سفن الفضاء متعددة الأطنان تحلق في السماء و مياه البحرقنديل البحر الشفاف والجيلاتيني والحبار والأخطبوطات يناورون بمهارة - ما هو القاسم المشترك بينهم؟ وتبين أنه في كلتا الحالتين يتم استخدام مبدأ الدفع النفاث للتحرك. هذا هو الموضوع الذي خصصت له مقالتنا اليوم.
دعونا ننظر في التاريخ
الأكثر تعود المعلومات الموثوقة الأولى عن الصواريخ إلى القرن الثالث عشر.وقد استخدمها الهنود والصينيون والعرب والأوروبيون في القتال كأسلحة قتالية وإشارات. ثم أعقب ذلك قرون من النسيان شبه الكامل لهذه الأجهزة.
وفي روسيا، تم إحياء فكرة استخدام المحرك النفاث بفضل أعمال الثوري نيكولاي كيبالتشيش. تطور أثناء جلوسه في الزنزانات الملكية المشروع الروسيالمحرك النفاث والطائرات للناس. تم إعدام كيبالتشيش ومشروعه لسنوات عديدةالغبار يتراكم في أرشيفات الشرطة السرية القيصرية.
تم تلقي الأفكار والرسومات والحسابات الرئيسية لهذا الرجل الموهوب والشجاع مزيد من التطويرفي أعمال K. E. Tsiolkovsky، الذي اقترح استخدامها للاتصالات بين الكواكب. وفي الفترة من 1903 إلى 1914، نشر عددًا من الأعمال التي أثبت فيها بشكل مقنع إمكانية استخدام الدفع النفاث لاستكشاف الفضاء وبرر جدوى استخدام الصواريخ متعددة المراحل.
لا تزال العديد من التطورات العلمية لتسيولكوفسكي تُستخدم في علم الصواريخ.
الصواريخ البيولوجية
كيف نشأت حتى؟ فكرة التحرك عن طريق دفع التيار النفاث الخاص بك؟ربما، من خلال مراقبة الحياة البحرية عن كثب، والمقيمين المناطق الساحليةلاحظت كيف يحدث هذا في عالم الحيوان.
على سبيل المثال، إكليليتحرك بسبب القوة التفاعلية لنفث الماء المنبعث من الغلاف أثناء الضغط السريع لصماماته. لكنه لن يتمكن أبدًا من مواكبة أسرع السباحين - الحبار.
تندفع أجسامها التي على شكل صاروخ إلى الذيل أولاً، وتطرد المياه المخزنة من قمع خاص. تتحرك وفقًا لنفس المبدأ، وتضغط الماء عن طريق تقليص القبة الشفافة.
لقد وهبت الطبيعة نباتًا يسمى "المحرك النفاث" "خيار التدفق".عندما تنضج ثمارها تمامًا، استجابة لأدنى لمسة، فإنها تطلق الغلوتين بالبذور. يتم إلقاء الفاكهة نفسها في الاتجاه المعاكس على مسافة تصل إلى 12 مترًا!
لا يعرف سكان البحر ولا النباتات القوانين الفيزيائية الكامنة وراء طريقة الحركة هذه. سنحاول معرفة ذلك.
الأساس المادي لمبدأ الدفع النفاث
أولا، دعونا ننتقل إلى أبسط تجربة. دعونا نضخم كرة مطاطيةوبدون توقف، سوف نسمح لك بالطيران بحرية. ستستمر الحركة السريعة للكرة طالما أن تيار الهواء المتدفق منها قوي بدرجة كافية.
ولتفسير نتائج هذه التجربة لا بد من الرجوع إلى القانون الثالث الذي ينص على ذلك يتفاعل جسمان مع قوتين متساويتين في الحجم ومتعاكستين في الاتجاه.وبالتالي، فإن القوة التي تؤثر بها الكرة على نفاثات الهواء الخارجة منها تساوي القوة التي يدفع بها الهواء الكرة بعيدًا عن نفسه.
دعونا ننقل هذه الحجج إلى صاروخ. تقوم هذه الأجهزة بإخراج جزء من كتلتها بسرعة هائلة، ونتيجة لذلك تتلقى هي نفسها تسارعًا في الاتجاه المعاكس.
هذا من وجهة نظر الفيزياء يتم شرح العملية بوضوح من خلال قانون الحفاظ على الزخم.الزخم هو نتاج كتلة الجسم وسرعته (mv). عندما يكون الصاروخ في حالة سكون، تكون سرعته وزخمه صفرًا. إذا تم إخراج تيار نفاث منه، فإن الجزء المتبقي، وفقًا لقانون الحفاظ على الزخم، يجب أن يكتسب سرعة بحيث يظل الزخم الإجمالي مساويًا للصفر.
دعونا نلقي نظرة على الصيغ:
m g v g + m r v r =0;
م ز ف ز =- م ص ف ص،
أين م ز ضد زالدفع الناتج عن تدفق الغازات، mpvp هو الدفع الذي يتلقاه الصاروخ.
تشير علامة الطرح إلى أن اتجاه حركة الصاروخ والتيار النفاث متعاكسان.
تصميم ومبدأ تشغيل المحرك النفاث
في مجال التكنولوجيا، تدفع المحركات النفاثة الطائرات والصواريخ وتطلقها إلى المدار. مركبة فضائية. اعتمادا على الغرض منها، لديهم أجهزة مختلفة. لكن كل واحد منهم لديه مخزون من الوقود وغرفة احتراقه وفوهة تعمل على تسريع التيار النفاث.
تم تجهيز المحطات الأوتوماتيكية بين الكواكب أيضًا بحجرة أدوات وكبائن مزودة بنظام دعم الحياة لرواد الفضاء.
الصواريخ الفضائية الحديثة عبارة عن طائرات معقدة ومتعددة المراحل تستخدم أحدث الإنجازاتالفكر الهندسي. بعد الإطلاق، يحترق الوقود الموجود في المرحلة السفلية أولاً، وبعد ذلك ينفصل عن الصاروخ، مما يقلل من كتلته الإجمالية ويزيد من سرعته.
ثم يتم استهلاك الوقود في المرحلة الثانية، وما إلى ذلك. وأخيرا، يتم إطلاق الطائرة في مسار معين وتبدأ رحلتها المستقلة.
دعونا نحلم قليلا
أعطى الحالم والعالم العظيم K. E. Tsiolkovsky للأجيال القادمة الثقة في أن المحركات النفاثة ستسمح للبشرية بالهروب إلى ما وراء الغلاف الجوي للأرض والاندفاع إلى الفضاء. وقد تحققت توقعاته. يتم استكشاف القمر وحتى المذنبات البعيدة بنجاح بواسطة المركبات الفضائية. 
تُستخدم المحركات النفاثة السائلة في الملاحة الفضائية. استخدام المنتجات البترولية كوقود، إلا أن السرعات التي يمكن تحقيقها بمساعدتها لا تكفي للرحلات الطويلة جداً.
ربما أنت، لدينا عزيزي القراء، ستشهد رحلات أبناء الأرض إلى المجرات الأخرى على أجهزة ذات محركات نووية أو نووية حرارية أو أيونية.
