Реактивний рух в природі і техніці
РЕФЕРАТ З ФІЗИКИ
Реактивний рух - рух, що виникає при відділенні від тіла з деякою швидкістю будь-якої його частини.
Реактивна сила виникає без будь-якої взаємодії з зовнішніми тілами.
Застосування реактивного руху в природі
Багато з нас у своєму житті зустрічалися під час купання в морі з медузами. У всякому разі, в Чорному морі їх цілком вистачає. Але мало хто замислювався, що і медузи для пересування користуються реактивним рухом. Крім того, саме так пересуваються і личинки бабок, і деякі види морського планктону. І часто ККД морських безхребетних тварин при використанні реактивного руху набагато вище, ніж у техноізобретеній.
Реактивний рух використовується багатьма молюсками - восьминогами, кальмарами, каракатиця. Наприклад, морський молюск-гребінець рухається вперед за рахунок реактивної сили струменя води, викинутої з раковини при різкому стисканні її стулок.
восьминіг
каракатиця
Медуза
Каракатиця, як і більшість головоногих молюсків, рухається в воді в такий спосіб. Вона забирає воду в зяброву порожнину через бічну щілину і особливу воронку попереду тіла, а потім енергійно викидає струмінь води через лійку. Каракатиця спрямовує трубку воронки в бік або назад і стрімко видавлюючи з неї воду, може рухатися в різні боки.
Сальпа - морська тварина з прозорим тілом, при русі бере воду через передній отвір, причому вода потрапляє в широку порожнину, всередині якої по діагоналі натягнуті зябра. Як тільки тварина зробить великий ковток води, отвір закривається. Тоді поздовжні і поперечні м'язи сальпи скорочуються, все тіло стискається, і вода через заднє отвір виштовхується назовні. Реакція витікає струменя штовхає Сальп вперед.
Найбільший інтерес представляє реактивний двигун кальмара. Кальмар є найбільшим безхребетним мешканцем океанських глибин. Кальмари досягли найвищої довершеності в реактивної навігації. У них навіть тіло своїми зовнішніми формами копіює ракету (або краще сказати - ракета копіює кальмара, оскільки йому належить в цій справі безперечний пріоритет). При повільному переміщенні кальмар користується великим ромбоподібним плавцем, періодично згинається. Для швидкого кидка він використовує реактивний двигун. М'язова тканина - мантія оточує тіло молюска з усіх боків, обсяг її порожнини становить майже половину обсягу тіла кальмара. Тварина засмоктує воду всередину мантійних порожнини, а потім різко викидає струмінь води через вузьке сопло і з великою швидкістю рухається поштовхами назад. При цьому всі десять щупалець кальмара збираються в вузол над головою, і він набуває обтічну форму. Сопло забезпечено спеціальним клапаном, і м'язи можуть його повертати, змінюючи напрямок руху. Двигун кальмара дуже економічний, він здатний розвивати швидкість до 60 - 70 км / ч. (Деякі дослідники вважають, що навіть до 150 км / год!) Недарма кальмара називають "живою торпедою". Згинаючи складені пучком щупальця вправо, вліво, вгору або вниз, кальмар повертає в ту або іншу сторону. Оскільки таке кермо в порівнянні з самим тваринам має дуже великі розміри, то досить його незначного руху, щоб кальмар, навіть на повному ходу, легко міг ухилитися від зіткнення з перешкодою. Різкий поворот керма - і плавець мчиться вже у зворотний бік. Ось зігнув він кінець воронки назад і ковзає тепер головою вперед. Вигнув її вправо - і реактивний поштовх відкинув його вліво. Але коли потрібно плисти швидко, воронка завжди стирчить прямо між щупальцями, і кальмар мчиться хвостом вперед, як біг би рак - скороход, наділений жвавістю скакуна.
