beveg deg langs en jevn horisontal flate mot hverandre med hastigheter og . Bestem hastigheten deres etter den sentrale absolutt uelastiske påvirkningen. m 2 Gitt:	=0,5 kg=0,2 kg Løsning Akser LøsningÅH
- ?

La oss rette den langs en linje som går gjennom midten av de bevegelige kulene i fartsretningen. .

Etter en helt uelastisk kollisjon beveger kulene seg i samme hastighet. Siden langs aksen Løsning ytre krefter virker ikke (det er ingen friksjon), da er summen av projeksjonene av impulsene på denne aksen bevart (summen av projeksjonene av impulsene til begge kulene før støtet er lik projeksjonen av den totale impulsen av systemet etter påvirkningen).

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

Etter støt vil kulene bevege seg i negativ retning av aksen med en hastighet på 0,4 m/s.= 0,4 m/s 5. To plasticine-kuler hvis masseforhold er m2/m1

=4, etter kollisjonen hang de sammen og begynte å bevege seg langs en jevn horisontal flate med fart (se figur). Definere Løsning Og lungehastighet, utføres så lenge som

vist på bildet: ,

.

Siden da .

Hastighetsmodulen er lik: .

Så derfor, .

Oppgaver for selvstendig løsning

1. To baller av masse, som "-"-tegnet indikerer at hastighet 1 er rettet i motsatt retning av granatens flyretning. Og m 2, beveg deg langs en jevn horisontal flate mot hverandre med hastigheter og . Bestem hastigheten deres etter den sentrale absolutt uelastiske påvirkningen.

nr. var

m 1

m 2

2. Massebil "-"-tegnet indikerer at hastighet 1 er rettet i motsatt retning av granatens flyretning. med automatisk kobling, beveger seg i hastighet, innhenter en bil med samme masse m 2 , beveger seg i hastighet og holder seg til den. Når de beveger seg lenger sammen, kolliderer begge bilene med den tredje bilen av massen som står på skinnene m 3 . Finn bevegelseshastigheten til bilene på forskjellige deler av banen. Ignorer friksjon.

nr. var

m 1

m 2

m 3

3. løse problemer

Alternativer 1,6,11,16,21,26 oppgave nr. 4

Alternativer 2,7,12,17,22,27 oppgave nr. 5

Alternativer 3,8,13,18,23,28 oppgave nr. 6

Alternativer 4,9,14,19,24,29 oppgave nr. 7

Alternativer 5,10,15,20,25,30 oppgave nr. 8

4. En person som står på is og veier "-"-tegnet indikerer at hastighet 1 er rettet i motsatt retning av granatens flyretning.=60 kg fanger en ball med masse m 2=0,50 kg, som flyr horisontalt med en hastighet på =20m/s. Hvor langt vil en person med en ball rulle på en horisontal isflate hvis friksjonskoeffisienten k=0,050?

5. En kule på 10 g skytes fra en rifle på 4,0 kg med en hastighet på 700 m/s. Hva er rekylhastigheten til en rifle når den avfyres hvis den er opphengt horisontalt i strenger? Hvor høyt reiser rifla seg etter avfyring?

6. Et prosjektil som veier 4,0 kg flyr ut av et kanonløp i horisontal retning med en hastighet på 1000 m/s. Bestem den gjennomsnittlige motstandskraften til rekylinnretninger hvis rekyllengden til tønnen langs føringene til en stasjonær pistol er 1,0 m, og tønnens vekt er 320 kg.

7. En rakett hvis masse uten drivstoff "-"-tegnet indikerer at hastighet 1 er rettet i motsatt retning av granatens flyretning.=400 g, når drivstoff brenner stiger det til en høyde h=125m. Drivstoffvekt m 2= 50 g. bestemme hastigheten på gasser som forlater raketten, forutsatt at drivstoffforbrenning skjer umiddelbart.

