Višetonski svemirski brodovi uzleću u nebo, i morske vode Prozirne želatinozne meduze, sipe i hobotnice spretno manevrišu - šta im je zajedničko? Ispostavilo se da se u oba slučaja za kretanje koristi princip mlaznog pogona. Ovo je tema kojoj je posvećen naš današnji članak.
Pogledajmo istoriju
Najviše Prvi pouzdani podaci o raketama datiraju iz 13. stoljeća. Koristili su ih Indijci, Kinezi, Arapi i Evropljani u borbi kao borbeno i signalno oružje. Zatim su uslijedila stoljeća gotovo potpunog zaborava ovih uređaja.
U Rusiji je ideja o korištenju mlaznog motora oživjela zahvaljujući radu revolucionara Nikolaja Kibalchicha. Sjedeći u kraljevskim tamnicama, razvio se ruski projekat mlazni motor i avion za ljude. Kibalčič je pogubljen, a njegov projekat je dugi niz godina skupljao prašinu u arhivi carske tajne policije.
Primljene su glavne ideje, crteži i proračuni ovog talentovanog i hrabrog čovjeka dalji razvoj u radovima K. E. Tsiolkovskog, koji je predložio njihovu upotrebu za međuplanetarne komunikacije. Od 1903. do 1914. objavio je niz radova u kojima je uvjerljivo dokazao mogućnost korištenja mlaznog pogona za istraživanje svemira i opravdao izvodljivost upotrebe višestepenih raketa.
Mnoga naučna dostignuća Ciolkovskog se i danas koriste u raketnoj nauci.
Biološke rakete
Kako je uopće nastao? ideja kretanja guranjem vlastitog mlaznog toka? Možda, pomnim promatranjem morskog života, stanovnika priobalne zone primijetio kako se to dešava u životinjskom svijetu.
Na primjer, scallop pomiče se zbog reaktivne sile vodenog mlaza izbačenog iz školjke tijekom brzog kompresije njegovih ventila. Ali nikada neće pratiti najbrže plivače - lignje.
Njihova tijela u obliku rakete prvi jure repom, izbacujući pohranjenu vodu iz posebnog lijevka. kreću se po istom principu, istiskujući vodu skupljanjem svoje prozirne kupole.
Priroda je obdarila biljku koja se zove "mlazni motor" "squirting krastavac". Kada su njeni plodovi potpuno zreli, kao odgovor na najmanji dodir, izbacuje gluten sa sjemenkama. Sam plod se baca u suprotnom smjeru na udaljenosti do 12 m!
Ni stanovnici mora ni biljke ne poznaju fizičke zakone koji su u osnovi ovog načina kretanja. Pokušat ćemo ovo shvatiti.
Fizička osnova principa mlaznog pogona
Prvo, hajde da se okrenemo najjednostavnijem iskustvu. Hajde da naduvamo gumenu loptu i, bez zaustavljanja, pustićemo vas da slobodno letite. Brzo kretanje lopte će se nastaviti sve dok je mlaz vazduha koji izlazi iz nje dovoljno jak.
Da bismo objasnili rezultate ovog eksperimenta, moramo se obratiti Trećem zakonu, koji to kaže dva tijela međusobno djeluju silama jednakim po veličini i suprotnim po smjeru. Prema tome, sila kojom lopta djeluje na mlazove zraka koji iz nje izlaze jednaka je sili kojom zrak gura loptu od sebe.
Prenesimo ove argumente na raketu. Ovi uređaji izbacuju dio svoje mase ogromnom brzinom, uslijed čega i sami dobivaju ubrzanje u suprotnom smjeru.
Sa stanovišta fizike, ovo proces je jasno objašnjen zakonom održanja impulsa. Zamah je proizvod mase tijela i njegove brzine (mv) Dok raketa miruje njena brzina i impuls su nula. Ako se iz njega izbaci mlazni mlaz, tada preostali dio, prema zakonu održanja količine gibanja, mora postići takvu brzinu da je ukupni impuls i dalje jednak nuli.
Pogledajmo formule:
m g v g + m r v r =0;
m g v g =- m r v r,
Gdje m g v g impuls koji stvara mlaz gasova, m p v p impuls koji je primila raketa.
Znak minus označava da su smjer kretanja rakete i mlazne struje suprotni.
Dizajn i princip rada mlaznog motora
U tehnologiji, mlazni motori pokreću avione, rakete i lansiraju ih u orbitu. svemirski brod. Ovisno o namjeni, imaju različite uređaje. Ali svaki od njih ima zalihu goriva, komoru za njegovo sagorijevanje i mlaznicu koja ubrzava mlazni tok.
Međuplanetarne automatske stanice su takođe opremljene sa instrumentima i kabinama sa sistemom za održavanje života za astronaute.
Moderne svemirske rakete su složene višestepene letjelice koje koriste najnovijim dostignućima inženjerska misao. Nakon lansiranja, gorivo u donjem stepenu prvo sagorijeva, nakon čega se odvaja od rakete, smanjujući njenu ukupnu masu i povećavajući brzinu.
Zatim se gorivo troši u drugoj fazi itd. Konačno, letelica se lansira na zadatu putanju i započinje samostalan let.
Hajde da sanjamo malo
Veliki sanjar i naučnik K. E. Tsiolkovsky dao je budućim generacijama povjerenje da će mlazni motori omogućiti čovječanstvu da pobjegne izvan Zemljine atmosfere i odjuri u svemir. Njegovo predviđanje se obistinilo. Mjesec, pa čak i udaljene komete, uspješno se istražuju svemirskim brodovima. 
U astronautici se koriste tekući mlazni motori. Koristeći naftne derivate kao gorivo, ali brzine koje se mogu postići uz njihovu pomoć su nedovoljne za veoma duge letove.
Možda ti, naš dragi čitaoci, svjedočit ćete letovima zemljana u druge galaksije na uređajima s nuklearnim, termonuklearnim ili jonskim mlaznim motorima.