إذا كانت هذه الرسالة مفيدة لك، سأكون سعيدًا برؤيتك
خلاصة
الفيزياء
حول الموضوع:
« الدفع النفاث»
أكملها طالب من المدرسة الثانوية التابعة للمؤسسة التعليمية البلدية رقم 5
ج. لوبنيا، الصف العاشر "ب"،
ستيبانينكو إينا يوريفنا
الدفع النفاث.
لقرون عديدة، حلمت البشرية برحلة إلى الفضاء. عرض كتاب الخيال العلمي أكثر من غيرهم وسائل مختلفةلتحقيق هذا الهدف. في القرن السابع عشر، ظهرت قصة الكاتب الفرنسي سيرانو دي برجراك عن الرحلة إلى القمر. وصل بطل هذه القصة إلى القمر في عربة حديدية، حيث كان يلقي عليها باستمرار مغناطيسًا قويًا. منجذبة إليه، ارتفعت العربة أعلى وأعلى فوق الأرض حتى وصلت إلى القمر. وقال البارون مونشاوزن إنه صعد إلى القمر على طول ساق الفاصوليا.
لكن لا يمكن لأي عالم أو كاتب خيال علمي لعدة قرون أن يسمي الوسيلة الوحيدة المتاحة للإنسان والتي يمكن من خلالها التغلب على قوة الجاذبية والطيران إلى الفضاء. وقد أنجز ذلك العالم الروسي كونستانتين إدواردوفيتش تسيولكوفسكي (1857-1935). وبين أن الجهاز الوحيد القادر على التغلب على الجاذبية هو الصاروخ، أي. جهاز مزود بمحرك نفاث يستخدم الوقود والمؤكسد الموجود على الجهاز نفسه.
المحرك النفاث هو محرك يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حركية لنفاثة الغاز، ويكتسب المحرك سرعة في الاتجاه المعاكس. على أي مبادئ و القوانين الفيزيائيةهل يرتكز عملها؟
يعلم الجميع أن طلقة البندقية مصحوبة بالارتداد. إذا كان وزن الرصاصة مساوياً لوزن البندقية، فإنها ستتطاير بنفس السرعة. يحدث الارتداد لأن كتلة الغازات المقذوفة تخلق قوة تفاعلية، والتي بفضلها يمكن ضمان الحركة في الهواء وفي الفضاء الخالي من الهواء. وكلما زادت كتلة الغازات المتدفقة وسرعتها، زادت قوة الارتداد التي يشعر بها كتفنا، وكلما كان رد فعل البندقية أقوى، زادت قوة رد الفعل. يسهل تفسير ذلك من خلال قانون الحفاظ على الزخم، الذي ينص على أن المجموع الهندسي (أي المتجه) لزخم الأجسام التي تشكل نظامًا مغلقًا يظل ثابتًا لأي حركات وتفاعلات لأجسام النظام، أي.
اشتق K. E. Tsiolkovsky صيغة تسمح للشخص بحساب السرعة القصوى التي يمكن أن يتطور بها الصاروخ. هنا هي الصيغة:
هنا v max هي السرعة القصوى للصاروخ، v 0 هي السرعة الأولية، v r هي سرعة تدفق الغاز من الفوهة، m هي الكتلة الأولية للوقود، و M هي كتلة الصاروخ الفارغ. وكما يتبين من الصيغة، فإن هذه السرعة القصوى التي يمكن تحقيقها تعتمد في المقام الأول على سرعة تدفق الغاز من الفوهة، والتي بدورها تعتمد بشكل أساسي على نوع الوقود ودرجة حرارة نفاث الغاز. كلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت السرعة. هذا يعني أنه بالنسبة للصاروخ، تحتاج إلى اختيار الوقود عالي السعرات الحرارية الذي يوفر أكبر قدر من الحرارة. ويترتب على الصيغة أيضًا أن هذه السرعة تعتمد على الكتلة الأولية والكتلة النهائية للصاروخ، أي. يعتمد على أي جزء من وزنه هو الوقود، وما هو الجزء عديم الفائدة (من وجهة نظر سرعة الطيران) من الهياكل: الجسم والآليات وما إلى ذلك.
إن صيغة تسيولكوفسكي هذه هي الأساس الذي تقوم عليه الحسابات الكاملة للصواريخ الحديثة. تسمى نسبة كتلة الوقود إلى كتلة الصاروخ في نهاية تشغيل المحرك (أي إلى وزن الصاروخ الفارغ) برقم تسيولكوفسكي.
الاستنتاج الرئيسي من هذه الصيغة هو أنه في الفضاء الخالي من الهواء، سيتطور الصاروخ كلما زادت سرعته، وزادت سرعة تدفق الغاز إلى الخارج وزادت سرعة تدفق الغاز إلى الخارج. عدد أكبرتسيولكوفسكي.
خاتمة.
أود أن أضيف أن الوصف الذي قدمته عن تشغيل صاروخ باليستي عابر للقارات قديم ويتوافق مع مستوى تطور العلوم والتكنولوجيا في الستينيات، ولكن بسبب محدودية الوصول إلى المواد العلمية الحديثة، لا أستطيع إعطاء وصف دقيق لتشغيل صاروخ باليستي حديث طويل المدى عابر للقارات. ومع ذلك، فقد سلطت الضوء على الخصائص العامة المتأصلة في جميع الصواريخ، لذلك أعتبر مهمتي مكتملة.
قائمة الأدبيات المستخدمة:
Deryabin V. M. قوانين الحفظ في الفيزياء. - م: التربية، 1982.
جلفر يا. قوانين الحفظ. - م: ناوكا، 1967.
الجسم ك. عالم بلا أشكال. - م: مير، 1976.
موسوعة الأطفال. – م: دار النشر التابعة لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، 1959.
ملخص عن الفيزياء حول موضوع: "الدفع النفاث" أكملته طالبة في المدرسة الثانوية التابعة للمؤسسة التعليمية البلدية رقم 5 في لوبنيا، الصف 10 "ب"، إينا يوريفنا ستيبانينكو، 2006.الدفع النفاث.
لقرون عديدة، حلمت البشرية باستكشاف الفضاء.
تعتبر الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا ظاهرة شائعة جدًا. ويحدث ذلك في الطبيعة عندما ينفصل جزء من الجسم عن جزء آخر بسرعة معينة. وفي هذه الحالة تظهر القوة التفاعلية دون تفاعل هذا الكائن مع الأجسام الخارجية.
لكي نفهم ما نتحدث عنه، فمن الأفضل أن ننظر إلى الأمثلة. في الطبيعة والتكنولوجيا عديدة. سنتحدث أولاً عن كيفية استخدام الحيوانات له، ثم كيف يتم استخدامه في التكنولوجيا.
قنديل البحر ويرقات اليعسوب والعوالق والرخويات
كثير من الناس، أثناء السباحة في البحر، صادفوا قناديل البحر. في البحر الأسود، على أي حال، هناك الكثير منهم. ومع ذلك، لم يدرك الجميع أن قناديل البحر تتحرك باستخدام الدفع النفاث. يتم استخدام نفس الطريقة من قبل يرقات اليعسوب، وكذلك بعض ممثلي العوالق البحرية. غالبًا ما تكون كفاءة الحيوانات البحرية اللافقارية التي تستخدمها أعلى بكثير من كفاءة الاختراعات التقنية.
