Реактивное движение

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Средняя школа № 4 г. Стрежевой с углубленным изучением отдельных предметов Реферат на тему:

«Реактивное движение»

Выполнили: Гончаров Кирилл и Жуков Игорь, ученики 9а класса Руководитель: Серебренникова О. В.,

учитель физики

2014 г.

Стрежевой

Введение

Кто не знает, что такое ракета? Но законы, по которым возможно движение ракеты, известны немногим. В данном реферате мы решили раскрыть суть реактивного движения — движения, происходящего при отсоединении от тела его части.

Цель: узнать, что такое реактивное движение, как оно проявляется в ракете и как его используют люди.

Задачи: найти информацию о реактивном движении, про ракеты, а также построить собственную модель ракеты на топливе.

1. Что такое реактивное движение Реактивное движение — это движение, происходящее при отделении от тела его части. В случае с ракетой сила, приводящая ракету в движение, образуется при преобразовании химической энергии топлива в кинетическую энергию струи газов, выходящих в обратную направлению движения ракеты сторону.

В течение многих веков человечество мечтало о космических полетах. Писатели-фантасты придумывали множество путей выхода в космос. Но ни один из них не смог придумать научно обоснованный способ попасть за пределы Земли, который еще бы и работал в тех условиях. Это смог сделать русский ученый К. Э. Циолковский. Именно он показал, что единственный способ дойти до космоса — это создать ракету — летательный аппарат с двигателем на реактивной тягесиле, образующейся при отделении от тела его части.

Уравнение реактивной тяги:

При сгорании топлива в камере сгорания ракеты образуются газы, нагретые до высокой температуры. При действии двигателя в течение короткого интервала времени t из сопла ракеты выбрасываются со скоростью u относительно ракеты горячие газы массой m. Ракета и выбрасываемые ее двигателем газы взаимодействуют между собой. На основании закона сохранения импульса при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остается постоянной:

из чего выходит

где mмассы ракеты и газов, v — изменение скорости ракеты, u — скорость газов.

Разделим обе части равенства на интервал времени t, в течение которого работали двигатели ракеты:

Произведение массы ракеты m на ускорение ее движения a по определению равно силе, вызывающей это ускорение:

Но эта формула справедлива только тогда, когда на ракету не действуют другие силы, кроме реактивной тяги. Если же есть некоторая внешняя сила F, то формула принимает вид

.

Это уравнение выведено профессором Петербургского университета И. В. Мещерским и носит его имя.

Рис. 2. Иван Всеволодович Мещерский Также реактивное движение встречается в природе у некоторых животных, в основном водных, например, у кальмаров. Отдача при выстреле — это также проявление реактивной силы.

2. Ракета Ракемта— летательный аппарат, двигающийся в пространстве за счёт действия реактивной тяги, возникающей только вследствие отброса части собственного тела аппарата и без использования вещества из окружающей среды. Поскольку полёт ракеты не требует обязательного наличия окружающей воздушной или газовой среды, то он возможен не только в атмосфере, но и в вакууме, то есть в космосе. Словом ракета обозначают широкий спектр летающих устройств от праздничной петарды до космической ракеты-носителя.

Ракеты использовались людьми с ранних времен. Истоки возникновения ракет большинство историков относят ко временам китайской династии Хань (206 год до н. э.—220 н. э.), к открытию пороха и началу его использования для фейерверков и развлечений. Описание летающих «огненных стрел», применявшихся китайцами, показывает, что эти стрелы были ракетами. К ним прикреплялась трубка из уплотненной бумаги, открытая только с заднего конца и заполненная горючим составом. Этот заряд поджигался, и затем стрела выпускалась с помощью лука. Тот же принцип использовали многие другие государства, начиная с монголов в XIIIвеке и заканчивая нынешними высокоточными ракетными снарядами.

Основные силы, действующие на ракету в полёте:

Тяга двигателя — реактивная тяга (см. Что такое реактивное движение) При движении в атмосфере — лобовое сопротивление.

Подъёмная сила (в основном несущественна).

Несмотря на то, что ракета — это идеальный транспорт (из ныне существующих) для космических путешествий, использовать ракеты для непосредственно полетов в космос человек научился совсем недавно. В 1957 году в СССР была создана межконтинентальная баллистическая ракета (боевая) Р-7, которую позже приспособили под перевозку первого искусственного спутника. С тех пор ракеты стали использовать для полетов. Самый известный — это «кругосветное путешествие» Алексея Гагарина 12 апреля 1961 года. Этот день вошел в историю как День Космонавтики.

3. Строение ракеты Простейшая схема ракеты включает всего два элемента:

корпус в форме трубы с отверстием на одной стороне для истечения газов;

топливо, сжигаемое для создания реактивной тяги.