Ako vam je ova poruka bila korisna, bilo bi mi drago da vas vidim
Esej
fizika
na temu:
« Mlazni pogon»
Završio učenik Opštinske obrazovne ustanove Srednja škola br.5
G. Lobnya, 10 “B” razred,
Stepanenko Inna Yurievna
Mlazni pogon.
Čovječanstvo je vekovima sanjalo o svemirskim letovima. Najviše su ponudili pisci naučne fantastike različitim sredstvima za postizanje ovog cilja. U 17. veku pojavila se priča francuskog pisca Sirana de Beržeraka o letu na Mesec. Junak ove priče stigao je do Mjeseca u željeznim kolicima, preko kojih je neprestano bacao jak magnet. Privučena njime, kolica su se dizala sve više i više iznad Zemlje dok nisu stigla do Mjeseca. A baron Minhauzen je rekao da se popeo na mesec uz stabljiku pasulja.
Ali nijedan naučnik, niti jedan pisac naučne fantastike tokom mnogo vekova nije mogao da navede jedino sredstvo koje čoveku stoji na raspolaganju kojim se može savladati sila gravitacije i poleteti u svemir. To je postigao ruski naučnik Konstantin Eduardovič Ciolkovski (1857-1935). Pokazao je da je jedini uređaj sposoban da savlada gravitaciju raketa, tj. uređaj sa mlaznim motorom koji koristi gorivo i oksidant koji se nalazi na samom uređaju.
Mlazni motor je motor koji pretvara hemijsku energiju goriva u kinetičku energiju gasnog mlaza, a motor postiže brzinu u suprotnom smjeru. Na kojim principima i fizički zakoni je li njegova akcija zasnovana?
Svi znaju da pucanj iz pištolja prati trzaj. Da je težina metka jednaka težini pištolja, razletjeli bi se istom brzinom. Do trzanja dolazi jer izbačena masa plinova stvara reaktivnu silu, zahvaljujući kojoj se kretanje može osigurati i u zraku i u bezzračnom prostoru. I što je veća masa i brzina plinova koji teku, to je veća sila trzanja koju naše rame osjeća, što je reakcija pištolja jača, to je veća reaktivna sila. To je lako objasniti iz zakona održanja količine gibanja, koji kaže da geometrijski (tj. vektorski) zbir impulsa tijela koja čine zatvoreni sistem ostaje konstantan za bilo koje kretanje i interakciju tijela sistema, tj.
K. E. Tsiolkovsky je izveo formulu koja omogućava izračunavanje maksimalne brzine koju raketa može razviti. Evo formule:
Ovdje je v max maksimalna brzina rakete, v 0 je početna brzina, v r je brzina strujanja plina iz mlaznice, m je početna masa goriva, a M je masa prazne rakete. Kao što se vidi iz formule, ova maksimalna dostižna brzina zavisi prvenstveno od brzine strujanja gasa iz mlaznice, što opet zavisi prvenstveno od vrste goriva i temperature gasnog mlaza. Što je temperatura viša, to je veća brzina. To znači da za raketu morate odabrati najkaloričnije gorivo koje daje najveću količinu topline. Iz formule također slijedi da ova brzina zavisi i od početne i od konačne mase rakete, tj. zavisi koji dio njegove težine čini gorivo, a koji dio beskorisne (sa stanovišta brzine leta) strukture: tijelo, mehanizmi itd.
Ova formula Ciolkovskog je osnova na kojoj se zasniva čitav proračun modernih projektila. Odnos mase goriva i mase rakete na kraju rada motora (tj. u suštini prema težini prazne rakete) naziva se broj Ciolkovskog.
Glavni zaključak iz ove formule je da će se raketa u svemiru bez vazduha razvijati što je veća brzina, što je veća brzina izlivanja gasa i veći broj Ciolkovsky.
Zaključak.
Dodao bih da je opis djelovanja interkontinentalne balističke rakete koji sam dao zastario i da odgovara nivou razvoja nauke i tehnologije 60-ih godina, ali zbog ograničenog pristupa savremenim naučnim materijalima nisam u mogućnosti da dati tačan opis rada moderne interkontinentalne balističke rakete ultra dugog dometa. Međutim, istakao sam opšta svojstva svojstvena svim raketama, tako da svoj zadatak smatram završenim.
Spisak korišćene literature:
Deryabin V. M. Zakoni očuvanja u fizici. – M.: Obrazovanje, 1982.
Gelfer Ya. M. Zakoni očuvanja. – M.: Nauka, 1967.
Tijelo K. Svijet bez oblika. – M.: Mir, 1976.
Dječija enciklopedija. – M.: Izdavačka kuća Akademije nauka SSSR, 1959.
Sažetak iz fizike na temu: „Mlazni pogon“ Završila učenica opštinske obrazovne ustanove Srednje škole br. 5 u Lobnji, 10. „B“ razred, Inna Yuryevna Stepanenko, 2006. Mlazni pogon. Već mnogo vekova čovečanstvo je sanjalo o istraživanju svemira.Mlazno kretanje u prirodi i tehnologiji je vrlo česta pojava. U prirodi se javlja kada se jedan dio tijela odvoji određenom brzinom od nekog drugog dijela. U ovom slučaju, reaktivna sila se javlja bez interakcije ovog organizma sa vanjskim tijelima.
Da bismo razumjeli o čemu govorimo, najbolje je pogledati primjere. u prirodi i tehnologiji su brojni. Prvo ćemo govoriti o tome kako ga životinje koriste, a potom i o tome kako se koristi u tehnologiji.
Meduze, ličinke vretenaca, plankton i mekušci
Mnogi ljudi su, kupajući se u moru, naišli na meduze. U Crnom moru ih, u svakom slučaju, ima dosta. Međutim, nisu svi shvatili da se meduze kreću pomoću mlaznog pogona. Istu metodu koriste ličinke vretenaca, kao i neki predstavnici morskog planktona. Efikasnost morskih životinja beskičmenjaka koje ga koriste često je mnogo veća nego kod tehničkih izuma.