Якщо поспішати не потрібно, кальмари і каракатиці плавають, ундуліруя плавниками, - мініатюрні хвилі пробігають по ним спереду назад, і тварина граціозно сковзає, зрідка підштовхуючи себе також і струменем води, викинутої з-під мантії. Тоді добре помітні окремі поштовхи, які отримує молюск в момент виверження водяних струменів. Деякі головоногі можуть розвивати швидкість до п'ятдесяти п'яти кілометрів на годину. Прямих вимірювань, здається, ніхто не виробляв, але про це можна судити по швидкості і дальності польоту літаючих кальмарів. І такі, виявляється, є таланти в рідні у спрутів! Кращий пілот серед молюсків - кальмар стенотевтіс. Англійські моряки називають його - Флайінг-сквид ( «літаючий кальмар»). Це невелика тварина розміром з оселедець. Він переслідує риб з такою стрімкістю, що нерідко вискакує з води, стрілою проносячись над її поверхнею. До цьому прийому він вдається і рятуючи своє життя від хижаків - тунців і макрелей. Розгорнувши в воді максимальну реактивну тягу, кальмар-пілот стартує в повітря і пролітає над хвилями більше п'ятдесяти метрів. Апогей польоту живий ракети лежить так високо над водою, що літаючі кальмари нерідко потрапляють на палуби океанських суден. Чотири-п'ять метрів - не рекордна висота, на яку піднімаються в небо кальмари. Іноді вони злітають ще вище.
Англійський дослідник молюсків доктор Рис описав в науковій статті кальмара (довжиною всього в 16 сантиметрів), який, пролетівши по повітрю неабияку відстань, впав на місток яхти, який височів над водою майже на сім метрів.
Трапляється, що на корабель блискучим каскадом обрушується безліч літаючих кальмарів. Античний письменник Требіус Нігер повідав один раз сумну історію про кораблі, який нібито навіть затонув під вагою літаючих кальмарів, що впали на його палубу. Кальмари можуть злітати і без розгону.
Восьминоги теж вміють літати. Французький натураліст Жан Верани бачив, як звичайний восьминіг розігнався в акваріумі і раптом задом вперед несподівано вискочив з води. Описавши в повітрі дугу довжиною метрів в п'ять, він плюхнувся назад в акваріум. Набираючи швидкість для стрибка, восьминіг рухався не тільки за рахунок реактивної тяги, але і гріб щупальцями.
Мішкуваті восьминоги плавають, звичайно, гірше кальмарів, але в критичні хвилини і вони можуть показати рекордний для кращих спринтерів клас. Співробітники Каліфорнійського акваріума намагалися сфотографувати восьминога, атакуючого краба. Спрут кидався на видобуток з такою швидкістю, що на плівці, навіть при зйомці на найбільших швидкостях, завжди виявлялися мастила. Значить, кидок тривав соті частки секунди! Зазвичай же восьминоги плавають порівняно повільно. Джозеф Сайнл, який вивчав міграції спрутів, підрахував: восьминіг розміром в півметра пливе по морю з середньою швидкістю близько п'ятнадцяти кілометрів на годину. Кожна струмінь води, викинута з воронки, штовхає його вперед (вірніше, тому, так як восьминіг пливе задом наперед) на два - два з половиною метри.
Реактивний рух можна зустріти і в світі рослин. Наприклад, дозрілі плоди "скаженого огірка" при найлегшому дотику відскакують від плодоніжки, а з отвору, з силою викидається клейка рідина з насінням. Сам огірок при цьому відлітає в протилежному напрямку до 12 м.
Знаючи закон збереження імпульсу можна змінювати власну швидкість переміщення у відкритому просторі. Якщо ви перебуваєте в човні і у вас є кілька важких каменів, то кидаючи каміння в певну сторону ви будете рухатися в протилежному напрямку. Те ж саме буде і в космічному просторі, але там для цього використовують реактивні двигуни.