8. Masseflåte m 1 =400kg og lengde l=10m er i ro i stille vann. To gutter med messer m 2=60 kg og m 3 = 40 kg stående i motsatte ender av flåten begynner samtidig å bevege seg mot hverandre i samme hastighet og stopper når de møtes. Hvor langt vil flåten bevege seg?

Jet fremdrift. Tsiolkovskys formel.

Jetfremdrift er basert på rekylprinsippet. I en rakett, når drivstoff brenner, oppvarmes gasser til høy temperatur, skytes ut fra dysen med høy hastighet U i forhold til raketten. La oss betegne massen av utkastede gasser med m, og massen til raketten etter utstrømning av gasser av M. Så for det lukkede systemet "rakett + gasser" kan vi skrive basert på loven om bevaring av momentum (i analogi med problemet med å avfyre ​​en pistol): , V= - hvor V – hastigheten til raketten etter eksosgassene.

Her ble det antatt at starthastighet raketten var null.

Den resulterende formelen for hastigheten til raketten er kun gyldig under forutsetning av at hele massen av brent drivstoff kastes ut fra raketten samtidig. Faktisk skjer utstrømningen gradvis gjennom hele perioden med akselerert bevegelse av raketten. Hver påfølgende del av gass blir kastet ut fra raketten, som allerede har oppnådd en viss hastighet.

For å oppnå en nøyaktig formel, må prosessen med gassutstrømning fra en rakettdyse vurderes mer detaljert. La raketten på tidspunktet t ha masse M og bevege seg med hastigheten V. I løpet av en kort tidsperiode Δt vil en viss del av gassen skytes ut fra raketten med en relativ hastighet U. Raketten i øyeblikket t + Δt vil ha en hastighet og dens masse vil være lik M + ΔM , hvor ΔM< 0 (рис. 1.17.3 (2)). Масса выброшенных газов будет, очевидно, равна –ΔM >0. Hastigheten til gassene i treghetsrammen OX vil være lik V+U. La oss bruke loven om bevaring av momentum. I tidspunktet t + Δt er bevegelsesmengden til raketten lik ()(M + ΔM) og bevegelsesmengden til de utsendte gassene er lik

Ma = μu,

hvor u er den relative hastighetsmodulen. Ved å bruke den matematiske operasjonen av integrasjon, fra dette forholdet kan vi få en formel for den endelige hastigheten υ til raketten:

hvor er forholdet mellom start- og sluttmassene til raketten. Denne formelen kalles Tsiolkovsky-formelen. Det følger av dette at slutthastigheten til raketten kan overstige relativ hastighet lekkasje av gasser. Følgelig kan raketten akselereres til de høye hastighetene som kreves for romflyvninger. Men dette kan bare oppnås ved å forbruke en betydelig masse drivstoff, som utgjør en stor andel av den opprinnelige massen til raketten. For å oppnå den første kosmiske hastigheten υ = υ 1 = 7,9 10 3 m/s ved u = 3 10 3 m/s (gassutstrømningshastigheter under forbrenning av drivstoff er i størrelsesorden 2–4 km/s), utskytningsmasse entrinns rakett bør være omtrent 14 ganger den endelige massen. For å oppnå slutthastigheten υ = 4u må forholdet være = 50.

En betydelig reduksjon i rakettoppskytingsmasse kan oppnås ved å bruke flertrinns raketter, når raketttrinnene skilles etter hvert som drivstoffet brenner ut. Massene av containere som inneholdt drivstoff, brukte motorer, kontrollsystemer osv. er ekskludert fra prosessen med påfølgende rakettakselerasjon. Det er langs veien for å lage økonomiske flertrinnsraketter at moderne rakettvitenskap utvikler seg.

Jetfremdrift er basert på rekylprinsippet. I en rakett, når drivstoff brenner, blir gasser oppvarmet til høy temperatur kastet ut fra dysen med høy hastighet U i forhold til raketten. La oss betegne massen av utkastede gasser med m, og massen til raketten etter utstrømning av gasser av M. Så for det lukkede systemet "rakett + gasser" kan vi skrive basert på loven om bevaring av momentum (i analogi med problemet med å skyte en pistol):, V = - hvor V - hastigheten til raketten etter eksosgassene.