Mnogi mekušci se kreću na način koji nas zanima. Primjeri uključuju sipe, lignje i hobotnice. Konkretno, školjka se može kretati naprijed koristeći mlaz vode koji se izbacuje iz školjke kada su njeni ventili oštro komprimirani.
A ovo je samo nekoliko primjera iz života životinjskog svijeta koji se mogu navesti da proširimo temu: „Mlazni pogon u svakodnevnom životu, prirodi i tehnologiji“.
Kako se kreće sipa?
Sipa je također vrlo zanimljiva u tom pogledu. Kao i mnogi glavonošci, kreće se u vodi koristeći sljedeći mehanizam. Kroz poseban lijevak koji se nalazi ispred tijela, kao i kroz bočni prorez, sipa unosi vodu u svoju škržnu šupljinu. Zatim ga energično baca kroz lijevak. Sipa usmjerava cijev lijevka natrag ili u stranu. Kretanje se može izvoditi u različitim smjerovima.
Metoda koju koristi salpa
Zanimljiva je i metoda koju koristi salpa. Ovo je ime morske životinje koja ima prozirno tijelo. Prilikom kretanja, salpa uvlači vodu koristeći prednji otvor. Voda završava u širokoj šupljini, a škrge su smještene dijagonalno unutar nje. Rupa se zatvara kada salpa popije veliki gutljaj vode. Njegovi poprečni i uzdužni mišići se skupljaju, pritiskajući cijelo tijelo životinje. Voda se izbacuje kroz stražnji otvor. Životinja se kreće naprijed zbog reakcije mlaza koji teče.
Lignje - "živa torpeda"
Možda je najzanimljivija stvar mlazni motor koji ima lignja. Ova životinja se smatra najvećim predstavnikom beskičmenjaka, koji žive na velikim dubinama okeana. U mlaznoj navigaciji, lignje su postigle pravo savršenstvo. Čak i tijelo ovih životinja po svom vanjskom obliku podsjeća na raketu. Tačnije, ova raketa kopira lignju, jer upravo lignja ima neosporan primat u ovom pitanju. Ako treba da se kreće polako, životinja za to koristi veliku peraju u obliku dijamanta, koja se s vremena na vrijeme savija. Ako je potrebno brzo bacanje, mlazni motor priskače u pomoć.
Tijelo mekušaca je sa svih strana okruženo omotačem - mišićnim tkivom. Gotovo polovica ukupne zapremine životinjskog tijela je zapremina njegove šupljine. Lignja koristi šupljinu plašta za kretanje tako što usisava vodu u njoj. Zatim oštro izbacuje prikupljeni mlaz vode kroz usku mlaznicu. Kao rezultat toga, gura se unazad velikom brzinom. Istovremeno, lignja savija svih 10 pipaka u čvor iznad glave kako bi dobila aerodinamičan oblik. Mlaznica sadrži poseban ventil, a mišići životinje ga mogu okretati. Tako se mijenja smjer kretanja.
Impresivna brzina lignje
Mora se reći da je motor squid vrlo ekonomičan. Brzina koju može postići može doseći 60-70 km/h. Neki istraživači čak vjeruju da može dostići i do 150 km/h. Kao što vidite, lignje se ne zovu "živi torpedo" uzalud. Može se okretati u željenom smjeru, savijajući svoje pipke sklopljene u snop dolje, gore, lijevo ili desno.
Kako lignja kontrolira kretanje?
Budući da je volan vrlo velik u odnosu na veličinu same životinje, dovoljno je samo lagano pomicanje volana da lignja lako izbjegne sudar s preprekom, čak i pri maksimalnoj brzini. Ako ga naglo okrenete, životinja će odmah uletjeti poleđina. Lignja savija kraj lijevka unazad i, kao rezultat, može kliziti glavom naprijed. Ako ga savije udesno, mlazni potisak će ga baciti ulijevo. Međutim, kada je potrebno brzo plivati, lijevak se uvijek nalazi direktno između pipaka. U ovom slučaju, životinja prvo juri repom, kao što trči brzi rak ako ima agilnost trkača.
Kada nema potrebe za žurbom, sipe i lignje plivaju valoviti perajima. Minijaturni valovi prolaze preko njih od naprijed prema nazad. Lignje i sipa graciozno klize. Samo se s vremena na vrijeme guraju mlazom vode koji im izvire ispod plašta. U takvim trenucima jasno su vidljivi pojedinačni udari koje mekušac primi tokom erupcije vodenih mlazova.
Leteće lignje
Neki glavonošci mogu ubrzati do 55 km/h. Čini se da niko nije napravio direktna mjerenja, ali možemo dati takvu brojku na osnovu dometa i brzine letećih lignji. Ispostavilo se da takvih ljudi ima. Stenoteuthis lignja je najbolji pilot od svih mekušaca. Engleski mornari je zovu leteća lignja (flying squid). Ova životinja, čija je fotografija prikazana iznad, nema velike veličine, veličine haringe. Tako brzo juri ribu da često iskače iz vode, leteći poput strijele po njenoj površini. Ovaj trik koristi i kada mu prijeti opasnost od predatora - skuše i tune. Razvijajući maksimalni mlazni potisak u vodi, lignja se lansira u zrak i zatim leti više od 50 metara iznad valova. Kada leti, toliko je visok da često leteće lignje završavaju na palubama brodova. Visina od 4-5 metara nikako nije rekord za njih. Ponekad leteće lignje lete i više.
Dr. Rees, istraživač školjkaša iz Velike Britanije, u svom naučni članak opisao je predstavnika ovih životinja, čija je dužina tijela bila samo 16 cm, ali je uspio preletjeti priličnu udaljenost kroz zrak, nakon čega je sletio na most jahte. A visina ovog mosta bila je skoro 7 metara!