Кожен знає, що постріл із гвинтівки супроводжується віддачею. Якби вага кулі дорівнювала б вазі гвинтівки, вони б розлетілись з однаковою швидкістю. Віддача виникає тому, що відкидна маса газів створює реактивну силу, завдяки якій може бути забезпечено рух як у повітрі, так і в безповітряному просторі. І чим більше маса і швидкість спливання газів, тим більшу силу віддачі відчуває наше плече, чим сильніша реакція гвинтівки, тим більша реактивна сила.
Застосування реактивного руху в техніці
Протягом багатьох століть людство мріяло про космічні польоти. Письменники-фантасти пропонували самі різні засоби для досягнення цієї мети. У XVII столітті з'явилось оповідання французького письменника Сірано де Бержерака про подорож на Місяць. Герой цього оповідання дістався до Місяця в металевому візку, над яким він весь час підкидав сильний магніт. Притягаючи до нього, візок все вище підіймався над Землею, доки не досягнув Місяця. А барон Мюнхгаузен розповідав, що виліз на Місяць по стеблині боба.
В кінці першого тисячоліття нашої ери в Китаї винайшли реактивний рух, яке призводило в дію ракети - бамбукові трубки, начинені порохом, вони також використовувалися як забава. Один з перших проектів автомобілів був також з реактивним двигуном і належав цей проект Ньютону
Автором першого в світі проекту реактивного літального апарату, призначеного для польоту людини, був російський революціонер - народоволець Н.І. Кибальчич. Його стратили 3 квітня 1881 р за участь у замаху на імператора Олександра II. Свій проект він розробив у в'язниці після винесення смертного вироку. Кибальчич писав: "Перебуваючи в ув'язненні, за кілька днів до своєї смерті я пишу цей проект. Я вірю в здійсненність моєї ідеї, і ця віра підтримує мене в моєму жахливому становищі ... Я спокійно зустріну смерть, знаючи, що моя ідея не загине разом зі мною ".
Ідея використання ракет для космічних польотів була запропонована ще на початку нашого століття російським ученим Костянтином Едуардовичем Ціолковським. У 1903 році з'явилася у пресі стаття викладача калузької гімназії К.Е. Ціолковського "Дослідження світових просторів реактивними приладами". У цій роботі містилося найважливіше для космонавтики математичне рівняння, тепер відоме як "формула Ціолковського", яке описувало рух тіла змінної маси. Надалі він розробив схему ракетного двигуна на рідкому паливі, запропонував багатоступеневу конструкцію ракети, висловив ідею про можливість створення цілих космічних міст на навколоземній орбіті. Він показав, що єдиний апарат, спроможний подолати силу тяжіння - це ракета, тобто апарат з реактивним двигуном, що використовують пальне і окислювач, розташовані на самому апараті.
Реактивний двигун - це двигун, що перетворює хімічну енергію палива в кінетичну енергію газової струї, при цьому двигун набирає швидкість у зворотньому напрямку.
Ідея К.Е.Ціолковського була здійснена радянськими вченими під керівництвом академіка Сергія Павловича Корольова. Перший в історії штучний супутник Землі за допомогою ракети був запущений в Радянському Союзі 4 жовтня 1957 р
Принцип реактивного руху знаходить широке практичне застосування в авіації і космонавтиці. У космічному просторі немає середовища, з якою тіло могло б взаємодіяти і тим самим змінювати напрямок і модуль своєї швидкості, тому для космічних польотів можуть бути використані тільки реактивні літаки, т. Е. Ракети.
пристрій ракети
В основі руху ракети лежить закон збереження імпульсу. Якщо в деякий момент часу від ракети буде відкинуто яке-небудь тіло, то вона набуде такого ж імпульс, але спрямований у протилежний бік
У будь-ракеті, незалежно від її конструкції, завжди є оболонка і паливо з окислювачем. Оболонка ракети включає в себе корисний вантаж (в даному випадку це космічний корабель), приладовий відсік і двигун (камера згоряння, насоси та ін.).
