Главная » Двигатель

Двигатель ракеты выбрасывает газ равными порциями с одинаковыми скоростями относительно ракеты

Содержание
  1. § 27. Реактивное движение. Освоение космоса
  2. БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ
  3. ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ
  4. § 27. Реактивное движение. Освоение космоса
  5. Двигатель ракеты выбрасывает газ равными порциями с одинаковыми скоростями относительно ракеты
  6. РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ — ВИКТОРИНА ПО ФИЗИКЕ
  7. Реактивное движение. Освоение космоса
  8. 1. Реактивное движение
  9. Принцип действия ракеты
  10. Почему ракеты делают многоступенчатыми?
  11. Расчет передаваемого ракете импульса
  12. 2. Развитие ракетостроения и освоение космоса
  13. Современное состояние космических исследований
  14. Дополнительные вопросы и задания

§ 27. Реактивное движение. Освоение космоса

БАЗОВЫЙ УРОВЕНЬ

1. Можно ли отнести к реактивному движению: а) отдачу ружья при выстреле? б) движение медузы (рис. 27.1)? в) подъём воздушного шара после сбрасывания балласта?

2. В одной сказке жадный богач с мешком золотых монет оказался на таком скользком льду озера, что не смог сдвинуться с места и замёрз. Как он мог бы спастись, если бы не был таким жадным?

3. Барон Мюнхаузен рассказывал, что однажды, прыгнув через болото, он уже в полёте понял, что не долетит до противоположного берега. Тогда прямо в воздухе «усилием воли» он повернул обратно и вернулся на берег, с которого прыгал. Почему при всём уважении к правдивости барона мы должны усомниться в его рассказе?

4. Как в космическом пространстве можно осуществить торможение космического корабля?

5. На борту катера укреплены две одинаковые пушки, стволы которых установлены горизонтально и направлены в противоположные стороны. При одновременных выстрелах оба снаряда попадают каждый в свою цель. Попадут ли снаряды в цели, если одна из пушек выстрелит немного раньше другой?

6. Двигатель ракеты работает в импульсном режиме, выбрасывая равными порциями с одинаковыми скоростями продукты сгорания. При этом скорость ракеты увеличивается ступенчато. Будут ли изменяться приращения скорости по мере сгорания топлива?

7. Какую скорость приобретает вначале покоившаяся ракета массой 600 кг, если продукты сгорания массой 15 кг вылетели из сопла ракеты со скоростью 800 м/с? Примите, что весь газ вылетел из сопла сразу.

ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ

8. Модель ракеты, масса которой вместе с зарядом равна 300 г, взлетает вертикально вверх и достигает высоты 200 м. Масса заряда 50 г, считайте, что сгорание заряда происходит мгновенно. Чему равна скорость истечения газов из ракеты?

§ 27. Реактивное движение. Освоение космоса

1. Можно ли отнести к реактивному движению: а) отдачу ружья при выстреле? б) движение медузы (рис. 27.1)? в) подъём воздушного шара после сбрасывания балласта?

2. В одной сказке жадный богач с мешком золотых монет оказался на таком скользком льду озера, что не смог сдвинуться с места и замёрз. Как он мог бы спастись, если бы не был таким жадным?

3. Барон Мюнхаузен рассказывал, что однажды, прыгнув через болото, он уже в полёте понял, что не долетит до противоположного берега. Тогда прямо в воздухе «усилием воли» он повернул обратно и вернулся на берег, с которого прыгал. Почему при всём уважении к правдивости барона мы должны усомниться в его рассказе?

4. Как в космическом пространстве можно осуществить торможение космического корабля?

5. На борту катера укреплены две одинаковые пушки, стволы которых установлены горизонтально и направлены в противоположные стороны. При одновременных выстрелах оба снаряда попадают каждый в свою цель. Попадут ли снаряды в цели, если одна из пушек выстрелит немного раньше другой?

6. Двигатель ракеты работает в импульсном режиме, выбрасывая равными порциями с одинаковыми скоростями продукты сгорания. При этом скорость ракеты увеличивается ступенчато. Будут ли изменяться приращения скорости по мере сгорания топлива?