Postoje slučajevi kada brod napadne više letećih lignji odjednom. Trebius Niger, drevni pisac, jednom je ispričao tužnu priču o brodu koji kao da nije mogao izdržati težinu ovih morskih životinja i potonuo. Zanimljivo je da lignje mogu poletjeti čak i bez ubrzanja.
Leteće hobotnice
Hobotnice takođe imaju sposobnost letenja. Jean Verani, francuski prirodnjak, gledao je jednog od njih kako ubrzava u svom akvariju, a zatim iznenada iskače iz vode. Životinja je opisala luk od oko 5 metara u zraku, a zatim se srušila u akvarij. Hobotnica, dobijajući brzinu potrebnu za skok, kretala se ne samo zahvaljujući mlaznom potisku. Također je veslao svojim pipcima. Hobotnice su vrećaste, pa plivaju lošije od lignji, ali u kritičnim trenucima ove životinje mogu dati prednost najboljim sprinterima. Radnici kalifornijskog akvarijuma hteli su da fotografišu hobotnicu koja napada rak. Međutim, hobotnica, koja je jurila na svoj plijen, razvila je takvu brzinu da su se fotografije, čak i pri korištenju posebnog načina rada, pokazale zamagljene. To znači da je bacanje trajalo samo delić sekunde!
Međutim, hobotnice obično plivaju prilično sporo. Naučnik Joseph Seinl, koji je proučavao migracije hobotnica, otkrio je da hobotnica, čija je veličina 0,5 m, pliva prosječnom brzinom od oko 15 km/h. Svaki mlaz vode koji izbaci iz lijevka tjera ga naprijed (tačnije unazad, jer pliva unazad) za oko 2-2,5 m.
"Squirting krastavac"
Reaktivno kretanje u prirodi i tehnologiji može se razmotriti korištenjem primjera iz biljnog svijeta da se to ilustrira. Jedan od najpoznatijih su zreli plodovi tzv. Odbijaju se od peteljke pri najmanjem dodiru. Zatim se iz nastale rupe velikom snagom izbacuje posebna ljepljiva tekućina koja sadrži sjemenke. Sam krastavac leti u suprotnom smjeru na udaljenosti do 12 m.
Zakon održanja impulsa
Svakako biste trebali razgovarati o tome kada razmišljate o mlaznom kretanju u prirodi i tehnologiji. Poznavanje zakona održanja momenta nam omogućava da promijenimo, posebno, vlastitu brzinu kretanja ako se nalazimo u otvorenom prostoru. Na primjer, sjedite u čamcu i sa sobom imate nekoliko kamenja. Ako ih bacite u određenom smjeru, čamac će se kretati u suprotnom smjeru. Ovaj zakon se primjenjuje iu svemiru. Međutim, u tu svrhu koriste
Koji se drugi primjeri mlaznog pogona mogu primijetiti u prirodi i tehnologiji? Vrlo dobro ilustrovano na primjeru pištolja.
Kao što znate, hitac iz njega uvijek prati trzaj. Recimo da je težina metka jednaka težini pištolja. U tom slučaju bi se razletjeli istom brzinom. Do trzanja dolazi jer se stvara reaktivna sila, jer postoji bačena masa. Zahvaljujući ovoj sili, kretanje je osigurano i u bezzračnom prostoru i u zraku. Što je veća brzina i masa plinova koji teče, to je veća sila trzanja koju naše rame osjeća. Shodno tome, što je jača reakcija pištolja, veća je i sila reakcije.
Sanja o letenju u svemir
Mlazni pogon u prirodi i tehnologiji bio je izvor novih ideja za naučnike dugi niz godina. Već mnogo vekova čovečanstvo je sanjalo o letenju u svemir. Mora se pretpostaviti da se upotreba mlaznog pogona u prirodi i tehnologiji nikako nije iscrpila.
A sve je počelo sa snom. Pisci naučne fantastike su nam nudili pre nekoliko vekova raznim sredstvima kako postići ovaj željeni cilj. U 17. veku, Sirano de Beržerak, francuski pisac, stvorio je priču o letu na Mesec. Njegov junak je stigao do Zemljinog satelita koristeći željezna kolica. Stalno je bacao jak magnet preko ove strukture. Kočija, privučena njime, uzdizala se sve više i više iznad Zemlje. Na kraju je stigla do mjeseca. Još jedan poznati lik, baron Minhauzen, popeo se na mesec koristeći stabljiku pasulja.
Naravno, tada se malo znalo o tome kako korištenje mlaznog pogona u prirodi i tehnologiji može olakšati život. Ali let mašte sigurno je otvorio nove horizonte.
Na putu do izvanrednog otkrića
U Kini krajem 1. milenijuma nove ere. e. izumio mlazni pogon za pogon raketa. Potonje su bile jednostavno bambusove cijevi koje su bile punjene barutom. Ove rakete su lansirane iz zabave. Mlazni motor je korišten u jednom od prvih dizajna automobila. Ova ideja je pripadala Newtonu.
N.I. je također razmišljao o tome kako nastaje mlazno kretanje u prirodi i tehnologiji. Kibalchich. Riječ je o ruskom revolucionaru, autoru prvog projekta mlaznog aviona, koji je namijenjen za ljudski let. Revolucionar je, nažalost, pogubljen 3. aprila 1881. godine. Kibalchich je optužen za učešće u pokušaju atentata na Aleksandra II. Već u zatvoru, dok je čekao izvršenje smrtne kazne, nastavio je proučavati tako zanimljiv fenomen kao što je mlazno kretanje u prirodi i tehnologiji, koje nastaje kada se dio predmeta odvoji. Kao rezultat ovih istraživanja, razvio je svoj projekat. Kibalchich je napisao da ga ova ideja podržava u njegovoj poziciji. Spreman je da se mirno suoči sa svojom smrću, znajući da je tako važno otkriće neće umrijeti s njim.
