Eksempler på jetfremdrift i dyreverdenen. Biofysikk: jetbevegelse i levende natur

Naturens logikk er den mest tilgjengelige og mest nyttige logikken for barn.

Konstantin Dmitrievich Ushinsky(03.03.1823–03.01.1871) - Russisk lærer, grunnlegger av vitenskapelig pedagogikk i Russland.

BIOFYSIKK: JETBEVEGELSE I LEVENDE NATUR

Jeg inviterer leserne av de grønne sidene til å se nærmere fascinerende verden biofysikere og bli kjent med det viktigste prinsipper for jetfremdrift i dyrelivet. I dag på programmet: maneter hjørnemunn– mest store maneter Svartehavet, kamskjell , driftig rocker øyenstikker larve, utrolig blekkspruten med sin uovertrufne jetmotor og fantastiske illustrasjoner utført av en sovjetisk biolog og dyrekunstner Kondakov Nikolai Nikolaevich.

En rekke dyr beveger seg i naturen etter prinsippet om jetfremdrift, for eksempel maneter, kamskjell, øyenstikkerlarver, blekksprut, blekksprut, blekksprut... La oss bli bedre kjent med noen av dem ;-)

Jetmetoden for bevegelse av maneter

Maneter er en av de eldste og mest tallrike rovdyrene på planeten vår! Kroppen til en manet består av 98 % vann og består i stor grad av vannet bindevev – mesoglea fungerer som et skjelett. Grunnlaget for mesoglea er proteinet kollagen. Den gelatinøse og gjennomsiktige kroppen til maneten er formet som en bjelle eller en paraply (noen millimeter i diameter opptil 2,5 m). De fleste maneter beveger seg på en reaktiv måte, skyver vann ut av paraplyhulen.

Manet Cornerata(Rhizostomae), rekkefølgen av coelenterate dyr av scyphoid-klassen. Maneter ( opptil 65 cm i diameter) mangler marginale tentakler. Kantene på munnen er forlenget til munnlapper med mange folder som vokser sammen for å danne mange sekundære orale åpninger. Berøring av munnbladene kan forårsake smertefulle brannskader forårsaket av virkningen av stikkende celler. Omtrent 80 arter; De lever hovedsakelig i tropiske, sjeldnere i tempererte hav. I Russland - 2 typer: Rhizostoma pulmo vanlig i svart og Havet i Azov, Rhopilema asamushi funnet i Japanhavet.

Jetflukt av kamskjell

Skalldyrskjell, vanligvis liggende rolig på bunnen, når hovedfienden nærmer seg dem - et herlig sakte, men ekstremt lumsk rovdyr - sjøstjerne- de klemmer dørene til vasken skarpt og presser vann ut av den. Bruker altså jetfremdriftsprinsipp, de dukker opp og fortsetter å åpne og lukke skallet, og kan svømme et betydelig stykke. Hvis kamskjell av en eller annen grunn ikke har tid til å rømme med sin jetfly, sjøstjerne legger armene rundt det, åpner skallet og spiser det...

Sjøskjell(Pecten), en slekt av marine virvelløse dyr av klassen muslinger (Bivalvia). Kamskjellskallet er avrundet med en rett hengselkant. Overflaten er dekket med radielle ribber som divergerer fra toppen. Skallventilene er stengt av en sterk muskel. Pecten maximus, Flexopecten glaber lever i Svartehavet; i Japan og Okhotsk – Mizuhopecten yessoensis ( opptil 17 cm i diameter).

Rocker øyenstikker larve jetpumpe

Temperament Rocker øyenstikker larver, eller eshny(Aeshna sp.) er ikke mindre rovdyr enn sine bevingede slektninger. Hun bor i to og noen ganger fire år i undervannsriket, kryper langs den steinete bunnen, sporer opp små vannlevende innbyggere, og inkluderer gjerne rumpetroller og yngel av ganske store størrelser i kosten. I øyeblikk av fare tar vippelibellens larve av og svømmer fremover med rykk, drevet av den bemerkelsesverdiges arbeid. jetpumpe. Larven tar vann inn i baktarmen og kaster det brått ut, og hopper fremover, drevet av rekylkraften. Bruker altså jetfremdriftsprinsipp, larven til rocker øyenstikkeren med selvsikre rykk og rykk skjuler seg fra trusselen som forfølger den.

Reaktive impulser fra den nervøse "motorveien" til blekksprut

I alle de ovennevnte tilfellene (prinsipper for jetfremdrift av maneter, kamskjell, rocker øyenstikkerlarver), er støt og rykk atskilt fra hverandre i betydelige perioder, derfor oppnås ikke høy bevegelseshastighet. For å øke bevegelseshastigheten, med andre ord, antall reaktive impulser per tidsenhet, nødvendig økt nerveledning som stimulerer muskelsammentrekning, service på en levende jetmotor. Så stor ledningsevne er mulig med en stor nervediameter.