7. Какую скорость приобретает вначале покоившаяся ракета массой 600 кг, если продукты сгорания массой 15 кг вылетели из сопла ракеты со скоростью 800 м/с? Примите, что весь газ вылетел из сопла сразу.

Читайте также:  Тесты по технике безопасности при ремонте автомобилей

8. Модель ракеты, масса которой вместе с зарядом равна 300 г, взлетает вертикально вверх и достигает высоты 200 м. Масса заряда 50 г, считайте, что сгорание заряда происходит мгновенно. Чему равна скорость истечения газов из ракеты?

Двигатель ракеты выбрасывает газ равными порциями с одинаковыми скоростями относительно ракеты

2018-07-15
Из ракеты массой $M$ выбрасываются продукты сгорания одинаковыми порциями массой $m$ со скоростью $v_<отн>$ относительно ракеты. Определите скорость ракеты после выброса n-й порции. Силой тяжести и сопротивлением воздуха пренебречь.

Определить изменение скорости ракеты после выброса порции топлива массой $m$ можно из условия сохранения количества движения в системе «ракета—газ». Пусть ракета выбрасывает k-ю порцию газа. Запишем закон сохранения импульса: $\vec

_ = \vec

_$, где $\vec

_$ — импульс системы до выброса газа,$\vec

_ = [M — (k — 1)m] \vec$, и $\vec

_$ — импульс системы после выброса k-той порции, $\vec

_ = (M — km) \vec_ <1>+ m \vec_<г>$, где $\vec$ и $\vec_<1>$ — скорости ракеты относительно неподвижной системы отсчета соответственно до и после выброса газа, $\vec_<г>$ — скорость истечения газа относительно неподвижной системы отсчета, $\vec_ <г>= \vec_ <отн>+ \vec_<1>$. В проекции на вертикальную ось закон сохранения импульса имеет вид:

$(M — (k — 1)m)v = (M — km)v_ <1>+ m(v_ <1>— v_<отн>)$,

Если было произведено n-выбросов порций газа, то ракета приобрела скорость $\sum_^ \Delta v_$ и

РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ — ВИКТОРИНА ПО ФИЗИКЕ

1. Сможет ли вращаться в пустоте (например, в сильно разреженном воздухе под колоколом воздушного насоса) сегнерово колесо, изображенное на рисунке?

2. С площадки заднего вагона движущегося поезда человек бросает камень против движения поезда так, что камень отвесно падает на землю. Изменится ли в результате броска человеком камня энергия поезда?

3. По рельсам в горизонтальном направлении катится тележка с песком. Через отверстие в дне песок ссыпается между рельсами. Как изменяется при этом скорость тележки?

4. Во время прыжка через болото барон Мюнхгаузен, заметив, что не допрыгнет до противоположного берега, прямо в воздухе «усилием воли» повернул обратно и вернулся на берег, с которого прыгал. Возможен ли этот «правдивый случай» в реальной жизни?

5. Можно ли отнести к реактивному движению подъем воздушного шара после сбрасывания балласта?

6. В каком случае орудие могло бы приобрести при выстреле большую скорость, чем вылетевший из него снаряд? Если.

7. На железнодорожной платформе, которая может двигаться по рельсам, укреплены две одинаковые пушки, стволы которых направлены вдоль рельсов в противоположные стороны. При одновременных выстрелах оба снаряда попадают каждый в свою цель. Попадут ли снаряды в цели, если одна из пушек выстрелит немного раньше другой?

8. Возможно ли, чтобы при пуске реактивного снаряда, установленного в хвосте самолета для защиты от нападения сзади, снаряд разворачивался и догонял самолет?

9. Космический корабль движется вокруг Земли так, что все время находится в точке, где силы притяжения Луны и Земли компенсируют друг друга. Работают ли при этом двигатели корабля?

10. Двигатель ракеты работает в импульсном режиме, выбрасывая равными порциями с одинаковыми скоростями продукты сгорания и тем самым как бы ступеньками увеличивая скорость ракеты. Будут ли изменяться величины этих приращений скорости по мере сгорания топлива?