Рис. Строение современной космической ракеты Настоящая схема ракеты намного сложнее. Обычно, когда создают ракету, самое главное, что продумывают, это ее ступенчатость. Ступени в ракете содержат топливо. Когда топливо заканчивается, ступень отделяется от ракеты. Ракеты с одной ступенью — это обычно боевые ракеты и модели ракет. Для них не нужно много топлива, поэтому можно обойтись одним топливным баком. В космических ракетах используется многоступенчатая схема. Это связано с тем, что нужно огромное количество топлива, чтобы поднять ракету в космос, а увеличение массы ракеты влечет дальнейшее увеличение необходимости в топливе.

Более конкретное строение ракеты обуславливается нуждами конструкторов. Например, для боевых ракет важна скорость и компактность, в то время как для исследователей важнее надежность и грузоподъемость. Для моделей ракет во главе угла встает простота в изготовлении и безопасность.

В настоящее время в космонавтике используются ракеты Атлас V, Ариан 5, Протон, Дельта-4, Союз-2 и многие другие.

Чтобы преодолеть притяжение небесного тела, ракете нужно развить определенную скорость. Эта скорость называется космической. В основном используют две космические скорости:

первая — при которой ракета становится спутником небесного тела. Для Земли она равна примерно 8 км/с;

вторая — при которой ракета преодолевает притяжение небесного тела. Для Земли она равна 11,2 км/с.

4. Ракетное топливо Ракетное топливо — это вещество, используемое в двигателе ракеты для создания реактивной тяги и ускорения ракеты.

Топливо бывает разное. В основном в космических ракетах используется химическое топливо. При использовании этого вида топлива происходят реакции с выделением энергии, благодаря которым ракета движется.

Жидкое химическое ракетное топливо делится на окислитель и восстановитель. Оба компонента находятся в разных баках в конструкции ракеты. Смешивание происходит в момент запуска и полета. Происходит окислительно-восстановительная реакция с выделением энергии, и ракета летит. Также существует такое понятие, как монотопливо. Это топливо, в котором окислителем и восстановителем является одно вещество. Наиболее распространенным химическим топливом является водород и его смеси с различными веществами (кислородом, фтором и т. д.)

В качестве источника энергии в ядерном ракетном топливе используется энергия распада изотопов. Данный вид топлива слабо распространен и используется в основном в экспериментах.

Два других типа топлива — электрореактивное и механическое — используются в моделях ракет. Электрореактивное топливо использует электроэнергию, а механическое — энергию сжатых газов.

5. Применение ракет Естественно, что если бы от ракет не было бы никакого толку, их бы и не изобретали. На сегодняшний день ракеты используются в таких отраслях, как:

военном деле — ракеты-носители боевых зарядов. Ракеты «земля-земля», «земля-воздух», межконтинентальные и т. д. История этого дела началась еще до нашей эры;

космонавтике — самая развивающаяся область ракетостроения. Множество ракет разных конструкций, начиная с 60-х годов прошлого века, а также использование ракетных двигателей в конструкции различных космических объектов, таких, как станции, спутники и т. д.;

научной деятельности — использование ракет в метеорологической деятельности, исследовании атмосферы и прочее;

хобби — модели ракет для своего удовольствия, а также в спортивных целях. (Один из подобных примеров находится в практической части.)

Практическая часть ракета реактивный модель Тема: Реактивное движение. Создание ракеты.

Цель: создать модель ракеты.

Оборудование: Бутылка 1.5 л, колпачок-клапан, ниппель (заплатка для шины с клапаном для накачивания), пластилин, вода (топливо).

Ход работы:

Ракета основана на переходе потенциальной энергии воды в кинетическую энергию воды. Газ мощно выдавливает воду из бутылки, и ракета летит.

1. К бутылке 1.5 л приделываем колпачок-клапан.

2. На днище бутылки делаем отверстие.

3. Используя пластилин, вставляем ниппель в отверстие.

4. Заливаем полбутылки воды.

5. Чтобы запустить ракету, накачиваем ее насосом через ниппель, а затем открываем колпачок.

Рис. 6(в). Приблизительное расстояние полета — до 10 м

(Камера не сфокусировалась, ракета — это черное пятно в небе) Вывод: на модели ракеты мы убедились в существовании реактивной тяги и реактивного движения.

Заключение

Ракетостроение — это очень интересная область науки. История ракетостроения началась с давних времен. В наше время ракеты — это основной космический транспорт, а также один из видов вооружения, для ученых — удобное средство исследования, а для обычных людей — интересное хобби, занятие для себя.

Вывод: Используя источники информации, мы сумели найти информацию о реактивном движении, его причинах, а также о том, какую пользу оно несет людям. Кроме того, мы построили действующую модель ракеты на реактивном топливе.

1. http://wikipedia.org — Википедия.

2. http://sch119comp2.narod.ru/0103.htm — Реактивное движение. Уравнение Мещерского.

3. http://lifehacker.ru/2012/06/25/water-rocket/ - Модель водяной ракеты

4. С. В. Громов, Н. А. Родина — Физика. Учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений. — 2001 год, Москва, «Просвещение»