Det er kjent at Blekksprut har de største nervefibrene i dyreverdenen. I gjennomsnitt når de en diameter på 1 mm - 50 ganger større enn de fleste pattedyr - og de utfører eksitasjon med en hastighet 25 m/s. Og en tre meter lang blekksprut dosidicus(den lever utenfor kysten av Chile) tykkelsen på nervene er fantastisk stor - 18 mm. Nerver er tykke som tau! Hjernesignaler - sammentrekningene - suser langs blekksprutens nervøse "motorvei" i hastigheten til en bil - 90 km/t.

Takket være blekksprut, avanserte forskningen på de vitale funksjonene til nerver raskt på begynnelsen av 1900-tallet. "Og hvem vet, skriver den britiske naturforskeren Frank Lane, kanskje det er folk nå som skylder blekkspruten at de nervesystemet er i god stand..."

Hastigheten og manøvrerbarheten til blekkspruten forklares også av dens utmerkede hydrodynamiske former dyrekropp, hvorfor blekksprut og kallenavnet "levende torpedo".

Akkar(Teuthoidea), underorden blekksprut rekkefølgen av dekapoder. Størrelsen er vanligvis 0,25-0,5 m, men noen arter er det største virvelløse dyr(blekkspruter av slekten Architeuthis rekkevidde 18 m, inkludert lengden på tentaklene).
Kroppen til blekksprut er langstrakt, spiss bak, torpedoformet, noe som bestemmer deres høye bevegelseshastighet som i vann ( opptil 70 km/t), og i luften (blekksprut kan hoppe opp av vannet til en høyde opptil 7 m).

Squid Jet Engine

Jet fremdrift , nå brukt i torpedoer, fly, missiler og romskjell, er også karakteristisk for blekksprut - blekksprut, blekksprut, blekksprut. Av størst interesse for teknikere og biofysikere er blekksprut jetmotor. Legg merke til hvor enkelt, med minimal bruk av materiale, naturen løste denne komplekse og fortsatt uovertrufne oppgaven;-)

I hovedsak har blekkspruten to fundamentalt forskjellige motorer ( ris. 1a). Når den beveger seg sakte, bruker den en stor diamantformet finne, som med jevne mellomrom bøyer seg i form av en løpende bølge langs kroppen. Blekkspruten bruker en jetmotor for å starte seg selv raskt.. Grunnlaget for denne motoren er mantelen - muskelvev. Den omgir bløtdyrets kropp på alle sider, utgjør nesten halvparten av volumet av kroppen, og danner et slags reservoar - mantelhulrom - "forbrenningskammeret" til en levende rakett, som vann med jevne mellomrom suges inn. Mantelhulen inneholder gjeller og indre organer blekksprut ( ris. 1b).

Med en jetsvømmemetode dyret suger vann gjennom en vid åpen mantelspalte inn i mantelhulen fra grensesjiktet. Mantelgapet er tett "festet" med spesielle "mansjettknapper" etter at "forbrenningskammeret" til en levende motor er fylt med sjøvann. Mantelgapet er plassert nær midten av blekksprutens kropp, der den er tykkest. Kraften som forårsaker bevegelsen til dyret skapes ved å kaste en vannstrøm gjennom en smal trakt, som er plassert på blekksprutens bukoverflate. Denne trakten, eller sifonen, er "dyse" til en levende jetmotor.

Motorens "dyse" er utstyrt med en spesiell ventil og musklene kan snu den. Ved å endre monteringsvinkelen til traktdysen ( ris. 1c), svømmer blekkspruten like godt både fremover og bakover (hvis den svømmer bakover, forlenges trakten langs kroppen, og ventilen presses mot veggen og forstyrrer ikke vannstrømmen som strømmer fra mantelhulen; når blekkspruten må bevege seg fremover, den frie enden av trakten forlenges noe og bøyer seg i vertikalplanet, utløpet kollapser og ventilen inntar en buet posisjon). Jetsjokk og absorpsjon av vann inn i mantelhulen følger etter hverandre med unnvikende fart, og blekkspruten suser som en rakett i havets blå.

Blekksprut og dens jetmotor - Figur 1

1a) blekksprut – levende torpedo; 1b) blekksprutjetmotor; 1c) posisjonen til dysen og dens ventil når blekkspruten beveger seg frem og tilbake.

Dyret bruker en brøkdel av et sekund på å ta vann inn og skyve det ut. Ved å suge vann inn i mantelhulen i aktre del av kroppen i perioder med langsomme bevegelser på grunn av treghet, utfører blekkspruten dermed et sug av grensesjiktet, og hindrer dermed strømmen i å stoppe opp under et ustøt strømningsregime. Ved å øke delene av utsprøytet vann og øke sammentrekningen av mantelen, øker blekkspruten lett bevegelseshastigheten.

Blekksprutjetmotoren er veldig økonomisk, takket være at han kan nå fart 70 km/t; noen forskere mener at selv 150 km/t!