Her ble det antatt at starthastigheten til raketten var null.

Den resulterende formelen for hastigheten til raketten er kun gyldig under forutsetning av at hele massen av brent drivstoff kastes ut fra raketten samtidig. Faktisk skjer utstrømningen gradvis gjennom hele perioden med akselerert bevegelse av raketten. Hver påfølgende del av gass blir kastet ut fra raketten, som allerede har oppnådd en viss hastighet.

For å oppnå en nøyaktig formel, må prosessen med gassutstrømning fra en rakettdyse vurderes mer detaljert. La raketten på tidspunktet t ha masse M og bevege seg med hastigheten V. I løpet av en kort tidsperiode Dt vil en viss del av gassen skytes ut fra raketten med en relativ hastighet U. Raketten i øyeblikket t + Dt vil ha en hastighet og dens masse vil være lik M + DM , hvor DM< 0 (рис. 1.17.3 (2)). Масса выброшенных газов будет, очевидно, равна -ДM >0. Hastigheten til gassene i treghetsrammen OX vil være lik V+U. La oss bruke loven om bevaring av momentum. I tidspunktet t + Дt er rakettens momentum lik ()(M + ДМ) og momentumet til de utgitte gassene er likt I tidspunktet t var momentumet til hele systemet lik. MV. Forutsatt at "rakett + gass"-systemet er lukket, kan vi skrive:

Verdien kan neglisjeres, siden |DM|<< M. Разделив обе части последнего соотношения на Дt и перейдя к пределу при Дt >0, får vi

Verdien er drivstofforbruk per tidsenhet. Mengden kalles den reaktive skyvekraften F p Den reaktive skyvekraften virker på raketten fra siden av de utstrømmende gassene, den rettes i motsatt retning av den relative hastigheten. Forhold

uttrykker Newtons andre lov for en kropp med variabel masse. Hvis gasser skytes ut fra rakettdysen strengt bakover (fig. 1.17.3), har dette forholdet i skalarform formen:

hvor u er den relative hastighetsmodulen. Ved å bruke den matematiske operasjonen av integrasjon, fra dette forholdet kan vi få en formel for den endelige hastigheten x til raketten:

hvor er forholdet mellom start- og sluttmassene til raketten. Denne formelen kalles Tsiolkovsky-formelen. Det følger av det at rakettens endelige hastighet kan overstige den relative hastigheten til utstrømningen av gasser. Følgelig kan raketten akselereres til de høye hastighetene som kreves for romflyvninger. Men dette kan bare oppnås ved å forbruke en betydelig masse drivstoff, som utgjør en stor andel av den opprinnelige massen til raketten. For å oppnå for eksempel den første kosmiske hastigheten x = x 1 = 7,9 10 3 m/s ved u = 3 10 3 m/s (gassutstrømningshastigheter under brennstoffforbrenning er i størrelsesorden 2-4 km/s), startmasse for en enkelt-trinns raketten skal være omtrent 14 ganger dens endelige masse. For å oppnå slutthastigheten x = 4u må forholdet være = 50.

En betydelig reduksjon i utskytningsmassen til en rakett kan oppnås ved bruk av flertrinnsraketter, når raketttrinnene skilles når drivstoffet brenner ut. Massene av containere som inneholdt drivstoff, brukte motorer, kontrollsystemer osv. er ekskludert fra prosessen med påfølgende rakettakselerasjon. Det er langs veien for å lage økonomiske flertrinnsraketter at moderne rakettvitenskap utvikler seg.