تتحرك العديد من الرخويات بطريقة تهمنا. ومن الأمثلة على ذلك الحبار، والحبار، والأخطبوط. وعلى وجه الخصوص، يستطيع البطلينوس الإسكالوب التحرك للأمام باستخدام تيار من الماء يتم إخراجه من الصدفة عندما يتم ضغط صماماته بشكل حاد.
الحبار أيضًا مثير جدًا للاهتمام في هذا الصدد. مثل العديد من رأسيات الأرجل، يتحرك في الماء باستخدام الآلية التالية. من خلال قمع خاص يقع أمام الجسم، وكذلك من خلال شق جانبي، يأخذ الحبار الماء إلى تجويف الخياشيم. ثم تقوم برميها بقوة عبر القمع. يقوم الحبار بتوجيه أنبوب القمع إلى الخلف أو إلى الجانب. يمكن تنفيذ الحركة في اتجاهات مختلفة.
الطريقة التي يستخدمها السالبا
الطريقة التي يستخدمها السالبا مثيرة للفضول أيضًا. هذا هو اسم حيوان بحري له جسم شفاف. عند التحرك، يسحب السالبا الماء باستخدام الفتحة الأمامية. وينتهي الماء في تجويف واسع، وتقع الخياشيم داخله قطريًا. يُغلق الثقب عندما يأخذ السالبا رشفة كبيرة من الماء. تنقبض عضلاتها المستعرضة والطولية وتضغط على جسم الحيوان بأكمله. يتم دفع الماء للخارج من خلال الفتحة الخلفية. يتحرك الحيوان للأمام بسبب رد فعل الطائرة المتدفقة.
الحبار - "طوربيدات حية"
ربما يكون الاهتمام الأكبر هو المحرك النفاث الذي يمتلكه الحبار. يعتبر هذا الحيوان أكبر ممثل لللافقاريات التي تعيش في أعماق المحيطات الكبيرة. في الملاحة النفاثة، حققت الحبار الكمال الحقيقي. حتى جسم هذه الحيوانات يشبه الصاروخ في شكله الخارجي. أو بالأحرى، هذا الصاروخ يقلد الحبار، إذ أن الحبار هو الذي له الأولوية بلا منازع في هذا الأمر. إذا كان يحتاج إلى التحرك ببطء، يستخدم الحيوان لهذا زعنفة كبيرة على شكل الماس، والتي تنحني من وقت لآخر. إذا كانت هناك حاجة إلى رمية سريعة، يأتي المحرك النفاث للإنقاذ.
جسم الرخويات محاط من جميع الجوانب بنسيج عضلي عباءة. ما يقرب من نصف الحجم الإجمالي لجسم الحيوان هو حجم تجويفه. يستخدم الحبار تجويف الوشاح للتحرك عن طريق امتصاص الماء بداخله. ثم يقوم بطرد تيار الماء المتجمع بحدة من خلال فوهة ضيقة. ونتيجة لذلك، فإنه يدفع إلى الوراء بسرعة عالية. في الوقت نفسه، يطوي الحبار كل المخالب العشرة في عقدة فوق رأسه للحصول على شكل انسيابي. تحتوي الفوهة على صمام خاص، ويمكن لعضلات الحيوان أن تديره. وهكذا يتغير اتجاه الحركة.
سرعة الحبار مثيرة للإعجاب
يجب أن أقول أن محرك الحبار اقتصادي للغاية. يمكن أن تصل السرعة التي يمكنه الوصول إليها إلى 60-70 كم / ساعة. ويعتقد بعض الباحثين أنه يمكن أن تصل سرعته إلى 150 كم/ساعة. كما ترون، لا يسمى الحبار "الطوربيد الحي" من أجل لا شيء. يمكنه الدوران في الاتجاه المطلوب عن طريق ثني مخالبه المطوية في حزمة لأسفل أو لأعلى أو لليسار أو لليمين.
كيف يتحكم الحبار في حركته؟
نظرًا لأن عجلة القيادة كبيرة جدًا مقارنة بحجم الحيوان نفسه، فإن مجرد حركة بسيطة لعجلة القيادة تكفي حتى يتمكن الحبار من تجنب الاصطدام بسهولة بأي عائق، حتى التحرك بأقصى سرعة. إذا قمت بتشغيله بشكل حاد، فسوف يندفع الحيوان على الفور الجانب العكسي. يقوم الحبار بثني نهاية القمع للخلف، ونتيجة لذلك، يمكنه تحريك رأسه أولاً. فإذا مالها إلى اليمين قذفه النفث إلى اليسار. ومع ذلك، عندما يكون من الضروري السباحة بسرعة، يقع القمع دائمًا مباشرة بين اللوامس. في هذه الحالة، يندفع الحيوان بذيله أولاً، مثل جري جراد البحر سريع الحركة إذا كان يتمتع بخفة المتسابق.
عندما لا تكون هناك حاجة للاندفاع، يسبح الحبار والحبار متموجين بزعانفهم. تمر عبرها موجات مصغرة من الأمام إلى الخلف. ينزلق الحبار والحبار برشاقة. إنهم يدفعون أنفسهم من وقت لآخر فقط بتيار من الماء ينطلق من تحت عباءتهم. الصدمات الفردية التي يتلقاها الرخويات أثناء ثوران نفاثات الماء مرئية بوضوح في مثل هذه اللحظات.
الحبار الطائر
بعض رأسيات الأرجل قادرة على التسارع حتى 55 كم / ساعة. ويبدو أنه لم يقم أحد بإجراء قياسات مباشرة، ولكن يمكننا التوصل إلى مثل هذا الرقم بناءً على مدى وسرعة الحبار الطائر. اتضح أن هناك مثل هؤلاء الناس. يعتبر الحبار Stenoteuthis أفضل طيار بين جميع الرخويات. يطلق عليه البحارة الإنجليز اسم الحبار الطائر (الحبار الطائر). هذا الحيوان، الصورة التي تظهر أعلاه، ليس لديه أحجام كبيرة، بحجم الرنجة تقريبًا. فهو يطارد الأسماك بسرعة كبيرة لدرجة أنه كثيرًا ما يقفز خارج الماء، ويمر مثل السهم على سطحه. كما أنه يستخدم هذه الحيلة عندما يكون في خطر من الحيوانات المفترسة - الماكريل والتونة. بعد أن طور الحبار أقصى قوة دفع في الماء، ينطلق في الهواء ثم يطير على ارتفاع أكثر من 50 مترًا فوق الأمواج. عندما تطير، تكون عالية جدًا لدرجة أن الحبار الطائر المتكرر ينتهي به الأمر على أسطح السفن. ارتفاع 4-5 أمتار ليس رقما قياسيا بالنسبة لهم. في بعض الأحيان تطير الحبار الطائرة أعلى من ذلك.