Implementacija ideje svemirskog leta
Manifestaciju mlaznog pogona u prirodi i tehnologiji nastavio je proučavati K. E. Tsiolkovsky (njegova fotografija je prikazana gore). Početkom 20. veka ovaj veliki ruski naučnik je predložio ideju upotrebe raketa za letove u svemir. Njegov članak o ovom pitanju pojavio se 1903. Predstavljena je matematička jednačina koja je postala najvažnija za astronautiku. U naše vrijeme poznata je kao “formula Ciolkovskog”. Ova jednačina opisuje kretanje tijela promjenjive mase. U svojim daljim radovima prikazao je dijagram raketnog motora koji radi na tečno gorivo. Ciolkovsky je, proučavajući upotrebu mlaznog pogona u prirodi i tehnologiji, razvio višestepeni dizajn rakete. Došao je i na ideju o mogućnosti stvaranja čitavih svemirskih gradova u niskoj orbiti Zemlje. Ovo su otkrića do kojih je naučnik došao proučavajući mlazni pogon u prirodi i tehnologiji. Rakete su, kako je pokazao Ciolkovski, jedini uređaji koji mogu savladati raketu.On ju je definisao kao mehanizam sa mlaznim motorom koji koristi gorivo i oksidant koji se nalaze na njoj. Ovaj uređaj transformiše hemijsku energiju goriva, koja postaje kinetička energija gasnog mlaza. Sama raketa počinje da se kreće u suprotnom smeru.
Konačno, naučnici su, nakon proučavanja reaktivnog kretanja tijela u prirodi i tehnologiji, prešli na praksu. Pred nama je bio veliki zadatak da se ostvari dugogodišnji san čovečanstva. I grupa sovjetskih naučnika, predvođena akademikom S. P. Koroljevom, nosila se s tim. Ona je ostvarila ideju Ciolkovskog. Prvi vještački satelit naše planete lansiran je u SSSR-u 4. oktobra 1957. godine. Naravno, korištena je raketa.
Yu. A. Gagarin (na slici iznad) bio je čovjek koji je imao čast da prvi poleti u svemir. Ovaj važan događaj za svijet zbio se 12. aprila 1961. godine. Gagarin je obleteo čitav svet na satelitu Vostok. SSSR je bio prva država čije su rakete stigle do Mjeseca, letjele oko njega i fotografisale stranu nevidljivu sa Zemlje. Osim toga, Rusi su prvi put posjetili Veneru. Donijeli su naučne instrumente na površinu ove planete. Američki astronaut Neil Armstrong prva je osoba koja je hodala po površini Mjeseca. Na njega je sleteo 20. jula 1969. godine. Godine 1986. Vega 1 i Vega 2 (brodovi koji su pripadali SSSR-u) istraživali su iz neposredne blizine Halejevu kometu, koja se Suncu približava samo jednom u 76 godina. Istraživanje svemira se nastavlja...
Kao što vidite, fizika je veoma važna i korisna nauka. Mlazni pogon u prirodi i tehnologiji samo je jedno od zanimljivih pitanja o kojima se u njemu govori. A dostignuća ove nauke su veoma, veoma značajna.
Kako se mlazni pogon koristi u prirodi i tehnologiji ovih dana
U fizici su u posljednjih nekoliko stoljeća napravljena posebno važna otkrića. Dok priroda ostaje gotovo nepromijenjena, tehnologija se razvija brzim tempom. Danas se princip mlaznog pogona široko koristi ne samo kod raznih životinja i biljaka, već iu astronautici i avijaciji. U svemiru ne postoji medij koji bi tijelo moglo koristiti za interakciju kako bi promijenilo veličinu i smjer svoje brzine. Zato se samo rakete mogu koristiti za letenje u svemiru bez vazduha.
Danas se mlazni pogon aktivno koristi u svakodnevnom životu, prirodi i tehnologiji. To više nije misterija kao što je nekada bila. Međutim, čovječanstvo ne bi trebalo tu stati. Pred nama su novi horizonti. Želio bih vjerovati da će mlazni pokret u prirodi i tehnologiji, ukratko opisan u članku, inspirirati nekoga na nova otkrića.
Mlazni pogon u prirodi i tehnologiji
SAŽETAK O FIZICI
Mlazni pogon- kretanje koje nastaje kada se bilo koji njegov dio odvoji od tijela određenom brzinom.
Reaktivna sila se javlja bez ikakve interakcije sa vanjskim tijelima.
Primjena mlaznog pogona u prirodi
Mnogi od nas u životu su se susreli sa meduzama dok su se kupali u moru. U svakom slučaju, u Crnom moru ih ima sasvim dovoljno. Ali malo ljudi je mislilo da meduze koriste i mlazni pogon za kretanje. Osim toga, tako se kreću larve vretenaca i neke vrste morskog planktona. I često je efikasnost morskih beskičmenjaka pri korištenju mlaznog pogona mnogo veća od one tehnoloških izuma.
Mlazni pogon koriste mnogi mekušci - hobotnice, lignje, sipa. Na primjer, mekušac morske kapice kreće se naprijed zbog reaktivne sile struje vode koja je izbačena iz školjke tijekom oštrog pritiska njegovih ventila.
Octopus
Sipa
Sipa se, kao i većina glavonožaca, kreće u vodi na sljedeći način. Ona unosi vodu u škržnu šupljinu kroz bočni prorez i poseban lijevak ispred tijela, a zatim energično izbacuje mlaz vode kroz lijevak. Sipa usmjerava cijev lijevka u stranu ili nazad i, brzo istiskujući vodu iz nje, može se kretati u različitim smjerovima.