Ingeniører har allerede opprettet motor som ligner på en blekksprutjetmotor: Dette vannkanon, som kjører med en konvensjonell bensin- eller dieselmotor. Hvorfor blekksprut jetmotor tiltrekker seg fortsatt oppmerksomheten til ingeniører og er gjenstand for nøye forskning av biofysikere? For å jobbe under vann er det praktisk å ha en enhet som fungerer uten tilgang atmosfærisk luft. Det kreative søket av ingeniører er rettet mot å lage et design hydrojetmotor, lignende luft-jet…

Basert på materialer fra fantastiske bøker:
"Biofysikk i fysikktimer" Cecilia Bunimovna Katz,
Og "Primates of the Sea" Igor Ivanovich Akimushkina

Kondakov Nikolay Nikolaevich (1908–1999) – Sovjetisk biolog, dyrekunstner, kandidat i biologiske vitenskaper. Hovedbidrag til biologisk vitenskap tegningene han laget ble til ulike representanter fauna. Disse illustrasjonene ble inkludert i mange publikasjoner, som f.eks Great Soviet Encyclopedia, Red Book of the USSR, i dyreatlas og læremidler.

Akimushkin Igor Ivanovich (01.05.1929–01.01.1993) – Sovjetisk biolog, forfatter og populariserer av biologi, forfatter av populærvitenskapelige bøker om dyreliv. Prisvinner av All-Union Society "Knowledge"-prisen. Medlem av USSR Writers' Union. Den mest kjente publikasjonen av Igor Akimushkin er en bok på seks bind "Dyrenes verden".

Materialene i denne artikkelen vil være nyttige å bruke ikke bare i fysikktimer Og biologi, men også i fritidsaktiviteter.
Biofysisk materiale er ekstremt gunstig for å mobilisere oppmerksomheten til studentene, for å gjøre abstrakte formuleringer til noe konkret og nært, som påvirker ikke bare den intellektuelle, men også den emosjonelle sfæren.

Litteratur:
§ Katz Ts.B. Biofysikk i fysikktimer

§ § Akimushkin I.I. Havets primater
Moskva: Mysl Publishing House, 1974
§ Tarasov L.V. Fysikk i naturen
Moskva: Prosveshchenie Publishing House, 1988

>>Fysikk: Jet fremdrift

Newtons lover hjelper til med å forklare et veldig viktig mekanisk fenomen - jet fremdrift. Dette er navnet som er gitt til bevegelsen til en kropp som skjer når en del av den skilles fra den i en hvilken som helst hastighet.

La oss ta for eksempel en barnegummiball, blåse den opp og slippe den. Vi vil se at når luften begynner å forlate den i en retning, vil ballen selv fly i den andre. Dette er reaktiv bevegelse.

Noen representanter for dyreverdenen beveger seg i henhold til prinsippet om jetfremdrift, for eksempel blekksprut og blekksprut. Ved å kaste ut vannet de absorberer med jevne mellomrom, kan de nå hastigheter på opptil 60-70 km/t. Maneter, blekksprut og noen andre dyr beveger seg på lignende måte.

Eksempler på jetfremdrift finnes også i planteverdenen. For eksempel spretter de modne fruktene til en "gal" agurk, med den letteste berøringen, av stilken og fra hullet som dannes på stedet for den løsnede stilken, blir en bitter væske med frø kastet ut, mens selve agurkene flyr ut i motsatt retning.

Den reaktive bevegelsen som oppstår når vann slippes ut kan observeres i følgende forsøk. Hell vann i en glasstrakt koblet til et gummirør med en L-formet spiss (fig. 20). Vi vil se at når vann begynner å strømme ut av røret, vil selve røret begynne å bevege seg og avvike i motsatt retning av vannstrømmens retning.

Flyreiser er basert på prinsippet om jetfremdrift missiler. Moderne romrakett er et veldig komplekst fly som består av hundretusener og millioner av deler. Massen til raketten er enorm. Den består av massen av arbeidsvæsken (dvs. varme gasser som dannes som et resultat av drivstoffforbrenning og slippes ut i form av en jetstrøm) og den siste eller, som de sier, "tørr". ” massen av raketten som gjenstår etter at arbeidsvæsken er kastet ut fra raketten.

Den "tørre" massen til en rakett består på sin side av massen til strukturen (dvs. rakettskallet, dets motorer og kontrollsystem) og massen nyttelast(det vil si vitenskapelig utstyr, kroppen til et romfartøy som ble skutt opp i bane, mannskapet og livsstøttesystemet til skipet).

Når arbeidsvæsken løper ut, begynner de frigjorte tankene, overflødige deler av skallet osv. å belaste raketten med unødvendig last, noe som gjør det vanskelig å akselerere. Derfor, for å oppnå kosmiske hastigheter, brukes kompositt (eller flertrinns) raketter (fig. 21). Til å begynne med fungerer bare de første trinn 1-blokkene i slike raketter Når drivstoffreservene i dem går tom, skilles de og andre trinn 2 slås på. etter at drivstoffet i den er oppbrukt, separeres det også og det tredje trinnet 3 slås på. Satellitten eller et hvilket som helst annet romfartøy plassert i rakettens hode er dekket med en hodekappe 4, hvis strømlinjeformede form bidrar til å redusere. luftmotstand når raketten flyr i jordens atmosfære.