الدكتور ريس، باحث في المحار من بريطانيا العظمى، في كتابه مقالة علميةووصف ممثل هذه الحيوانات، الذي كان طول جسمه 16 سم فقط، لكنه تمكن من الطيران لمسافة معقولة في الهواء، وبعد ذلك هبط على جسر اليخت. وكان ارتفاع هذا الجسر يقارب 7 أمتار!
هناك أوقات تتعرض فيها السفينة لهجوم من قبل العديد من الحبار الطائر في وقت واحد. تريبيوس النيجر، كاتب قديم، روى ذات مرة قصة حزينة عن سفينة بدت غير قادرة على تحمل وزن هذه الحيوانات البحرية وغرقت. ومن المثير للاهتمام أن الحبار قادر على الإقلاع حتى بدون تسارع.
الأخطبوطات الطائرة
الأخطبوطات لديها أيضًا القدرة على الطيران. وشاهد جان فيراني، عالم الطبيعة الفرنسي، أحدهم يسرع في حوض السمك الخاص به ثم يقفز فجأة من الماء. قطع الحيوان قوسًا يبلغ ارتفاعه حوالي 5 أمتار في الهواء ثم سقط في الحوض. الأخطبوط، الذي اكتسب السرعة اللازمة للقفز، لم يتحرك فقط بفضل الدفع النفاث. كما أنها تجدف بمخالبها. الأخطبوطات فضفاضة، لذا فهي تسبح بشكل أسوأ من الحبار، ولكن في اللحظات الحرجة، يمكن لهذه الحيوانات أن تعطي السبق لأفضل العدائين. أراد عمال متحف الأحياء المائية في كاليفورنيا التقاط صورة لأخطبوط يهاجم سلطعونًا. ومع ذلك، فإن الأخطبوط، الذي يندفع إلى فريسته، طور هذه السرعة التي كانت الصور، حتى عند استخدام وضع خاص، غير واضحة. وهذا يعني أن الرمية لم تدم سوى جزء من الثانية!
ومع ذلك، الأخطبوطات عادة تسبح ببطء شديد. وجد العالم جوزيف سينل، الذي درس هجرة الأخطبوطات، أن الأخطبوط الذي يبلغ حجمه 0.5 متر، يسبح بسرعة متوسطة تبلغ حوالي 15 كم/ساعة. كل تيار من الماء يرميه من القمع يدفعه للأمام (بتعبير أدق، للخلف، لأنه يسبح للخلف) بحوالي 2-2.5 متر.
"خيار التدفق"
يمكن اعتبار الحركة التفاعلية في الطبيعة والتكنولوجيا باستخدام أمثلة من عالم النبات لتوضيحها. ومن أشهرها الثمار الناضجة التي تسمى بأنها ترتد عن الساق عند أدنى لمسة. ثم، من الحفرة الناتجة، يتم إخراج سائل لزج خاص يحتوي على البذور بقوة كبيرة. الخيار نفسه يطير في الاتجاه المعاكس على مسافة تصل إلى 12 مترًا.
قانون الحفاظ على الزخم
يجب عليك بالتأكيد التحدث عنها عند التفكير في الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا. إن معرفة قانون الحفاظ على الزخم يسمح لنا بتغيير سرعة حركتنا، على وجه الخصوص، إذا كنا في الفضاء المفتوح. على سبيل المثال، أنت تجلس في قارب ومعك عدة حجارة معك. إذا رميتها في اتجاه معين، فسوف يتحرك القارب في الاتجاه المعاكس. وينطبق هذا القانون أيضا في الفضاء الخارجي. ومع ذلك، لهذا الغرض يستخدمون
ما هي الأمثلة الأخرى للدفع النفاث التي يمكن ملاحظتها في الطبيعة والتكنولوجيا؟ يتضح بشكل جيد للغاية مع مثال البندقية.
كما تعلمون، فإن اللقطة منه تكون دائما مصحوبة بالارتداد. لنفترض أن وزن الرصاصة كان يساوي وزن البندقية. في هذه الحالة، سوف يطيران بعيدًا بنفس السرعة. يحدث الارتداد بسبب إنشاء قوة رد فعل، نظرًا لوجود كتلة ملقاة. بفضل هذه القوة، يتم ضمان الحركة في الفضاء الخالي من الهواء وفي الهواء. كلما زادت سرعة وكتلة الغازات المتدفقة، زادت قوة الارتداد التي يشعر بها كتفنا. وبناء على ذلك، كلما كان رد فعل البندقية أقوى، كلما زادت قوة رد الفعل.
أحلام الطيران إلى الفضاء
لقد كان الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا مصدرًا للأفكار الجديدة للعلماء لسنوات عديدة. لقرون عديدة، حلمت البشرية بالطيران إلى الفضاء. يجب أن نفترض أن استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا لم يستنفد نفسه بأي حال من الأحوال.
وبدأ كل شيء بحلم. قدم لنا كتاب الخيال العلمي منذ عدة قرون وسائل مختلفةكيفية تحقيق هذا الهدف المنشود. في القرن السابع عشر، ابتكر الكاتب الفرنسي سيرانو دي برجراك قصة عن رحلة إلى القمر. وصل بطله إلى القمر الصناعي للأرض باستخدام عربة حديدية. كان يلقي باستمرار مغناطيسًا قويًا فوق هذا الهيكل. العربة، التي انجذبت إليه، ارتفعت أعلى فأعلى فوق الأرض. وأخيرا وصلت إلى القمر. وصعدت شخصية مشهورة أخرى، وهي بارون مونشاوزن، إلى القمر باستخدام ساق الفاصوليا.
بالطبع، في ذلك الوقت لم يكن يُعرف سوى القليل عن كيفية استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا لجعل الحياة أسهل. لكن رحلة الخيال فتحت بالتأكيد آفاقًا جديدة.
في الطريق إلى اكتشاف مذهل
في الصين في نهاية الألفية الأولى بعد الميلاد. ه. اخترع الدفع النفاث لتشغيل الصواريخ. وكانت الأخيرة مجرد أنابيب من الخيزران مملوءة بالبارود. تم إطلاق هذه الصواريخ من أجل المتعة. تم استخدام المحرك النفاث في أحد تصميمات السيارات الأولى. هذه الفكرة كانت ملكاً لنيوتن.