Salpa je morska životinja s prozirnim tijelom; kada se kreće, prima vodu kroz prednji otvor, a voda ulazi u široku šupljinu unutar koje su škrge dijagonalno rastegnute. Čim životinja popije veliki gutljaj vode, rupa se zatvara. Zatim se kontrahuju uzdužni i poprečni mišići salpe, skuplja se cijelo tijelo i voda se istiskuje kroz stražnji otvor. Reakcija izlazećeg mlaza gura salpu naprijed.
Mlazni motor lignje je od najvećeg interesa. Lignja je najveći beskičmenjak stanovnik okeanskih dubina. Stigle su lignje vrhunsko savršenstvo u reaktivnoj navigaciji. Čak i njihovo tijelo, svojim vanjskim oblicima, kopira raketu (ili bolje rečeno, raketa kopira lignju, jer ima neosporan prioritet u ovoj stvari). Kada se kreće polako, lignja koristi veliku peraju u obliku dijamanta koja se povremeno savija. Za brzo bacanje koristi mlazni motor. Muscle– plašt sa svih strana okružuje tijelo mekušaca, zapremina njegove šupljine je skoro polovina volumena tijela lignje. Životinja usisava vodu unutar šupljine plašta, a zatim oštro izbacuje mlaz vode kroz usku mlaznicu i kreće se unazad uz velike brzine. Istovremeno, svih deset pipaka lignje skupljeno je u čvor iznad njene glave i ona poprima aerodinamičan oblik. Mlaznica je opremljena posebnim ventilom, a mišići ga mogu rotirati, mijenjajući smjer kretanja. Squid motor je vrlo ekonomičan, sposoban je postići brzine do 60 - 70 km/h. (Neki istraživači vjeruju da čak i do 150 km/h!) Nije ni čudo što se lignja naziva „živim torpedom“. Savijanjem spojenih pipaka udesno, lijevo, gore ili dolje, lignja se okreće u jednom ili drugom smjeru. Budući da je takav volan vrlo velik u odnosu na samu životinju, njegovo lagano kretanje dovoljno je da lignja, čak i pri punoj brzini, lako izbjegne nalet na prepreku. Oštar okret volana - i plivač juri u suprotnom smjeru. Zato je savio kraj lijevka unazad i sada klizi glavom naprijed. Savio ga je udesno - i mlazni guranje ga je odbacilo ulijevo. Ali kada treba brzo plivati, lijevak uvijek viri tačno između pipaka, a lignja prva juri repom, baš kao što bi trčao rak - brzi hodač obdaren agilnošću trkača.
Ako nema potrebe za žurbom, lignje i sipe plivaju s valovitim perajama - minijaturni valovi prelaze preko njih od naprijed prema nazad, a životinja graciozno klizi, povremeno se gurajući i mlazom vode izbačenim ispod plašta. Tada su jasno vidljivi pojedinačni udari koje mekušac prima u trenutku erupcije vodenih mlazova. Neki glavonošci mogu postići brzinu i do pedeset pet kilometara na sat. Čini se da niko nije napravio direktna mjerenja, ali o tome se može suditi po brzini i dometu leta letećih lignji. I ispostavilo se da hobotnice imaju takve talente u svojoj porodici! Najbolji pilot među mekušcima je lignja Stenoteuthis. Engleski mornari je zovu leteća lignja („flying squid“). Ovo je mala životinja veličine haringe. Goni ribu takvom brzinom da često iskače iz vode, leteći po njenoj površini poput strijele. On pribjegava ovom triku kako bi spasio život od predatora - tune i skuše. Razvijajući maksimalni mlazni potisak u vodi, pilotska lignja uzlijeće u zrak i leti iznad valova više od pedeset metara. Apogej leta žive rakete leži toliko visoko iznad vode da leteće lignje često završe na palubama okeanskih brodova. Četiri do pet metara nije rekordna visina do koje se lignje dižu u nebo. Ponekad lete i više.
Engleski istraživač mekušaca dr. Rees opisao je u naučnom članku lignju (dugačku samo 16 centimetara), koja je, preletjevši priličnu udaljenost kroz zrak, pala na most jahte, koja se uzdizala gotovo sedam metara iznad vode.
Dešava se da mnogo letećih lignji padne na brod u iskričavoj kaskadi. Antički pisac Trebius Niger jednom je ispričao tužnu priču o brodu koji je navodno potonuo pod teretom letećih lignji koje su pale na njegovu palubu. Lignje mogu poletjeti bez ubrzanja.
Hobotnice takođe mogu da lete. Francuski prirodnjak Jean Verani vidio je kako je obična hobotnica ubrzala u akvariju i iznenada iskočila iz vode unatrag. Nakon što je opisao luk dug oko pet metara u vazduhu, skočio je nazad u akvarijum. Kada je povećala brzinu za skok, hobotnica se kretala ne samo zbog mlaznog potiska, već je i veslala svojim pipcima.
Vrećaste hobotnice plivaju, naravno, lošije od lignji, ali u kritičnim trenucima mogu pokazati rekordnu klasu za najbolje sprintere. Osoblje kalifornijskog akvarijuma pokušalo je da fotografiše hobotnicu kako napada rak. Hobotnica je jurila na svoj plijen takvom brzinom da je film, čak i pri snimanju pri najvećim brzinama, uvijek sadržavao masnoću. To znači da je bacanje trajalo stotinke sekunde! Obično hobotnice plivaju relativno sporo. Joseph Seinl, koji je proučavao migracije hobotnica, izračunao je: hobotnica veličine pola metra pliva kroz more prosječnom brzinom od oko petnaest kilometara na sat. Svaki mlaz vode izbačen iz lijevka gura ga naprijed (tačnije, unazad, jer hobotnica pliva unazad) dva do dva i po metra.
Mlazno kretanje se također može naći u biljnom svijetu. Na primjer, zreli plodovi "ludi krastavca", uz najmanji dodir, odbijaju se od peteljke, a ljepljiva tekućina sa sjemenkama se nasilno izbacuje iz nastale rupe. Sam krastavac odleti u suprotnom smjeru do 12 m.