Prinsippet for jetfremdrift er at denne typen bevegelse skjer når en del av den skilles fra kroppen med en viss hastighet. Et klassisk eksempel på jetfremdrift er bevegelsen til en rakett. Det særegne ved denne bevegelsen inkluderer det faktum at kroppen mottar akselerasjon uten interaksjon med andre kropper. Dermed oppstår bevegelsen til en rakett på grunn av en endring i massen. Massen til raketten avtar på grunn av utstrømningen av gasser som oppstår under forbrenning av drivstoff. Tenk på bevegelsen til en rakett. La oss anta at massen til raketten er lik , og hastigheten i tiden er . Etter tid avtar rakettens masse med en mengde og blir lik: , hastigheten til raketten blir lik .

Da kan endringen i momentum over tid representeres som:

hvor er hastigheten på gassstrømmen i forhold til raketten. Hvis vi aksepterer at det er en liten mengde av høyere orden sammenlignet med de andre, får vi:

Når eksterne krefter () virker på systemet, representerer vi endringen i momentum som:

Vi setter likhetstegn mellom høyresidene av formlene (2) og (3), vi får:

hvor uttrykket kalles reaktiv kraft. Dessuten, hvis retningene til vektorene er motsatte, akselererer raketten, ellers bremser den. Ligning (4) kalles bevegelsesligningen til et legeme med variabel masse. Det er ofte skrevet i formen (ligning av I.V. Meshchersky):

Ideen om å bruke reaktiv kraft ble foreslått tilbake på 1800-tallet. Senere K.E. Tsiolkovsky fremmet teorien om rakettbevegelse og formulerte grunnlaget for teorien om en væskejetmotor. Hvis vi antar at ingen ytre krefter virker på raketten, vil formel (4) ha formen:

Utdannings- og vitenskapsdepartementet i Den russiske føderasjonen
FGOU SPO "Perevozsky Construction College"
Essay
disiplin:
Fysikk
Emne: Jet fremdrift

Fullført:
Student
Grupper 1-121
Okuneva Alena
Krysset av:
P.L.Vineaminovna

Perevoz by
2011
Innhold:

Introduksjon: Hva er Jet Propulsion……………………………………………………………… …..…………………………………………..3
Lov om bevaring av momentum……………………………………………………………………….4
Anvendelse av jetfremdrift i naturen…………………………..….……5
Anvendelse av jetfremdrift i teknologi…….…………………………………..….….6
Jetfremdrift “Interkontinentalt missil”…………..…………………7
Fysisk grunnlag for jetmotordrift..................... .................... 8
Klassifisering av jetmotorer og funksjoner for deres bruk………………………………………………………………………………………………….……….…….9
Egenskaper ved utformingen og opprettelsen av et fly…..…10
Konklusjon……………………………………………………………………………………………….11
Liste over referanser……………………………………………………… …..12

"Jet fremdrift"
Reaktiv bevegelse er bevegelsen til en kropp forårsaket av separasjon av en del av den fra den med en viss hastighet. Jetbevegelse er beskrevet basert på loven om bevaring av momentum.
Jetfremdrift, som nå brukes i fly, raketter og romfartøyer, er karakteristisk for blekkspruter, blekksprut, blekksprut, maneter - alle bruker uten unntak reaksjonen (rekylen) til en utstøtt vannstrøm til svømming.
Eksempler på jetfremdrift finnes også i planteverdenen.
I sørlige land vokser det en plante som kalles "gal agurk". Så snart du tar lett på en moden frukt, som ligner på en agurk, spretter den av stilken, og gjennom det resulterende hullet flyr væske med frø ut av frukten som en fontene med en hastighet på opptil 10 m/s.

Selve agurkene flyr av gårde i motsatt retning. Den gale agurken (ellers kalt "damepistolen") skyter på mer enn 12 meter.