فكر N.I أيضًا في كيفية ظهور الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا. كيبالتشيش. هذا ثوري روسي، مؤلف المشروع الأول لطائرة نفاثة مخصصة للطيران البشري. ولسوء الحظ، تم إعدام الثوري في 3 أبريل 1881. واتهم كيبالتشيش بالمشاركة في محاولة اغتيال الإسكندر الثاني. بالفعل في السجن، في انتظار تنفيذ عقوبة الإعدام، واصل دراسة هذه الظاهرة المثيرة للاهتمام مثل الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا، والتي تحدث عند فصل جزء من الجسم. ونتيجة لهذه الأبحاث، قام بتطوير مشروعه. وكتب كيبالتشيش أن هذه الفكرة تدعمه في موقفه. إنه مستعد لمواجهة موته بهدوء، مع العلم أنه كذلك اكتشاف مهملن يموت معه
تنفيذ فكرة الرحلات الفضائية
استمرت دراسة مظاهر الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا بواسطة K. E. Tsiolkovsky (صورته معروضة أعلاه). في بداية القرن العشرين، اقترح هذا العالم الروسي الكبير فكرة استخدام الصواريخ في الرحلات الفضائية. ظهرت مقالته حول هذه القضية في عام 1903. وقدم معادلة رياضية أصبحت الأكثر أهمية بالنسبة للملاحة الفضائية. وهي معروفة في عصرنا باسم "صيغة تسيولكوفسكي". تصف هذه المعادلة حركة جسم له كتلة متغيرة. وفي أعماله الإضافية قدم رسمًا تخطيطيًا لمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل. طور تسيولكوفسكي، الذي يدرس استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا، تصميمًا صاروخيًا متعدد المراحل. كما جاء بفكرة إمكانية إنشاء مدن فضائية كاملة في مدار أرضي منخفض. هذه هي الاكتشافات التي توصل إليها العالم أثناء دراسته للدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا. الصواريخ، كما أظهر تسيولكوفسكي، هي الأجهزة الوحيدة التي يمكنها التغلب على الصاروخ، وقد عرّفه بأنه آلية ذات محرك نفاث يستخدم الوقود والمؤكسد الموجود فيه. يقوم هذا الجهاز بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود، والتي تصبح الطاقة الحركية لنفث الغاز. يبدأ الصاروخ نفسه بالتحرك في الاتجاه المعاكس.
وأخيرا، انتقل العلماء، بعد أن درسوا الحركة التفاعلية للهيئات في الطبيعة والتكنولوجيا، إلى الممارسة العملية. هناك مهمة واسعة النطاق تنتظرنا لتحقيق حلم البشرية الطويل الأمد. وقد تعاملت معها مجموعة من العلماء السوفييت بقيادة الأكاديمي إس بي كوروليف. لقد أدركت فكرة تسيولكوفسكي. تم إطلاق أول قمر صناعي لكوكبنا في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في 4 أكتوبر 1957. وبطبيعة الحال، تم استخدام الصاروخ.
كان يو أ. جاجارين (في الصورة أعلاه) هو الرجل الذي حظي بشرف كونه أول من طار إلى الفضاء الخارجي. وقع هذا الحدث المهم للعالم في 12 أبريل 1961. طار جاجارين حول العالم بأكمله على القمر الصناعي فوستوك. كان الاتحاد السوفييتي الدولة الأولى التي وصلت صواريخها إلى القمر وحلقت حوله والتقطت صوراً للجانب غير المرئي من الأرض. بالإضافة إلى ذلك، كان الروس هم الذين زاروا كوكب الزهرة لأول مرة. لقد جلبوا الأدوات العلمية إلى سطح هذا الكوكب. رائد الفضاء الأمريكي نيل أرمسترونج هو أول إنسان يمشي على سطح القمر. هبط عليها في 20 يوليو 1969. في عام 1986، قامت فيجا 1 وفيجا 2 (سفن تابعة للاتحاد السوفييتي) باستكشاف مذنب هالي من مسافة قريبة، والذي يقترب من الشمس مرة واحدة فقط كل 76 عامًا. استكشاف الفضاء مستمر..
كما ترون، الفيزياء علم مهم ومفيد للغاية. يعد الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا مجرد واحدة من القضايا المثيرة للاهتمام التي تتم مناقشتها فيه. وإنجازات هذا العلم مهمة جدًا جدًا.
كيف يتم استخدام الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا هذه الأيام
في الفيزياء، تم تحقيق اكتشافات مهمة بشكل خاص في القرون القليلة الماضية. وبينما تظل الطبيعة دون تغيير تقريبًا، فإن التكنولوجيا تتطور بوتيرة سريعة. في الوقت الحاضر، يتم استخدام مبدأ الدفع النفاث على نطاق واسع ليس فقط من قبل مختلف الحيوانات والنباتات، ولكن أيضًا في الملاحة الفضائية والطيران. لا يوجد في الفضاء الخارجي وسط يمكن للجسم أن يستخدمه للتفاعل من أجل تغيير مقدار واتجاه سرعته. ولهذا السبب يمكن استخدام الصواريخ فقط للتحليق في الفضاء الخالي من الهواء.
اليوم، يتم استخدام الدفع النفاث بنشاط في الحياة اليومية والطبيعة والتكنولوجيا. ولم يعد الأمر لغزا كما كان من قبل. ومع ذلك، لا ينبغي للإنسانية أن تتوقف عند هذا الحد. آفاق جديدة أمامنا. أود أن أصدق أن الحركة النفاثة في الطبيعة والتكنولوجيا، الموصوفة بإيجاز في المقالة، ستلهم شخصًا ما لتحقيق اكتشافات جديدة.
الدفع النفاث في الطبيعة والتكنولوجيا
ملخص عن الفيزياء
الدفع النفاث- الحركة التي تحدث عندما ينفصل أي جزء منه عن الجسم بسرعة معينة.
تحدث القوة التفاعلية دون أي تفاعل مع الأجسام الخارجية.
تطبيق الدفع النفاث في الطبيعة
لقد واجه الكثير منا في حياته قناديل البحر أثناء السباحة في البحر. على أي حال، هناك ما يكفي منهم في البحر الأسود. لكن قلة من الناس يعتقدون أن قناديل البحر تستخدم أيضًا الدفع النفاث للتحرك. بالإضافة إلى ذلك، تتحرك يرقات اليعسوب وبعض أنواع العوالق البحرية. وفي كثير من الأحيان تكون كفاءة الحيوانات اللافقارية البحرية عند استخدام الدفع النفاث أعلى بكثير من كفاءة الاختراعات التكنولوجية.
يتم استخدام الدفع النفاث بواسطة العديد من الرخويات - الأخطبوطات والحبار والحبار. على سبيل المثال، يتحرك الرخويات البحرية إلى الأمام بسبب القوة التفاعلية لتيار من الماء يتم إلقاؤه من القشرة أثناء الضغط الحاد لصماماته.
الأخطبوط
الحبار
يتحرك الحبار، مثل معظم رأسيات الأرجل، في الماء بالطريقة التالية. إنها تأخذ الماء إلى تجويف الخياشيم من خلال شق جانبي وقمع خاص أمام الجسم، ثم تقوم بقوة بإلقاء تيار من الماء عبر القمع. يوجه الحبار أنبوب القمع إلى الجانب أو الخلف، ويخرج الماء منه بسرعة، ويمكنه التحرك في اتجاهات مختلفة.
السالبا حيوان بحري ذو جسم شفاف؛ فهو عند تحركه يستقبل الماء من خلال الفتحة الأمامية، ويدخل الماء إلى تجويف واسع، تمتد بداخله الخياشيم قطريًا. بمجرد أن يأخذ الحيوان رشفة كبيرة من الماء، تغلق الحفرة. ثم تنقبض عضلات الصل الطولية والعرضية، وينقبض الجسم كله، ويدفع الماء للخارج من خلال الفتحة الخلفية. رد فعل الطائرة الهاربة يدفع السالبا إلى الأمام.