Poznavajući zakon održanja momenta, možete promijeniti vlastitu brzinu kretanja na otvorenom prostoru. Ako ste u čamcu i imate nekoliko teškog kamenja, onda će vas bacanje kamenja u određenom smjeru pomaknuti u suprotnom smjeru. Isto će se dogoditi i u svemiru, ali tamo za to koriste mlazne motore.
Svi znaju da pucanj iz pištolja prati trzaj. Da je težina metka jednaka težini pištolja, razletjeli bi se istom brzinom. Do trzanja dolazi jer izbačena masa plinova stvara reaktivnu silu, zahvaljujući kojoj se kretanje može osigurati i u zraku i u bezzračnom prostoru. I što je veća masa i brzina plinova koji teku, to je veća sila trzanja koju naše rame osjeća, što je reakcija pištolja jača, to je veća reaktivna sila.
Primjena mlaznog pogona u tehnici
Čovječanstvo je vekovima sanjalo o svemirskim letovima. Pisci naučne fantastike su predložili različite načine za postizanje ovog cilja. U 17. veku pojavila se priča francuskog pisca Sirana de Beržeraka o letu na Mesec. Junak ove priče stigao je do Mjeseca u željeznim kolicima, preko kojih je neprestano bacao jak magnet. Privučena njime, kolica su se dizala sve više i više iznad Zemlje dok nisu stigla do Mjeseca. A baron Minhauzen je rekao da se popeo na mesec uz stabljiku pasulja.
Krajem prvog milenijuma nove ere, Kina je izumila mlazni pogon, koji je pokretao rakete - bambusove cijevi napunjene barutom, korištene su i kao zabava. Jedan od prvih projekata automobila je također bio s mlaznim motorom i ovaj projekat je pripadao Newtonu
Autor prvog svjetskog projekta mlaznog aviona namijenjenog ljudskom letu bio je ruski revolucionar N.I. Kibalchich. Pogubljen je 3. aprila 1881. godine zbog učešća u pokušaju atentata na cara Aleksandra II. Svoj projekat je razvio u zatvoru nakon što je osuđen na smrt. Kibalchich je napisao: „Dok sam bio u zatvoru, nekoliko dana prije moje smrti, pišem ovaj projekat. Vjerujem u izvodljivost svoje ideje i ta vjera me podržava u mojoj strašnoj situaciji... Mirno ću se suočiti sa smrću, znajući da moja ideja neće umrijeti sa mnom.”
Ideju korišćenja raketa za letove u svemir predložio je početkom ovog veka ruski naučnik Konstantin Eduardovič Ciolkovski. Godine 1903. u štampi se pojavio članak učitelja gimnazije u Kalugi K.E. Ciolkovsky “Istraživanje svjetskih prostora pomoću reaktivnih instrumenata.” Ovaj rad je sadržavao najvažniju matematičku jednačinu za astronautiku, sada poznatu kao “formula Ciolkovskog”, koja opisuje kretanje tijela promjenljive mase. Potom je razvio dizajn raketnog motora na tekuće gorivo, predložio višestepeni dizajn rakete i izrazio ideju o mogućnosti stvaranja čitavih svemirskih gradova u niskoj orbiti Zemlje. Pokazao je da je jedini uređaj sposoban da savlada gravitaciju raketa, tj. uređaj sa mlaznim motorom koji koristi gorivo i oksidant koji se nalazi na samom uređaju.
Mlazni motor je motor koji pretvara hemijsku energiju goriva u kinetičku energiju gasnog mlaza, dok motor dobija brzinu u suprotnom smeru.
Ideju K.E. Ciolkovskog sproveli su sovjetski naučnici pod vodstvom akademika Sergeja Pavloviča Koroljeva. Prvi veštački Zemljin satelit u istoriji lansiran je raketom u Sovjetskom Savezu 4. oktobra 1957. godine.
Princip mlaznog pogona nalazi široku praktičnu primjenu u avijaciji i astronautici. U svemiru ne postoji medij sa kojim bi tijelo moglo stupiti u interakciju i time promijeniti smjer i veličinu svoje brzine, pa se za letove u svemir mogu koristiti samo mlazni avioni, odnosno rakete.
Raketni uređaj
Kretanje rakete zasniva se na zakonu održanja količine gibanja. Ako se u nekom trenutku neko tijelo odbaci od rakete, ono će dobiti isti impuls, ali usmjereno u suprotnom smjeru
Svaka raketa, bez obzira na njen dizajn, uvijek ima školjku i gorivo s oksidantom. Oklop rakete uključuje nosivost (in u ovom slučaju ovo je svemirski brod), odeljak za instrumente i motor (komora za sagorevanje, pumpe, itd.).
Glavna masa rakete je gorivo sa oksidantom (oksidator je potreban za održavanje sagorevanja goriva, jer u svemiru nema kiseonika).
Gorivo i oksidant se dovode u komoru za sagorevanje pomoću pumpi. Kada gorivo sagorijeva, pretvara se u plin visoke temperature i visokog pritiska. Zbog velike razlike pritisaka u komori za sagorevanje iu svemiru, gasovi iz komore za sagorevanje izlaze u snažnom mlazu kroz posebno oblikovanu utičnicu koja se zove mlaznica. Svrha mlaznice je povećanje brzine mlaza.
Prije lansiranja rakete, njen impuls je nula. Kao rezultat interakcije plina u komori za sagorijevanje i svim ostalim dijelovima rakete, plin koji izlazi kroz mlaznicu prima neki impuls. Tada je raketa zatvoren sistem, a njen ukupni impuls mora biti nula nakon lansiranja. Dakle, cijela školjka rakete koja se nalazi u njoj prima impuls jednak po veličini impulsu plina, ali suprotnog smjera.