Når en jetgassstrøm høy hastighet blir kastet ut av raketten, suser selve raketten i motsatt retning. Hvorfor skjer dette?

I følge Newtons tredje lov er kraften F som raketten virker på arbeidsfluidet med lik størrelse og motsatt i retning av kraften F" som arbeidsfluidet virker på rakettkroppen med:
F" = F (12,1)
Force F" (som kalles reaktiv kraft) akselererer raketten.

Sendt inn av lesere fra internettsider

Nettbibliotek med lærebøker og bøker, timeplaner for 8. klasse fysikk, last ned fysikkprøver, bøker og lærebøker i henhold til 8. klasse fysikk kalenderplanlegging

Leksjonens innhold leksjonsnotater støttende frame leksjon presentasjon akselerasjon metoder interaktive teknologier Øv oppgaver og øvelser selvtestverksteder, treninger, case, oppdrag lekser diskusjonsspørsmål retoriske spørsmål fra studenter Illustrasjoner lyd, videoklipp og multimedia fotografier, bilder, grafikk, tabeller, diagrammer, humor, anekdoter, vitser, tegneserier, lignelser, ordtak, kryssord, sitater Tillegg sammendrag artikler triks for nysgjerrige cribs lærebøker grunnleggende og tilleggsordbok over begreper andre Forbedre lærebøker og leksjonerrette feil i læreboka oppdatere et fragment i en lærebok, elementer av innovasjon i leksjonen, erstatte utdatert kunnskap med ny Kun for lærere perfekte leksjoner kalenderplan for året metodiske anbefalinger diskusjonsprogrammer Integrerte leksjoner

Jetfremdrift i natur og teknologi

ABSTRAKT OM FYSIKK

Jet fremdrift- bevegelse som oppstår når en del av den er skilt fra kroppen med en viss hastighet.

Den reaktive kraften oppstår uten interaksjon med ytre kropper.

Anvendelse av jetfremdrift i naturen

Mange av oss i våre liv har møtt maneter mens de svømte i sjøen. I alle fall er det nok av dem i Svartehavet. Men få mennesker trodde at maneter også bruker jetfremdrift for å bevege seg. I tillegg er det slik øyenstikkerlarver og enkelte typer marint plankton beveger seg. Og ofte er effektiviteten til marine virvelløse dyr ved bruk av jetfremdrift mye høyere enn for teknologiske oppfinnelser.

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 leder traktrøret til siden eller bakover og presser raskt vann ut av det og kan bevege seg inn forskjellige sider.

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 havdyp. Blekksprut har oppnådd den høyeste perfeksjon innen jetnavigasjon. De har til og med sine egne kropper ytre former kopierer raketten (eller bedre sagt, raketten kopierer blekkspruten, siden den har udiskutabel prioritet i denne saken). Når den beveger seg sakte, bruker blekkspruten en stor diamantformet finne som med jevne mellomrom bøyer seg. Den bruker en jetmotor for å kaste raskt. Muskelvev- mantelen omgir bløtdyrets kropp på alle sider, volumet av hulrommet er nesten halvparten av volumet av blekksprutens kropp. Dyret suger vann inne i mantelhulen, og kaster deretter skarpt ut en vannstrøm gjennom en smal dyse og beveger seg bakover med høyhastighetsskyv. Samtidig er alle de ti tentaklene til blekkspruten samlet til en knute over hodet, og den får en strømlinjeformet form. Dysen er utstyrt med en spesiell ventil, og musklene kan rotere den og endre bevegelsesretningen. Blekksprutmotoren er veldig økonomisk, den er i stand til å nå hastigheter på opptil 60 - 70 km/t. (Noen forskere mener at selv opp til 150 km/t!) Ikke rart blekkspruten kalles en «levende torpedo». Ved å bøye de buntede tentaklene til høyre, venstre, opp eller ned, snur blekkspruten i en eller annen retning. Siden et slikt ratt er veldig stort sammenlignet med selve dyret, er dens lette bevegelse nok til at blekkspruten, selv i full fart, lett unngår en kollisjon med en hindring. En skarp sving på rattet - og svømmeren skynder seg inn baksiden. Så han bøyde enden av trakten bakover og glir nå hodet først. Han bøyde den til høyre – og jetskyvet kastet ham til venstre. Men når du trenger å svømme raskt, stikker trakten alltid ut rett mellom tentaklene, og blekkspruten suser med halen først, akkurat som en kreps ville løpe - en rask vandrer utstyrt med smidigheten til en racer.