المحرك النفاث للحبار هو الأكثر أهمية. الحبار هو أكبر اللافقاريات التي تعيش في أعماق المحيطات. وصلت الحبار الكمال الأسمىفي الملاحة التفاعلية. حتى أجسادهم بأشكالها الخارجية تقلد الصاروخ (أو بالأحرى الصاروخ يقلد الحبار، إذ أن له الأولوية في هذا الأمر بلا منازع). عندما يتحرك الحبار ببطء، يستخدم زعنفة كبيرة على شكل ماسة تنحني بشكل دوري. ويستخدم محرك نفاث للرمي بسرعة. الأنسجة العضلية– يحيط الوشاح بجسم الرخويات من كل جانب، ويبلغ حجم تجويفه نصف حجم جسم الحبار تقريباً. يمتص الحيوان الماء داخل تجويف الوشاح، ثم يرمي فجأة تيارًا من الماء من خلال فوهة ضيقة ويتحرك للخلف بدفعات عالية السرعة. في الوقت نفسه، يتم جمع جميع مخالب الحبار العشرة في عقدة فوق رأسه، ويأخذ شكلا مبسطا. تم تجهيز الفوهة بصمام خاص، ويمكن للعضلات تدويره، وتغيير اتجاه الحركة. محرك الحبار اقتصادي للغاية، فهو قادر على الوصول إلى سرعات تصل إلى 60 - 70 كم / ساعة. (يعتقد بعض الباحثين أنه حتى تصل سرعته إلى 150 كم/ساعة!) فلا عجب أن يُطلق على الحبار اسم "الطوربيد الحي". من خلال ثني المجسات المجمعة إلى اليمين أو اليسار أو لأعلى أو لأسفل، يتحول الحبار في اتجاه أو آخر. نظرًا لأن عجلة القيادة هذه كبيرة جدًا مقارنة بالحيوان نفسه، فإن حركتها الطفيفة تكفي للحبار، حتى بأقصى سرعة، لتفادي الاصطدام بالعائق بسهولة. انعطاف حاد لعجلة القيادة - واندفع السباح في الاتجاه المعاكس. لذلك قام بثني نهاية القمع للخلف والآن ينزلق رأسه أولاً. لقد ثنيه إلى اليمين - وألقته الدفعة النفاثة إلى اليسار. ولكن عندما تحتاج إلى السباحة بسرعة، فإن القمع يبرز دائمًا مباشرة بين اللوامس، ويندفع الحبار بذيله أولاً، تمامًا كما يركض جراد البحر - وهو ماشي سريع يتمتع بخفة حركة المتسابق.
إذا لم تكن هناك حاجة للاندفاع، فإن الحبار والحبار يسبحان بزعانف متموجة - تمر فوقهما موجات مصغرة من الأمام إلى الخلف، وينزلق الحيوان برشاقة، ويدفع نفسه أحيانًا أيضًا بتيار من الماء يتم إلقاؤه من تحت الوشاح. ثم تكون الصدمات الفردية التي يتلقاها الرخويات في وقت انفجار نفاثات المياه مرئية بوضوح. يمكن أن تصل سرعة بعض رأسيات الأرجل إلى خمسة وخمسين كيلومترًا في الساعة. ويبدو أنه لم يقم أحد بإجراء قياسات مباشرة، ولكن يمكن الحكم على ذلك من خلال سرعة الحبار الطائر ومدى طيرانه. واتضح أن الأخطبوطات لديها مثل هذه المواهب في عائلتها! أفضل طيار بين الرخويات هو الحبار Stenoteuthis. يطلق عليه البحارة الإنجليز اسم الحبار الطائر ("الحبار الطائر"). هذا حيوان صغير بحجم سمكة الرنجة. فهو يطارد الأسماك بسرعة كبيرة لدرجة أنه غالبًا ما يقفز خارج الماء، ويمرر فوق سطحه مثل السهم. يلجأ إلى هذه الحيلة لإنقاذ حياته من الحيوانات المفترسة - سمك التونة والماكريل. بعد أن طور الحبار الطيار أقصى قوة دفع في الماء، ينطلق في الهواء ويطير فوق الأمواج لأكثر من خمسين مترًا. تقع ذروة رحلة الصاروخ الحي على ارتفاع عالٍ فوق الماء، لدرجة أن الحبار الطائر غالبًا ما ينتهي به الأمر على سطح السفن العابرة للمحيطات. أربعة إلى خمسة أمتار ليس ارتفاعًا قياسيًا يرتفع إليه الحبار في السماء. في بعض الأحيان يطيرون أعلى.
وصف الباحث الإنجليزي في مجال الرخويات الدكتور ريس في مقال علمي حبارًا (يبلغ طوله 16 سم فقط)، والذي طار لمسافة لا بأس بها في الهواء، وسقط على جسر يخت، الذي ارتفع ما يقرب من سبعة أمتار فوق الماء.
يحدث أن يسقط الكثير من الحبار الطائر على السفينة في شلال متلألئ. روى الكاتب القديم تريبيوس نيجر ذات مرة قصة حزينة عن سفينة زُعم أنها غرقت تحت وطأة الحبار الطائر الذي سقط على سطحها. يمكن أن تقلع الحبار دون تسارع.
يمكن للأخطبوطات أيضًا أن تطير. رأى عالم الطبيعة الفرنسي جان فيراني كيف يتسارع الأخطبوط العادي في حوض السمك ويقفز فجأة من الماء إلى الخلف. وبعد أن وصف قوسًا يبلغ طوله حوالي خمسة أمتار في الهواء، سقط مرة أخرى في الحوض. عند اكتساب السرعة للقفز، تحرك الأخطبوط ليس فقط بسبب الدفع النفاث، بل كان يجدف أيضًا بمخالبه.
تسبح الأخطبوطات الفضفاضة، بالطبع، أسوأ من الحبار، ولكن في اللحظات الحرجة يمكنهم إظهار فئة قياسية لأفضل العدائين. حاول موظفو California Aquarium تصوير أخطبوط يهاجم سلطعونًا. اندفع الأخطبوط نحو فريسته بهذه السرعة لدرجة أن الفيلم، حتى عند التصوير بأعلى السرعات، كان يحتوي دائمًا على الشحوم. وهذا يعني أن الرمية استمرت لمئات من الثانية! عادة، تسبح الأخطبوطات ببطء نسبيًا. قام جوزيف سينل، الذي درس هجرة الأخطبوطات، بحساب: أخطبوط يبلغ حجمه نصف متر يسبح عبر البحر بمتوسط سرعة حوالي خمسة عشر كيلومترًا في الساعة. كل تيار من الماء يتم إلقاؤه من القمع يدفعه للأمام (أو بالأحرى للخلف، لأن الأخطبوط يسبح للخلف) من مترين إلى مترين ونصف.
يمكن أيضًا العثور على الحركة النفاثة في عالم النبات. على سبيل المثال، ترتد ثمار "الخيار المجنون" الناضجة من الساق بأدنى لمسة، ويتم طرد سائل لزج بالبذور بقوة من الحفرة الناتجة. الخيار نفسه يطير في الاتجاه المعاكس حتى 12 مترًا.