Najmasivniji dio rakete, namijenjen lansiranju i ubrzanju cijele rakete, naziva se prvi stepen. Kada prvi masivni stepen višestepene rakete iscrpi sve svoje rezerve goriva tokom ubrzanja, on se odvaja. Dalje ubrzanje se nastavlja drugom, manje masivnom etapom, i dodaje malo više brzine brzini prethodno postignutoj uz pomoć prve faze, a zatim se odvaja. Treća faza nastavlja povećavati brzinu do potrebne vrijednosti i isporučuje korisni teret u orbitu.
Prva osoba koja je letjela u svemir bio je građanin Sovjetski savez Jurij Aleksejevič Gagarin. 12. aprila 1961. Obišao je globus na satelitu Vostok.
Sovjetske rakete prve su stigle do Mjeseca, obišle Mjesec i fotografisale njegovu stranu nevidljivu sa Zemlje, te su prve stigle do planete Venere i donijele naučne instrumente na njenu površinu. Godine 1986. dvije sovjetske letjelice, Vega 1 i Vega 2, pomno su ispitale Halejevu kometu, koja se približava Suncu svakih 76 godina.
Zakon održanja impulsa je od velike važnosti kada se razmatra mlazno kretanje.
Ispod mlazni pogon razumjeti kretanje tijela koje nastaje kada se neki njegov dio odvoji određenom brzinom u odnosu na njega, na primjer, kada produkti sagorijevanja izlaze iz mlaznice mlaznog aviona. U ovom slučaju, tzv Reaktivna sila gurajući telo.
Posebnost reaktivne sile je u tome što ona nastaje kao rezultat interakcije između dijelova samog sistema bez ikakve interakcije sa vanjskim tijelima.
Dok sila koja daje ubrzanje, na primjer, pješaku, brodu ili avionu, nastaje samo zbog interakcije ovih tijela sa zemljom, vodom ili zrakom.
Dakle, kretanje tijela može se dobiti kao rezultat strujanja tekućine ili plina.
Mlazno kretanje u prirodi svojstveno uglavnom živim organizmima koji žive u vodenoj sredini.
U tehnologiji se mlazni pogon koristi u riječnom transportu (vodeni mlazni motori), u automobilskoj industriji (trkački automobili), u vojnom poslovanju, u avijaciji i astronautici.
Svi moderni brzi avioni opremljeni su mlaznim motorima, jer... oni su u stanju da obezbede potrebnu brzinu leta.
Nemoguće je koristiti druge motore osim mlaznih motora u svemiru, jer tamo ne postoji oslonac iz kojeg bi se moglo postići ubrzanje.
Istorija razvoja mlazne tehnologije
Tvorac ruske borbene rakete bio je artiljerijski naučnik K.I. Konstantinov. Sa težinom od 80 kg, domet leta Konstantinovljeve rakete dostigao je 4 km.
Ideju o korištenju mlaznog pogona u avionu, projekat mlaznog aeronautičkog uređaja, iznio je 1881. godine N.I. Kibalchich.
Godine 1903. poznati fizičar K.E. Ciolkovsky je dokazao mogućnost leta u međuplanetarnom prostoru i razvio dizajn za prvi raketoplan sa motorom na tečno gorivo.
K.E. Ciolkovsky je dizajnirao svemirski raketni voz sastavljen od niza raketa koje rade naizmjenično i padaju kako se gorivo potroši.
Principi mlaznih motora
Osnova svakog mlaznog motora je komora za sagorevanje, u kojoj sagorevanjem goriva nastaju gasovi koji imaju veoma visoke temperature i vršenje pritiska na zidove komore. Gasovi izlaze iz uske raketne mlaznice velikom brzinom i stvaraju mlazni potisak. U skladu sa zakonom održanja impulsa, raketa postiže brzinu u suprotnom smjeru.
Impuls sistema (proizvodi raketnog sagorevanja) ostaje nula. Budući da se masa rakete smanjuje, čak i sa konstantna brzina Kako gasovi istječu, njegova brzina će se povećavati, postepeno dostižući svoju maksimalnu vrijednost.
Kretanje rakete je primjer kretanja tijela promjenjive mase. Za izračunavanje njegove brzine koristi se zakon održanja impulsa.
Mlazni motori se dijele na raketne motore i motore koji dišu zrak.
Raketni motori Dostupan sa čvrstim ili tečnim gorivom.
U raketnim motorima na čvrsto gorivo, gorivo, koje sadrži i gorivo i oksidator, potiskuje se unutar komore za sagorijevanje motora.
IN tečni mlazni motori, namijenjen za pokretanje svemirski brodovi, gorivo i oksidant se čuvaju odvojeno u posebnim rezervoarima i dovode u komoru za sagorevanje pomoću pumpi. Kao gorivo mogu koristiti kerozin, benzin, alkohol, tečni vodonik itd., a tečni kiseonik, azotnu kiselinu itd. kao oksidaciono sredstvo neophodno za sagorevanje.
Moderne trostepene svemirske rakete lansiraju se okomito, a nakon prolaska kroz guste slojeve atmosfere prenose se na let u datom smjeru. Svaki stepen rakete ima svoj rezervoar za gorivo i rezervoar za oksidator, kao i sopstveni mlazni motor. Kako gorivo sagorijeva, istrošeni raketni stepeni se odbacuju.
Mlazni motori trenutno se uglavnom koristi u avionima. Njihova glavna razlika od raketnih motora je u tome što je oksidator za sagorijevanje goriva kisik iz zraka koji ulazi u motor iz atmosfere.
Motori koji dišu zrak uključuju turbokompresorske motore sa aksijalnim i centrifugalnim kompresorom.
Vazduh u takvim motorima se usisava i komprimira kompresorom koji pokreće gasna turbina. Gasovi koji napuštaju komoru za sagorijevanje stvaraju reaktivni potisak i rotiraju rotor turbine.
Pri vrlo velikim brzinama leta, kompresija plinova u komori za sagorijevanje može se postići zbog nadolazećeg zraka protok vazduha. Nema potrebe za kompresorom.
