Реактивное движение

Понятие реактивного движения, его проявление в ракете. Строение ракеты и ракетное топливо. Применение ракет в научной деятельности, космонавтике, военном деле. Создание модели с использованием явления перехода потенциальной энергии воды в кинетическую.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

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 тяге- силе, 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 m- массы 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.

Оборудовани...