"Lov om bevaring av momentum"
I et lukket system forblir vektorsummen av impulsene til alle legemer som er inkludert i systemet konstant for enhver interaksjon mellom kroppene i dette systemet med hverandre.
Denne grunnleggende naturloven kalles loven om bevaring av momentum. Det er en konsekvens av Newtons andre og tredje lov. La oss se på to samvirkende kropper som er en del av et lukket system.
Vi betegner interaksjonskreftene mellom disse legemene ved og I følge Newtons tredje lov Hvis disse legemene samhandler i løpet av tiden t, så er impulsene til interaksjonskreftene like store og rettet i motsatte retninger: La oss anvende Newtons andre lov på disse legene. :

Denne likheten betyr at som et resultat av samspillet mellom to kropper, har deres totale fremdrift ikke endret seg. Når vi nå vurderer alle mulige parinteraksjoner av legemer inkludert i et lukket system, kan vi konkludere med at de indre kreftene til et lukket system ikke kan endre dets totale momentum, det vil si vektorsummen av momentumet til alle legemer inkludert i dette systemet. En betydelig reduksjon i rakettoppskytingsmasse kan oppnås ved å brukeflertrinns raketter, når raketttrinnene skilles etter hvert som drivstoffet brenner ut. Massene av containere som inneholdt drivstoff, brukte motorer, kontrollsystemer osv. er ekskludert fra prosessen med påfølgende rakettakselerasjon. Det er langs veien for å lage økonomiske flertrinnsraketter at moderne rakettvitenskap utvikler seg.

"Anvendelse av jetfremdrift i naturen"
Jetfremdrift brukes av mange bløtdyr - blekksprut, blekksprut, blekksprut. For eksempel beveger et havskjellbløtdyr seg fremover på grunn av den reaktive kraften til en vannstrøm som kastes ut av skallet under en skarp kompresjon av ventilene.

Blekksprut
Blekksprut, som de fleste blekksprut, beveger seg i vann på følgende måte. Hun tar vann inn i gjellehulen gjennom en sidespalte og en spesiell trakt foran kroppen, og kaster deretter energisk ut en vannstrøm gjennom trakten. Blekkspruten dirigerer traktrøret til siden eller bakover, og når den raskt presser vann ut av det, kan den bevege seg i forskjellige retninger.
Salpaen er et marint dyr med en gjennomsiktig kropp når den beveger seg, mottar den vann gjennom frontåpningen, og vannet kommer inn i et bredt hulrom, hvor gjellene strekkes diagonalt. Så snart dyret tar en stor slurk vann, lukkes hullet. Deretter trekker de langsgående og tverrgående musklene i salpen seg sammen, hele kroppen trekker seg sammen, og vann presses ut gjennom den bakre åpningen. Reaksjonen til den unnslippende strålen skyver salpaen fremover. Blekksprutens jetmotor er av størst interesse. Blekkspruten er den største virvelløse innbyggeren på havdypet. Blekksprut har oppnådd den høyeste perfeksjon innen jetnavigasjon. Selv kroppen deres, med sin ytre form, kopierer en rakett. Når du kjenner loven om bevaring av momentum, kan du endre din egen bevegelseshastighet i åpent rom. Hvis du er i en båt og har flere tunge steiner, vil det å kaste steiner i en bestemt retning flytte deg inn motsatt retning. Det samme vil skje i verdensrommet, men der bruker de jetmotorer til dette.