Hvis det ikke er nødvendig å forhaste seg, svømmer blekksprut og blekksprut med bølgende finner - miniatyrbølger renner over dem fra forsiden til baksiden, og dyret glir grasiøst, av og til presser seg selv også med en vannstrøm som kastes ut under mantelen. Da er de individuelle støtene som bløtdyret mottar i øyeblikket av utbrudd av vannstråler tydelig synlige. Noen blekksprut kan nå hastigheter på opptil femtifem kilometer i timen. Det ser ut til at ingen har gjort direkte målinger, men dette kan bedømmes ut fra hastigheten og flyrekkevidden til flygende blekksprut. Og det viser seg at blekkspruter har slike talenter i familien! Den beste piloten blant bløtdyr er blekkspruten Stenoteuthis. Engelske sjømenn kaller det flying squid («flying squid»). Dette er et lite dyr på størrelse med en sild. Den jager fisk med en slik hastighet at den ofte hopper opp av vannet og skummer over overflaten som en pil. Han tyr til dette trikset for å redde livet fra rovdyr - tunfisk og makrell. Etter å ha utviklet maksimal jetkraft i vannet, tar pilotblekkspruten av i luften og flyr over bølgene i mer enn femti meter. Høydepunktet for en levende raketts flukt ligger så høyt over vannet at flygende blekksprut ofte havner på dekkene til havgående skip. Fire til fem meter er ikke en rekordhøyde som blekksprut stiger til himmelen til. Noen ganger flyr de enda høyere.

Den engelske bløtdyrforskeren Dr. Rees beskrev i en vitenskapelig artikkel en blekksprut (bare 16 centimeter lang), som etter å ha fløyet et godt stykke gjennom luften, falt på broen til en yacht, som hevet seg nesten syv meter over vannet.

Det hender at mange flygende blekksprut faller på skipet i en glitrende kaskade. Den eldgamle forfatteren Trebius Niger fortalte en gang en trist historie om et skip som angivelig sank under vekten av flygende blekksprut som falt på dekk. Blekksprut kan ta av uten akselerasjon.

Blekkspruter kan også fly. Den franske naturforskeren Jean Verani så hvordan en vanlig blekksprut akselererte i et akvarium og plutselig hoppet baklengs opp av vannet. Etter å ha beskrevet en rundt fem meter lang bue i luften, ploppet han tilbake i akvariet. Da blekkspruten økte fart for å hoppe, beveget den seg ikke bare på grunn av jet-kraft, men rodde også med tentaklene.
Baggy blekkspruter svømmer selvfølgelig dårligere enn blekksprut, men i kritiske øyeblikk kan de vise rekordklasse for de beste sprinterne. California Aquarium-ansatte prøvde å fotografere en blekksprut som angrep en krabbe. Blekkspruten stormet mot byttet sitt med en slik hastighet at filmen, selv ved filming i de høyeste hastighetene, alltid inneholdt fett. Det betyr at kastet varte i hundredeler av et sekund! Vanligvis svømmer blekksprut relativt sakte. Joseph Seinl, som studerte vandringene til blekksprut, beregnet: en halvmeter stor blekksprut svømmer i havet med gjennomsnittlig hastighet omtrent femten kilometer i timen. Hver vannstråle som kastes ut av trakten skyver den fremover (eller rettere sagt, bakover, siden blekkspruten svømmer bakover) to til to og en halv meter.

Jet motion kan også finnes i planteverdenen. For eksempel spretter de modne fruktene til den "gale agurken", med den minste berøring, av stilken, og en klebrig væske med frø kastes kraftig ut av det resulterende hullet. Selve agurken flyr av gårde i motsatt retning opp til 12 m.

Når du kjenner loven om bevaring av momentum, kan du endre din egen bevegelseshastighet åpen plass. Hvis du er i en båt og du har flere tunge steiner, vil det å kaste steiner i en bestemt retning bevege deg i motsatt retning. Det samme vil skje i verdensrommet, men der bruker de jetmotorer til dette.

Anvendelse av jetfremdrift i teknologi

I mange århundrer har menneskeheten drømt om romfart. Science fiction-forfattere har foreslått en rekke måter å nå dette målet. På 1600-tallet dukket det opp en historie av den franske forfatteren Cyrano de Bergerac om en flytur til månen. Helten i denne historien nådde Månen i en jernvogn, som han hele tiden kastet en sterk magnet over. Tiltrukket av ham steg vognen høyere og høyere over jorden til den nådde Månen. Og baron Munchausen sa at han klatret til månen langs en bønnestilk.

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 revolusjonæren 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.

Jetmotor er en motor som konverterer den kjemiske energien til drivstoff til kinetisk energi gassstråle, mens motoren får turtall i motsatt retning.

Ideen til K.E. Tsiolkovsky ble implementert av sovjetiske forskere under ledelse av akademiker Sergei Pavlovich Korolev. Den første kunstige jordsatellitten i historien ble skutt opp med rakett i Sovjetunionen 4. oktober 1957.

Prinsippet om jetfremdrift er mye brukt praktisk anvendelse innen luftfart og astronautikk. I verdensrommet er det ikke noe medium som et legeme kan samhandle med og dermed endre retningen og størrelsen på hastigheten, derfor kan kun jetfly brukes til romflyvninger fly, dvs. raketter.