بمعرفة قانون الحفاظ على الزخم، يمكنك تغيير سرعة حركتك في الفضاء المفتوح. إذا كنت في قارب وكان لديك عدة أحجار ثقيلة، فإن رمي الحجارة في اتجاه معين سيحركك في الاتجاه المعاكس. سيحدث الشيء نفسه في الفضاء الخارجي، ولكن هناك يستخدمون المحركات النفاثة لهذا الغرض.
يعلم الجميع أن طلقة البندقية مصحوبة بالارتداد. إذا كان وزن الرصاصة مساوياً لوزن البندقية، فإنها ستتطاير بنفس السرعة. يحدث الارتداد لأن كتلة الغازات المقذوفة تخلق قوة تفاعلية، والتي بفضلها يمكن ضمان الحركة في الهواء وفي الفضاء الخالي من الهواء. وكلما زادت كتلة الغازات المتدفقة وسرعتها، زادت قوة الارتداد التي يشعر بها كتفنا، وكلما كان رد فعل البندقية أقوى، زادت قوة رد الفعل.
تطبيق الدفع النفاث في التكنولوجيا
لقرون عديدة، حلمت البشرية برحلة إلى الفضاء. وقد اقترح كتاب الخيال العلمي مجموعة متنوعة من الوسائل لتحقيق هذا الهدف. في القرن السابع عشر، ظهرت قصة الكاتب الفرنسي سيرانو دي برجراك عن الرحلة إلى القمر. وصل بطل هذه القصة إلى القمر في عربة حديدية، حيث كان يلقي عليها باستمرار مغناطيسًا قويًا. منجذبة إليه، ارتفعت العربة أعلى وأعلى فوق الأرض حتى وصلت إلى القمر. وقال البارون مونشاوزن إنه صعد إلى القمر على طول ساق الفاصوليا.
في نهاية الألفية الأولى بعد الميلاد، اخترعت الصين نظام الدفع النفاث، الذي يعمل على تشغيل الصواريخ - أنابيب من الخيزران مملوءة بالبارود، وكانت تستخدم أيضًا للتسلية. أحد مشاريع السيارات الأولى كان أيضًا بمحرك نفاث وكان هذا المشروع ملكًا لنيوتن
كان مؤلف أول مشروع في العالم لطائرة نفاثة مخصصة للطيران البشري هو الثوري الروسي ن. كيبالتشيش. تم إعدامه في 3 أبريل 1881 لمشاركته في محاولة اغتيال الإمبراطور ألكسندر الثاني. وطور مشروعه في السجن بعد الحكم عليه بالإعدام. كتب كيبالتشيش: "أثناء وجودي في السجن، قبل أيام قليلة من وفاتي، أكتب هذا المشروع. أنا أؤمن بجدوى فكرتي، وهذا الإيمان يسندني في وضعي الرهيب.. سأواجه الموت بهدوء، وأنا أعلم أن فكرتي لن تموت معي”.
فكرة استخدام الصواريخ في الرحلات الفضائية كانت قد طرحت في بداية هذا القرن من قبل العالم الروسي كونستانتين إدواردوفيتش تسيولكوفسكي. في عام 1903، ظهرت مقالة مطبوعة لمعلم صالة الألعاب الرياضية في كالوغا ك. تسيولكوفسكي "استكشاف مساحات العالم باستخدام الأدوات التفاعلية." وقد احتوى هذا العمل على أهم معادلة رياضية لرواد الفضاء، والمعروفة الآن باسم "صيغة تسيولكوفسكي"، والتي تصف حركة جسم ذي كتلة متغيرة. وبعد ذلك، قام بتطوير تصميم لمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل، واقترح تصميمًا صاروخيًا متعدد المراحل، وأعرب عن فكرة إمكانية إنشاء مدن فضائية كاملة في مدار أرضي منخفض. وبين أن الجهاز الوحيد القادر على التغلب على الجاذبية هو الصاروخ، أي. جهاز مزود بمحرك نفاث يستخدم الوقود والمؤكسد الموجود على الجهاز نفسه.
محرك نفاثهو محرك يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حركية لنفث الغاز، بينما يكتسب المحرك سرعة في الاتجاه المعاكس.
تم تنفيذ فكرة K.E. Tsiolkovsky من قبل العلماء السوفييت تحت قيادة الأكاديمي سيرجي بافلوفيتش كوروليف. تم إطلاق أول قمر صناعي للأرض في التاريخ بواسطة صاروخ في الاتحاد السوفيتي في 4 أكتوبر 1957.
يجد مبدأ الدفع النفاث تطبيقًا عمليًا واسعًا في الطيران والملاحة الفضائية. لا يوجد في الفضاء الخارجي وسط يمكن لجسم أن يتفاعل معه وبالتالي يغير اتجاهه وحجم سرعته، ولذلك لا يمكن استخدام سوى الطائرات النفاثة، أي الصواريخ، في الرحلات الفضائية.
جهاز صاروخي
تعتمد حركة الصاروخ على قانون حفظ الزخم. إذا تم رمي أي جسم بعيدًا عن الصاروخ في وقت ما، فسوف يكتسب نفس الدفعة، ولكن يتم توجيهه في الاتجاه المعاكس
أي صاروخ، بغض النظر عن تصميمه، لديه دائمًا غلاف ووقود مزود بمواد مؤكسدة. تتضمن قذيفة الصاروخ الحمولة (in في هذه الحالةهذه سفينة فضائية)، ومقصورة الأدوات والمحرك (غرفة الاحتراق، والمضخات، وما إلى ذلك).
الكتلة الرئيسية للصاروخ هي الوقود المؤكسد (المؤكسد ضروري للحفاظ على احتراق الوقود، حيث لا يوجد أكسجين في الفضاء).
يتم تزويد الوقود والمؤكسد إلى غرفة الاحتراق باستخدام المضخات. عندما يحترق الوقود فإنه يتحول إلى غاز ذو درجة حرارة عالية و ارتفاع الضغط. بسبب الاختلاف الكبير في الضغط في غرفة الاحتراق وفي الفضاء الخارجي، تندفع الغازات من غرفة الاحتراق في شكل نفاثة قوية من خلال مقبس ذو شكل خاص يسمى الفوهة. الغرض من الفوهة هو زيادة سرعة الطائرة.
قبل إطلاق الصاروخ، يكون زخمه صفرًا. ونتيجة لتفاعل الغاز الموجود في غرفة الاحتراق وجميع الأجزاء الأخرى من الصاروخ، فإن الغاز المتسرب عبر الفوهة يتلقى بعض الدفع. إذن فالصاروخ عبارة عن نظام مغلق، ويجب أن يكون زخمه الإجمالي صفرًا بعد الإطلاق. ولذلك، فإن غلاف الصاروخ الموجود بداخله يتلقى دفعة تساوي في الحجم دفعة الغاز، ولكنها معاكسة في الاتجاه.