"Anvendelse av jetfremdrift i teknologi"
På slutten av det første årtusen e.Kr. oppfant Kina jetfremdrift, som drev raketter - bambusrør fylt med krutt, de ble også brukt som moro. Et av de første bilprosjektene var også med jetmotor og dette prosjektet tilhørte Newton.
Forfatteren av verdens første prosjekt av et jetfly beregnet på menneskelig flukt var den russiske revolusjonære N.I. Kibalchich. Han ble henrettet 3. april 1881 for sin deltagelse i attentatforsøket på keiser Alexander II. Han utviklet prosjektet sitt i fengselet etter å ha blitt dømt til døden. Kibalchich skrev: «Mens jeg var i fengsel, noen dager før min død, skriver jeg på dette prosjektet. Jeg tror på gjennomførbarheten av ideen min, og denne troen støtter meg i min forferdelige situasjon... Jeg vil stille døden i møte, vel vitende om at ideen min ikke vil dø sammen med meg.»
Ideen om å bruke raketter til romfart ble foreslått på begynnelsen av dette århundret av den russiske forskeren Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. I 1903 dukket det opp en artikkel av Kaluga gymnasiumlærer K.E. Tsiolkovsky "Utforskning av verdensrom ved hjelp av reaktive instrumenter." Dette arbeidet inneholdt den viktigste matematiske ligningen for astronautikk, nå kjent som "Tsiolkovsky-formelen", som beskrev bevegelsen til et legeme med variabel masse. Deretter utviklet han en rakettmotordesign basert på flytende drivstoff, foreslo en flertrinns rakettdesign, uttrykte ideen om muligheten for å skape hele rombyer i lav bane rundt jorden. Han viste at den eneste enheten som er i stand til å overvinne tyngdekraften er en rakett, dvs. en enhet med en jetmotor som bruker drivstoff og oksidasjonsmiddel plassert på selve enheten. Sovjetiske raketter var de første som nådde månen, sirklet rundt månen og fotograferte siden usynlig fra jorden, og var de første som nådde planeten Venus og leverte vitenskapelige instrumenter til overflaten. I 1986 undersøkte to sovjetiske romfartøy, Vega 1 og Vega 2, Halleys komet, som nærmer seg solen en gang hvert 76. år.

Jetfremdrift "Interkontinental missil"
Menneskeheten har alltid drømt om å reise ut i verdensrommet. Forfattere - science fiction-forfattere, vitenskapsmenn, drømmere - foreslo en rekke måter å nå dette målet. Men i mange århundrer har ikke en eneste vitenskapsmann eller science fiction-forfatter vært i stand til å finne opp det eneste middelet til en persons disposisjon som man kan overvinne tyngdekraften og fly ut i verdensrommet. K. E. Tsiolkovsky er grunnleggeren av teorien om romflukt.
For første gang ble drømmen og ambisjonene til mange mennesker brakt nærmere virkeligheten av den russiske forskeren Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), som viste at den eneste enheten som er i stand til å overvinne tyngdekraften er en rakett, presenterte han for første gang vitenskapelige bevis på muligheten for å bruke en rakett for flyreiser ut i verdensrommet, utenfor grensene jordens atmosfære og til andre planeter solsystemet. Tsoilkovsky kalte en rakett en enhet med en jetmotor som bruker drivstoff og oksidasjonsmiddel på den.
Som du vet fra et fysikkkurs, er et skudd fra en pistol ledsaget av rekyl. I følge Newtons lover ville en kule og en pistol flydd i forskjellige retninger med samme hastighet hvis de hadde samme masse. Den utkastede massen av gasser skaper en reaktiv kraft, takket være hvilken bevegelse kan sikres, både i luft og i luftløst rom, og dermed oppstår rekyl. Jo større rekylkraften skulderen vår føler, desto større er massen og hastigheten til de unnslippende gassene, og derfor, jo sterkere reaksjonen til våpenet er, desto større blir den reaktive kraften. Disse fenomenene er forklart av loven om bevaring av momentum:
vektoren (geometrisk) summen av impulsene til kroppene som utgjør et lukket system, forblir konstant for alle bevegelser og interaksjoner mellom kroppene i systemet.
Den presenterte Tsiolkovsky-formelen er grunnlaget som hele beregningen er basert på moderne missiler. Tsiolkovsky-tallet er forholdet mellom drivstoffmassen og massen til raketten ved slutten av motordriften - til vekten av den tomme raketten.
Dermed fant vi at den maksimalt oppnåelige hastigheten til raketten avhenger først og fremst av hastigheten på gassstrømmen fra dysen. Og strømningshastigheten til dysegassene avhenger i sin tur av typen drivstoff og temperaturen på gassstrålen. Dette betyr at jo høyere temperatur, jo høyere hastighet. Så for en ekte rakett må du velge det mest kaloririke drivstoffet som produserer den største mengden varme. Formelen viser at blant annet rakettens hastighet avhenger av rakettens initiale og endelige masse, av hvilken del av vekten som er drivstoff, og hvilken del som er ubrukelig (fra flyhastighetens synspunkt) strukturer: kropp, mekanismer osv. d.
Hovedkonklusjonen fra denne Tsiolkovsky-formelen for å bestemme hastigheten til en romrakett er at i luftløst rom vil raketten utvikle seg jo høyere hastigheten er, jo større hastigheten på gassutstrømningen og større antall Tsiolkovsky.