11. Можно ли превратить Землю в гигантский космический корабль, используя для этой цели современные ракетные двигатели?

Читайте также:  Асинхронный двигатель ремонт статора

Азбука физики

Научные игрушки

Простые опыты

Этюды об ученых

Решение задач

Презентации

Реактивное движение. Освоение космоса

1. Реактивное движение

Из закона сохранения импульса следует: чтобы разогнаться, надо что-то оттолкнуть назад.

Например, когда человек разбегается, он ногами толкает назад дорогу; автомобиль толкает назад дорогу вращающимися ведущими колесами; гребец веслом толкает назад воду.

А что можно оттолкнуть назад, когда вокруг ничего нет – как у ракеты в открытом космосе?

В таком случае надо брать с собой то, что можно будет потом отталкивать назад. Так, лодку можно разогнать и без весел, если запастись, например, большим количеством мячей и бросать их из лодки назад (рис. 27.1).

Подобным же образом приходит в движение и пушка при отдаче во время выстрела: толкая ядро, пушка согласно закону сохранения импульса и сама получает толчок.
Движение, при котором тело изменяет свою скорость, отбрасывая свою часть, называют реактивным.

Принцип действия ракеты

Наиболее важный практический пример реактивного движения представляет собой движение ракеты.

Вы можете сами сделать простейшую модель ракеты – для этого достаточно взять обыкновенный воздушный шарик.

Поставим опыт
Надуйте шарик и, не завязывая его, отпустите. Воздух будет выходить из шарика, и он полетит в сторону, противоположную направлению струи воздуха (рис. 27.2).

Движение шарика объясняется законом сохранения импульса.

В начальный момент шарик с содержащимся в нем воздухом покоился относительно земли. Согласно закону сохранения импульса суммарный импульс шарика и вышедшего из него воздуха должен оставаться равным нулю. Поэтому выходящий из шарика воздух и шарик должны двигаться в противоположных направлениях.

Ракета сходна в этом отношении с детским воздушным шариком. Подобно воздуху, выходящему из шарика, из сопла ракеты с огромной скоростью вылетают назад продукты сгорания топлива (раскаленный газ). При этом согласно закону сохранения импульса ракете сообщается импульс, направленный вперед (рис. 27.3).

Выберем инерциальную систему отсчета, в которой в начальный момент ракета покоилась, причем ее двигатель был выключен. Пусть при включении двигателя из сопла ракеты вылетела порция газа массой mг со скоростью г относительно выбранной системы отсчета.

Согласно закону сохранения импульса суммарный импульс ракеты и газа в этой системе отсчета остался равным нулю. Поэтому

Здесь mр – масса ракеты (оставшаяся после выброса порции газа), р – скорость, которую приобрела ракета в выбранной системе отсчета (в которой ее начальная скорость равна нулю). Следовательно, р – это изменение скорости ракеты в этой системе отсчета.

? 1. Докажите, что изменение скорости ракеты прямо пропорционально массе выброшенного газа и его скорости относительно ракеты и обратно пропорционально массе ракеты.

Ракеты используют для запуска искусственных спутников Земли, обслуживания орбитальных станций, межпланетных полетов.

В головной части ракеты расположена кабина космонавтов. В начале полета на эту часть приходится всего несколько процентов от общей массы ракеты. Основную же массу ракеты в начале полета составляет запас топлива.

В современных ракетах скорость вылетающего газа (относительно ракеты) составляет несколько километров в секунду (в несколько раз больше скорости пули). Как следует из соотношения (1), для того чтобы даже при такой огромной скорости вылетающего газа ракета приобрела первую космическую скорость (около 8 км/с), необходимо, чтобы масса топлива в несколько раз превышала массу полезного груза.

Однако весь газ нельзя выбрасывать из ракеты сразу! Дело в том, что ускорение ракеты было бы при этом настолько большим, что возникшую перегрузку не смогли бы выдержать не только космонавты, но и приборы.

Почему ракеты делают многоступенчатыми?

Чтобы избежать больших перегрузок, ракета должна разгоняться в течение достаточно длительного промежутка времени. А при длительном разгоне вылетающий из сопла ракеты газ должен разгонять не только саму ракету, но и весь огромный запас топлива, который ракета несет в своем корпусе. В результате расход топлива многократно увеличивается.