Rakettenhet

Bevegelsen til en rakett er basert på loven om bevaring av momentum. Hvis et legeme på et tidspunkt kastes bort fra raketten, vil det få samme impuls, men rettet i motsatt retning

Enhver rakett, uansett design, har alltid et skall og drivstoff med et oksidasjonsmiddel. Rakettskallet inkluderer nyttelasten (i dette tilfellet romfartøyet), instrumentrommet og motoren (forbrenningskammer, pumper, etc.).

Rakettens hovedmasse er drivstoff med et oksidasjonsmiddel (oksidasjonsmidlet er nødvendig for å opprettholde drivstoffforbrenning, siden det ikke er oksygen i rommet).

Drivstoff og oksidasjonsmiddel tilføres forbrenningskammeret ved hjelp av pumper. Drivstoff, når det brennes, blir til gass høy temperatur Og høyt trykk. På grunn av den store trykkforskjellen i brennkammeret og i det ytre rom, strømmer gasser fra brennkammeret ut i en kraftig stråle gjennom klokken spesiell form, kalt en dyse. Hensikten med dysen er å øke hastigheten på strålen.

Før raketten skytes opp er momentumet null. Som et resultat av samspillet mellom gassen i forbrenningskammeret og alle andre deler av raketten, mottar gassen som slipper ut gjennom dysen en viss impuls. Da er raketten et lukket system, og dens totale fart må være null etter oppskyting. Derfor mottar hele skallet på raketten som er i den en impuls som er lik impulsen til gassen, men i motsatt retning.

Den mest massive delen av raketten, beregnet for oppskyting og akselerasjon av hele raketten, kalles det første trinnet. Når det første massive trinnet av en flertrinnsrakett tømmer alle drivstoffreservene under akselerasjon, skilles den. Ytterligere akselerasjon fortsettes av det andre, mindre massive trinnet, og det legger til noe mer hastighet til hastigheten som tidligere ble oppnådd ved hjelp av det første trinnet, og skiller seg deretter. Det tredje trinnet fortsetter å øke hastigheten til ønsket verdi og leverer nyttelasten i bane.

Den første personen som flyr inn verdensrommet, var borger Sovjetunionen Yuri Alekseevich Gagarin. 12. april 1961 fløy den rundt kloden på satellittskipet "Vostok"

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, to sovjetiske romskip Vega 1 og Vega 2 undersøkte Halleys komet nøye, som nærmer seg solen en gang hvert 76. år.

Systemer. Teknikk fysisk trening. Målresultat bevegelse avhenger ikke... Helsekrefter natur Helsekrefter natur gi betydelig innflytelse...en kombinasjon av treghetskrefter, reaktive og konsentrerte muskelsammentrekninger...

Jet fremdrift.

I mange århundrer har menneskeheten drømt om romfart. Science fiction-forfattere har foreslått en rekke måter å nå dette målet. På 1600-tallet dukket den franske forfatteren Cyrano de Bergeracs historie om en flytur til månen opp. Helten i denne historien nådde Månen i en jernvogn, som han hele tiden kastet en sterk magnet over. Tiltrukket av ham steg vognen høyere og høyere over jorden til den nådde Månen. Og baron Munchausen sa at han klatret til månen langs en bønnestilk.

Men ikke en eneste vitenskapsmann, ikke en eneste science fiction-forfatter i mange århundrer kunne nevne det eneste middelet til en persons disposisjon for å overvinne tyngdekraften og fly ut i verdensrommet. Dette ble oppnådd av den russiske vitenskapsmannen Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935). 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.

En jetmotor er en motor som konverterer den kjemiske energien til drivstoffet til den kinetiske energien til en gassjet, og motoren får fart i motsatt retning. På hvilke prinsipper og fysiske lover er dens handling basert?

Alle vet at et skudd fra en pistol er ledsaget av rekyl. Hvis vekten av kulen var lik vekten av pistolen, ville de fly fra hverandre med samme hastighet. Rekyl oppstår fordi den utkastede massen av gasser skaper en reaktiv kraft, takket være hvilken bevegelse kan sikres både i luft og i luftløst rom. Og jo større massen og hastigheten til de strømmende gassene er, desto stor styrke Rekylen merkes av skulderen vår, jo sterkere reaksjonen til pistolen er, desto større er reaktiv kraft. Dette er lett å forklare ut fra loven om bevaring av momentum, som sier at den geometriske (dvs. vektor) summen av momentumet til kroppene som utgjør et lukket system forblir konstant for alle bevegelser og interaksjoner av kroppene i systemet.