"Fysisk grunnlag for drift av jetmotorer"
I hjertet av moderne kraftfulle jetmotorer av ulike typer ligger prinsippet om direkte reaksjon, dvs. prinsippet om å skape en drivkraft (eller skyvekraft) i form av en reaksjon (rekyl) av en strøm av "arbeidsstoff" som strømmer fra motoren, vanligvis varme gasser. I alle motorer er det to energikonverteringsprosesser. Først blir den kjemiske energien til drivstoffet omdannet til termisk energi av forbrenningsprodukter, og deretter brukes den termiske energien til å utføre mekanisk arbeid. Slike motorer inkluderer stempelmotorer til biler, diesellokomotiver, damp- og gassturbiner i kraftverk, etc. Etter at varme gasser som inneholder stor termisk energi er generert i en varmemotor, må denne energien omdannes til mekanisk energi. Tross alt tjener motorer til å prestere mekanisk arbeid, for å "flytte" noe, for å sette det i handling, det spiller ingen rolle om det er en dynamo, legg til tegninger av et kraftverk, et diesellokomotiv, en bil eller et fly. For at den termiske energien til gasser skal omdannes til mekanisk energi, må volumet øke. Med en slik utvidelse utfører gasser arbeid, som bruker deres interne og termiske energi.
Jetdysen kan ha ulike former, og dessuten ulike design avhengig av motortype. Det viktigste er hastigheten som gasser strømmer ut av motoren med. Hvis denne utstrømningshastigheten ikke overstiger hastigheten med hvilken lydbølger forplanter seg i de utstrømmende gassene, er munnstykket en enkel sylindrisk eller konisk rørseksjon. Dersom utstrømningshastigheten skulle overstige lydhastigheten, er munnstykket formet som et ekspanderende rør eller først avsmalning og deretter ekspandering (Lavl-dyse). Bare i et rør av denne formen, som teori og erfaring viser, kan gass akselereres til supersoniske hastigheter og krysse «lydbarrieren».

"Klassifisering av jetmotorer og funksjoner ved deres bruk"
Imidlertid fødte denne mektige stammen, prinsippet om direkte reaksjon, en enorm krone av "slektstreet" til jetmotorfamilien. For å bli kjent med hovedgrenene til kronen, krone "stammen" av direkte reaksjon. Snart, som du kan se fra bildet (se nedenfor), er denne stammen delt i to deler, som om den ble delt av et lynnedslag. Begge nye stammene er like dekorert med kraftige kroner. Denne inndelingen skjedde fordi alle "kjemiske" jetmotorer er delt inn i to klasser avhengig av om de bruker omgivelsesluft til driften eller ikke.
I en ikke-kompressormotor av en annen type, direktestrøm, er det ikke engang dette ventilgitteret og trykket i forbrenningskammeret øker som følge av høyhastighetstrykket, dvs. bremse den motgående luftstrømmen som kommer inn i motoren under flyging. Det er klart at en slik motor er i stand til å fungere bare når flyet allerede flyr med tilstrekkelig høy hastighet, vil den ikke utvikle skyvekraft når den er parkert. Men ved en veldig høy hastighet, 4-5 ganger lydhastigheten, utvikler en ramjet-motor veldig høy skyvekraft og bruker mindre drivstoff enn noen annen "kjemisk" jetmotor under disse forholdene. Det er derfor ramjet-motorer.
etc.................