Основну масу ракети становить паливо з окислювачем (окислювач потрібен для підтримки горіння палива, оскільки в космосі немає кисню).
Паливо і окислювач за допомогою насосів подаються в камеру згоряння. Паливо, згораючи, перетворюється в газ високої температури і високого тиску. Завдяки великій різниці тисків в камері згоряння і в космічному просторі, гази з камери згоряння мощнойструей спрямовуються назовні через розтруб спеціальної форми, званий соплом. Призначення сопла полягає в тому, щоб підвищити швидкість струменя.
Перед стартом ракети її імпульс дорівнює нулю. В результаті взаємодії газу в камері згоряння і всіх інших частин ракети виривающіёся через сопло газ отримує певний імпульс. Тоді ракета являє собою замкнуту систему, і її загальний імпульс повинен і після запуску дорівнює нулю. Тому і оболонка ракети зовсім, що в ній знаходиться, отримує імпульс, рівний по модулю імпульсу газу, але протилежний за напрямком.
Найбільш масивну частина ракети, призначену для старту і розгону всієї ракети, називають першою сходинкою. Коли перша масивна щабель багатоступінчастої ракети вичерпає при розгоні все запаси палива, вона відокремлюється. Подальший розгін продовжує друга, менш масивна щабель, і до раніше досягнутої за допомогою першого ступеня швидкості вона додає ще деяку швидкість, а потім відділяється. Третій ступінь продовжує її розвиток до необхідного значення і доставляє корисний вантаж на орбіту.
Першою людиною, який здійснив політ у космічному просторі, був громадянин Радянського Союзу Юрій Олексійович Гагарін. 12 квітня 1961 г. Він облетів земну кулю на кораблі-супутнику «Восток»
Радянські ракети першими досягли Місяця, облетіли Місяць і сфотографували її невидиму з Землі бік, першими досягли планету Венера і доставили на її поверхню наукові прилади. У 1986 р Два радянських космічних корабля «Вега-1» і «Вега-2» з близької відстані досліджували комету Галлея, що наближається до Сонця один раз в 76 років.
розділ: фізика
Кількість знаків з пробілами: 13216
Кількість таблиць: 0
Кількість зображень: 5
... характеризують потужністю. Вона показиввает, яка робота виконується тілом в одиницю часу. Це швидкість здійснення роботи N = A / t. Вимірюється в ватах (за 1 з виконується роботи в 1 Дж). Квиток 27 1. 1. Поверхневий натяг. Змочування і капілярність. Поверхневий натяг в природі і техніці. 2. 2. Активне і реактивний опір. Закон Ома для кола змінного струму. 3. ...
... кращому випадку, вимагати виправлення ... »Р. Фейнман Навіть короткий огляд історії розвитку техніки показує вражаючий факт лавиноподібного розвитку сучасних науки і техніки в масштабах історії всього людства. Якщо на перехід людини від кам'яних знарядь праці до металу зайняв близько 2-х мільйонів років; удосконалення колеса від суцільного дерев'яного до колеса, що має маточину, ...
... якої губиться в глибині століть, була, є і завжди буде осередком вітчизняної науки і культури: і завжди буде відкрита в культурному і науковому русі всьому Світу "[24]. *" Москва в історії науки і техніки "- так називається дослідний проект (керівник С.С.Ілізаров), що виконується Інститутом історії природознавства і техніки ім. С. І. Вавілова Російської академії наук за підтримки ...
... результати своїх багаторічних робіт в різних областях фізичної оптики. У ній закладені основи нового напряму в оптиці, названого вченим мікрооптики. Вавилов приділяв велику увагу питанням філософії природознавства та історії науки. Йому належить заслуга в розробці, виданні і пропаганді наукової спадщини М. В. Ломоносова, В. В. Петрова і Л. Ейлера. Вчений очолював Комісію з історії ...