K. E. Tsiolkovsky utledet en formel som lar deg beregne maksimal hastighet, som raketten kan utvikle.

Den maksimalt oppnåelige hastigheten avhenger først og fremst av hastigheten på gasstrømmen fra dysen, som igjen først og fremst avhenger av typen drivstoff og temperaturen på gassstrålen. Jo høyere temperatur, jo høyere hastighet. Dette betyr at for en rakett må du velge det mest kaloririke drivstoffet som gir største antall varme. Forholdet mellom drivstoffmassen og massen til raketten ved slutten av motordriften (dvs. i hovedsak til vekten av den tomme raketten) kalles Tsiolkovsky-tallet.

Hovedkonklusjonen er at i luftløst rom vil en rakett utvikle en høyere hastighet, jo høyere hastigheten på gassutstrømningen er og større antall Tsiolkovsky.

Bevegelser av kropper med variabel masse.
Kunnskap om loven om bevaring av momentum gjør det i mange tilfeller mulig å finne resultatet av samspillet mellom kropper når verdiene til de handlende kreftene er ukjente.

La oss ta handlingen til en jetmotor som et eksempel. Når drivstoff brenner i forbrenningskammeret til en rakett, dannes det gasser som varmes opp til høy temperatur. Når motoren går i et kort tidsintervall t, skytes varme gasser med massen m ut fra rakettdysen med en hastighet u i forhold til raketten. Raketten og gassene som slippes ut av motoren samhandler med hverandre. Basert på loven om bevaring av momentum, i fravær av ytre krefter, forblir summen av momentumvektorene til samvirkende kropper konstant.

Før motorene begynte å fungere, var momentumet til raketten og drivstoffet lik null, derfor er summen av endringene i vektorene til rakettimpulsen og eksosimpulsen lik null, selv etter slått på:

hvor m er massen til raketten, V er endringen i rakettens hastighet, m er massen av utkastede gasser, u er hastigheten til gassene.

Herfra får vi for momentumvektorene:

La oss dele begge sider av likheten med tidsintervallet t som rakettmotorene opererte i:

eller

Produktet av rakettens masse m og dens akselerasjon a er per definisjon lik kraften som forårsaker denne akselerasjonen:

Dermed har vi vist at den reaktive skyvekraften Fp er lik produktet av hastigheten u for bevegelsen til de utkastede gassene i forhold til raketten og det andre drivstofforbruket m/t.

Den reaktive skyvekraften Fp virker fra siden av gassene på raketten og er rettet i motsatt retning av retningen for utstrømningen av gasser.

Uttrykk

det er en ligning for dynamikken til et legeme med variabel masse for tilfellet når ytre krefter er lik null. Hvis raketten i tillegg til den reaktive kraften Fp påvirkes av en ekstern kraft F, vil ligningen for bevegelsesdynamikk ha formen:

Denne ligningen ble oppnådd av en professor ved St. Petersburg University
I.V. Meshchersky og bærer navnet hans.

Meshcherskys formel er en generalisering av Newtons andre lov for bevegelse av kropper med variabel masse. Akselerasjonen til et legeme med variabel masse bestemmes ikke bare av de ytre kreftene F som virker på kroppen, men også av den reaktive kraften Fp forårsaket av endringen i massen til det bevegelige legemet:

Rakett. To kroppssystem. Drivstoffhus.
Huset er et rør med en åpen ende for at eksosgassene skal unnslippe. Dyser (rør) er installert på halen for rettet utslipp av gasser ved høy hastighet.
Drivstoff er et komplekst drivstoff som, når det brennes, blir til en gass med høy temperatur og høy bevegelse.

V av en rakett avhenger av m av drivstoffet og selve raketten, samt av V av gassutslipp.

Denne formelen tar ikke hensyn til luftmotstand og F til jorden.

Faktisk skjer utslipp av gasser ikke umiddelbart, men gradvis. Hvis vi tar hensyn til alle forholdene, må vi ta mange ganger mer drivstoff.

For å gi skipet den første rømningshastigheten, da

Jetfremdrift i natur og teknologi

ABSTRAKT OM FYSIKK

Jet fremdrift- bevegelse som oppstår når en del av den er skilt fra kroppen med en viss hastighet.

Reaktiv kraft oppstår uten interaksjon med ytre kropper.

Anvendelse av jetfremdrift i naturen

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 klemmer raskt vann ut av det og kan bevege seg i forskjellige retninger.