Например, чтобы без чрезмерных перегрузок разогнать ракету до первой космической скорости, масса топлива должна в десятки раз превышать массу полезного груза. Поэтому ракету делают многоступенчатой.

Первая и вторая ступени ракеты представляют собой емкости с топливом, камерами сгорания и соплами. Когда топливо, содержащееся в первой ступени, сгорает, она отделяется от ракеты, в результате чего масса ракеты значительно уменьшается. Затем то же происходит со второй ступенью, после чего включаются двигатели третьей ступени, завершающие разгон ракеты до расчетной скорости.

Расчет передаваемого ракете импульса

Рассмотрим несколько упрощенный пример расчета скорости движения ракеты.

? 2. При работе двигателя из сопла ракеты массой 100 т ежесекундно выбрасывается 100 кг газа со скоростью 4 км/с относительно ракеты. Считайте, что изменением массы ракеты за рассматриваемый промежуток времени можно пренебречь.
а) Чему равен импульс выброшенного за 1 с газа в инерциальной системе отсчета, в которой ракета в начальный момент покоилась?
б) Чему равно изменение импульса ракеты за 1 с в той же системе отсчета?
в) Какая сила действовала на ракету со стороны газа?
г) Чему равно ускорение ракеты в упомянутой системе отсчета?

2. Развитие ракетостроения и освоение космоса

Основы теории реактивного движения заложил Константин Эдуардович Циолковский.

После перенесенной в детстве скарлатины он практически оглох и не мог посещать школу. Но он оказался гениальным самоучкой и стал одним из самых просвещенных людей своего времени.

Исследования, положившие начало космической эры человечества, Константин Эдуардович проводил, работая учителем калужской гимназии.
Он предложил использовать многоступенчатые ракеты, разработал принципы систем жизнеобеспечения экипажа.

К. Э. Циолковскому принадлежит знаменитое изречение: «Земля – колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели».

Мечту Циолковского о космических полетах первыми осуществили наши соотечественники под руководством Сергея Павловича Королева.

Первый искусственный спутник Земли был запущен в СССР 4 октября 1957 года. Первым космонавтом Земли стал Юрий Алексеевич Гагарин. Его космический полет состоялся 12 апреля 1961 года.

Современное состояние космических исследований

Со времени первых космических полетов ракеты были значительно усовершенствованы, и сегодня на околоземные орбиты с их помощью выводятся большие космические станции, на которых постоянно работают космонавты.

Ракеты выводят на орбиты сотни спутников связи, которые обеспечивают передачи тысяч телевизионных программ и миллионов телефонных разговоров, благодаря чему вся планета окутана сегодня «паутиной» надежных систем связи.

Запущены исследовательские ракеты на Венеру, Марс и другие планеты Солнечной системы. На спутниках устанавливают мощные телескопы, с помощью которых ученые заглядывают все дальше и дальше в глубины Вселенной.

Россия принимает активное участие в международных космических проектах, в частности с помощью международных космических станций.

На рисунке 27.4 приведена полученная из космоса фотография международной космической станции на фоне Земли.

Дополнительные вопросы и задания

3. Расскажите, в чем состоит принцип действия ракеты.

4. Как связаны скорость ракеты и скорость выбрасываемого ракетой газа?

5. Объясните, почему нельзя доставить груз на орбитальную станцию самолетом.

6. Для чего ракеты делают многоступенчатыми?

7. Используя Интернет, подготовьте вместе с одноклассниками иллюстрированную презентацию о современных космических исследованиях.

8. Двигатель ракеты выбрасывает газ равными порциями с одинаковыми скоростями относительно ракеты. Как будут изменяться приращения скорости ракеты при выбрасывании очередной порции газа?

9. Изготовьте сегнерово колесо (рис. 27.5) и объясните принцип его действия. В какую сторону будет вращаться ведерко, изображенное на рисунке?

Читайте также:  Узел для открытия двери машины
Оцените статью
© 2025 Твой автомобиль