يُطلق على الجزء الأكبر من الصاروخ المخصص لإطلاق الصاروخ بأكمله وتسريعه اسم المرحلة الأولى. عندما تستنفد المرحلة الضخمة الأولى من الصاروخ متعدد المراحل جميع احتياطياته من الوقود أثناء التسارع، فإنه ينفصل. ويستمر المزيد من التسارع من خلال المرحلة الثانية الأقل ضخامة، وتضيف بعض السرعة الإضافية إلى السرعة التي تم تحقيقها مسبقًا بمساعدة المرحلة الأولى، ثم تنفصل. وتستمر المرحلة الثالثة في زيادة السرعة إلى القيمة المطلوبة وتسليم الحمولة إلى المدار.
أول شخص طار في الفضاء الخارجي كان مواطنا الاتحاد السوفياتييوري ألكسيفيتش جاجارين. 12 أبريل 1961 قام بالدوران حول الكرة الأرضية على القمر الصناعي فوستوك.
كانت الصواريخ السوفيتية أول من وصل إلى القمر، ودار حول القمر وصور جانبه غير المرئي من الأرض، وكان أول من وصل إلى كوكب الزهرة وأوصل الأدوات العلمية إلى سطحه. في عام 1986، قامت مركبتان فضائيتان سوفيتيتان، فيجا 1 وفيجا 2، بفحص مذنب هالي عن كثب، والذي يقترب من الشمس مرة كل 76 عامًا.
قانون الحفاظ على الزخم له أهمية كبيرة عند النظر في الحركة النفاثة.
تحت الدفع النفاثفهم حركة الجسم التي تحدث عندما ينفصل جزء منه بسرعة معينة بالنسبة إليه، على سبيل المثال، عندما تتدفق منتجات الاحتراق من فوهة طائرة نفاثة. في هذه الحالة، ما يسمى قوة رد الفعلدفع الجسم.
خصوصية القوة التفاعلية هي أنها تنشأ نتيجة للتفاعل بين أجزاء النظام نفسه دون أي تفاعل مع الأجسام الخارجية.
في حين أن القوة التي تمنح التسارع، على سبيل المثال، للمشاة أو السفينة أو الطائرة، لا تنشأ إلا نتيجة لتفاعل هذه الأجسام مع الأرض أو الماء أو الهواء.
وبالتالي، يمكن الحصول على حركة الجسم نتيجة لتدفق تيار من السائل أو الغاز.
الحركة النفاثة في الطبيعةمتأصل بشكل رئيسي في الكائنات الحية التي تعيش في بيئة مائية.
وفي مجال التكنولوجيا، يُستخدم الدفع النفاث في النقل النهري (المحركات النفاثة المائية)، وفي صناعة السيارات (سيارات السباق)، وفي الشؤون العسكرية، وفي الطيران والملاحة الفضائية.
جميع الطائرات الحديثة عالية السرعة مجهزة بمحركات نفاثة، لأن... فهم قادرون على توفير سرعة الطيران المطلوبة.
من المستحيل استخدام محركات أخرى غير المحركات النفاثة في الفضاء الخارجي، إذ لا يوجد هناك أي دعم يمكن من خلاله تحقيق التسارع.
تاريخ تطور تكنولوجيا الطائرات النفاثة
كان مبتكر الصاروخ القتالي الروسي هو عالم المدفعية ك. كونستانتينوف. يصل مدى صاروخ كونستانتينوف الذي يبلغ وزنه 80 كجم إلى 4 كم.
فكرة استخدام الدفع النفاث في الطائرات، مشروع لأداة الطيران النفاثة، تم طرحه في عام 1881 من قبل ن. كيبالتشيش.
في عام 1903، قال الفيزيائي الشهير ك. أثبت تسيولكوفسكي إمكانية الطيران في الفضاء بين الكواكب وطور تصميمًا لأول طائرة صاروخية بمحرك يعمل بالوقود السائل.
ك. صمم تسيولكوفسكي قطارًا صاروخيًا فضائيًا يتكون من عدد من الصواريخ التي تعمل بالتناوب وتتساقط مع نفاد الوقود.
مبادئ المحركات النفاثة
أساس أي محرك نفاث هو غرفة الاحتراق، حيث ينتج عن احتراق الوقود غازات ذات أهمية كبيرة ارتفاع درجة الحرارةوممارسة الضغط على جدران الغرفة. تتسرب الغازات من فوهة الصاروخ الضيقة بسرعة عالية وتخلق قوة دفع نفاث. وفقا لقانون الحفاظ على الزخم، يكتسب الصاروخ السرعة في الاتجاه المعاكس.
يظل زخم النظام (منتجات احتراق الصواريخ) صفراً. بما أن كتلة الصاروخ تتناقص حتى مع سرعة ثابتةومع تدفق الغازات إلى الخارج، تزداد سرعتها، لتصل تدريجياً إلى قيمتها القصوى.
حركة الصاروخ هي مثال على حركة جسم ذو كتلة متغيرة. لحساب سرعته، يتم استخدام قانون الحفاظ على الزخم.
وتنقسم المحركات النفاثة إلى محركات صاروخية ومحركات تنفس الهواء.
محركات الصواريخمتوفر بالوقود الصلب أو السائل.
في المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، يتم احتجاز الوقود، الذي يحتوي على كل من الوقود والمؤكسد، داخل غرفة الاحتراق في المحرك.
في المحركات النفاثة السائلة، بقصد التشغيل سفن الفضاءيتم تخزين الوقود والمؤكسد بشكل منفصل في خزانات خاصة ويتم إمدادهما إلى غرفة الاحتراق باستخدام المضخات. يمكنهم استخدام الكيروسين والبنزين والكحول والهيدروجين السائل وما إلى ذلك كوقود والأكسجين السائل وحمض النيتريك وما إلى ذلك كعامل مؤكسد ضروري للاحتراق.
يتم إطلاق الصواريخ الفضائية الحديثة ثلاثية المراحل عموديًا، وبعد مرورها عبر طبقات الغلاف الجوي الكثيفة يتم نقلها للطيران في اتجاه معين. تحتوي كل مرحلة صاروخية على خزان وقود خاص بها وخزان مؤكسد، بالإضافة إلى محرك نفاث خاص بها. ومع احتراق الوقود، يتم التخلص من مراحل الصاروخ المستهلكة.
المحركات النفاثةتستخدم حاليا بشكل رئيسي في الطائرات. الفرق الرئيسي بينهما عن المحركات الصاروخية هو أن المؤكسد المستخدم في احتراق الوقود هو الأكسجين من الهواء الذي يدخل المحرك من الغلاف الجوي.
تشتمل محركات تنفس الهواء على محركات ضاغطة توربينية مزودة بضاغط محوري وضاغط طرد مركزي.
يتم امتصاص الهواء الموجود في هذه المحركات وضغطه بواسطة ضاغط يعمل بتوربينة غازية. تخلق الغازات الخارجة من غرفة الاحتراق قوة دفع تفاعلية وتقوم بتدوير دوار التوربين.
عند سرعات طيران عالية جدًا، يمكن تحقيق ضغط الغازات في غرفة الاحتراق بسبب الهواء القادم تدفق الهواء. ليست هناك حاجة للضاغط.