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 dens ytre former, kopierer raketten (eller bedre sagt, raketten kopierer blekkspruten, siden den har udiskutabel prioritet i denne saken). Når den beveger seg sakte, bruker blekkspruten en stor diamantformet finne som med jevne mellomrom bøyer seg. Den bruker en jetmotor for å kaste raskt. Muskelvev - mantelen omgir bløtdyrets kropp på alle sider. Volumet av hulrommet er nesten halvparten av blekksprutens kropp. Dyret suger vann inne i mantelhulen, og kaster deretter skarpt ut en vannstrøm gjennom en smal dyse og beveger seg bakover med høyhastighetsskyv. Samtidig er alle de ti tentaklene til blekkspruten samlet til en knute over hodet, og den får en strømlinjeformet form. Dysen er utstyrt med en spesiell ventil, og musklene kan rotere den og endre bevegelsesretningen. Blekksprutmotoren er veldig økonomisk, den er i stand til å nå hastigheter på opptil 60 - 70 km/t. (Noen forskere mener at selv opp til 150 km/t!) Ikke rart blekkspruten kalles en «levende torpedo». Ved å bøye de buntede tentaklene til høyre, venstre, opp eller ned, snur blekkspruten i en eller annen retning. Siden et slikt ratt, sammenlignet med selve dyret, har en veldig store størrelser, da er dens lette bevegelse nok for blekkspruten, selv kl full fart fremover, kunne lett unngå en kollisjon med en hindring. En skarp sving på rattet - og svømmeren skynder seg i motsatt retning. Så han bøyde enden av trakten bakover og glir nå hodet først. Han bøyde den til høyre – og jetskyvet kastet ham til venstre. Men når du trenger å svømme raskt, stikker trakten alltid ut rett mellom tentaklene, og blekkspruten suser med halen først, akkurat som en kreps ville løpe - en rask vandrer utstyrt med smidigheten til en racer.

Blekkspruter kan også fly. Den franske naturforskeren Jean Verani så hvordan en vanlig blekksprut akselererte i et akvarium og plutselig hoppet baklengs opp av vannet. Etter å ha beskrevet en rundt fem meter lang bue i luften, ploppet han tilbake i akvariet. Da blekkspruten økte fart for å hoppe, beveget den seg ikke bare på grunn av jet-kraft, men rodde også med tentaklene.
Baggy blekkspruter svømmer selvfølgelig dårligere enn blekksprut, men i kritiske øyeblikk kan de vise rekordklasse for de beste sprinterne. California Aquarium-ansatte prøvde å fotografere en blekksprut som angrep en krabbe. Blekkspruten stormet mot byttet sitt med en slik hastighet at filmen, selv ved filming i de høyeste hastighetene, alltid inneholdt fett. Det betyr at kastet varte i hundredeler av et sekund! Vanligvis svømmer blekksprut relativt sakte. Joseph Seinl, som studerte vandringene til blekksprut, beregnet: en halvmeter stor blekksprut svømmer gjennom havet med en gjennomsnittshastighet på omtrent femten kilometer i timen. Hver vannstråle som kastes ut av trakten skyver den fremover (eller rettere sagt, bakover, siden blekkspruten svømmer bakover) to til to og en halv meter.

Når du kjenner loven om bevaring av momentum, kan du endre din egen bevegelseshastighet i åpent rom. Hvis du er i en båt og du har flere tunge steiner, vil det å kaste steiner i en bestemt retning bevege deg i motsatt retning. Det samme vil skje i verdensrommet, men der bruker de jetmotorer til dette.

Anvendelse av jetfremdrift i teknologi

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. Senere utviklet han et opplegg rakettmotor på flytende brensel, foreslo en flertrinns rakettdesign, og 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.

Jetmotor er en motor som omdanner drivstoffets kjemiske energi til kinetisk energi til en gassjet, mens motoren får fart i motsatt retning.

Prinsippet om jetfremdrift finner bred praktisk anvendelse innen luftfart og astronautikk. I verdensrommet er det ikke noe medium som et legeme kan samhandle med og dermed endre retningen og størrelsen på hastigheten, derfor kan bare jetfly, dvs. raketter, brukes til romflyvninger.

Rakettenhet

Bevegelsen til en rakett er basert på loven om bevaring av momentum. Hvis et legeme på et tidspunkt kastes bort fra raketten, vil det få samme impuls, men rettet i motsatt retning

Rakettens hovedmasse er drivstoff med et oksidasjonsmiddel (oksidasjonsmidlet er nødvendig for å opprettholde drivstoffforbrenning, siden det ikke er oksygen i rommet).

Drivstoff og oksidasjonsmiddel tilføres forbrenningskammeret ved hjelp av pumper. Drivstoff, når det brennes, blir til en gass med høy temperatur og høyt trykk. På grunn av den store trykkforskjellen i brennkammeret og i det ytre rom, strømmer gasser fra brennkammeret ut i en kraftig stråle gjennom en spesialformet fatning som kalles en dyse. Hensikten med dysen er å øke hastigheten på strålen.

Den mest massive delen av raketten, beregnet for oppskyting og akselerasjon av hele raketten, kalles det første trinnet. Når det første massive trinnet flertrinns rakett tømmer ut alle drivstoffreservene under akselerasjon, den skiller. Ytterligere akselerasjon fortsettes av det andre, mindre massive trinnet, og det legger til noe mer hastighet til hastigheten som tidligere ble oppnådd ved hjelp av det første trinnet, og skiller seg deretter. Det tredje trinnet fortsetter å øke hastigheten til ønsket verdi og leverer nyttelasten i bane.

Den første personen som fløy i verdensrommet var en borger av Sovjetunionen, Yuri Alekseevich Gagarin. 12. april 1961 Han sirklet jordkloden på Vostok-satellitten.

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.