Care reprezentanți ai naturii folosesc propulsia cu reacție. Proiect de cercetare „propulsie cu reacție”

Astăzi, majoritatea oamenilor asociază propulsia cu reacție în primul rând, desigur, cu cele mai recente științifice și evoluții tehnice. Din manualele de fizică, știm că prin „reactiv” se înțelege mișcarea care are loc ca urmare a separării de un obiect (corp) a oricăreia dintre părțile sale. Un om a vrut să se ridice pe cer spre stele, s-a străduit să zboare, dar și-a putut îndeplini visul doar odată cu apariția lui avion cu jetși nave spațiale în trepte capabile să parcurgă distanțe mari, accelerând la viteze supersonice, datorită motoarelor moderne cu reacție instalate pe ele. Designerii și inginerii au dezvoltat posibilitatea utilizării propulsiei cu reacție în motoare. Nici fantasticii nu au stat deoparte, oferind cele mai incredibile idei și modalități de a atinge acest obiectiv. În mod surprinzător, acest principiu al mișcării este larg răspândit în viața sălbatică. Este suficient să priviți în jur, puteți observa locuitorii mărilor și pământului, printre care se numără plante, a căror bază este principiul reactiv.

Poveste

Chiar și în cele mai vechi timpuri, oamenii de știință interesați au studiat și analizat fenomenele asociate cu propulsia cu reacție în natură. Unul dintre primii care i-au fundamentat și descris teoretic esența a fost Heron, un mecanic și teoretician al Greciei Antice, care a inventat prima mașină cu abur care poartă numele lui. Chinezii au reușit să găsească o aplicație practică pentru metoda cu jet. Au fost primii, luând ca bază metoda de mișcare a sepielor și caracatițelor, încă în secolul al XIII-lea au inventat rachete. Au fost folosite în artificii, producând mare impresieși, de asemenea, ca rachete de semnal, ar fi putut exista rachete de luptă care au fost folosite ca artilerie de rachete. De-a lungul timpului, această tehnologie a ajuns în Europa.

N. Kibalchich a devenit descoperitorul noului timp, după ce a venit cu o schemă prototip aeronave cu un motor cu reacție. A fost un inventator remarcabil și un revoluționar convins, pentru care a fost în închisoare. În timp ce era în închisoare, a făcut istorie creând proiectul său. După execuția sa pentru activitate revoluționară activă și a vorbit împotriva monarhiei, invenția sa a fost uitată pe rafturile arhivei. Un timp mai târziu, K. Ciolkovski a reușit să îmbunătățească ideile lui Kibalcich, demonstrând posibilitatea de a explora spațiul cosmic prin mișcarea cu jet a navelor spațiale.

Mai târziu, în timpul Marelui Războiul Patriotic, au apărut celebrele Katyushas, sisteme de artilerie cu rachete de câmp. Deci, numele afectuos al oamenilor se referea neoficial la instalațiile puternice care au fost folosite de forțele URSS. Nu se știe cu siguranță, în legătură cu care, arma a primit acest nume. Motivul pentru aceasta a fost fie popularitatea cântecului lui Blanter, fie litera „K” de pe corpul mortarului. De-a lungul timpului, soldații din prima linie au început să dea porecle altor arme, creând astfel o nouă tradiție. Germanii au numit însă acest lansator de rachete de luptă „organul lui Stalin” pentru aspect care amintea instrument muzicalși sunetul strident care venea de la lansarea rachetelor.

Lumea vegetală

Reprezentanții faunei folosesc și legile propulsiei cu reacție. Cel mai plantele cu astfel de proprietăți sunt anuale și juvenile: înțepător, usturoi pețiolat, inimă sensibilă, pikulnik dublu tăiat, mehringia cu trei vene.

Castravetele înțepător, altfel nebun, aparține familiei de tărtăcuțe. Această plantă ajunge la dimensiuni mari, are o rădăcină groasă, cu o tulpină aspră și frunze mari. Crește pe teritoriul Asiei Centrale, Mediteranei, Caucaz, este destul de comună în sudul Rusiei și Ucrainei. În interiorul fructului, în perioada de coacere, semințele sunt transformate în mucus, care, sub influența temperaturilor, începe să fermenteze și să elibereze gaze. Mai aproape de coacere, presiunea din interiorul fătului poate ajunge la 8 atmosfere. Apoi, cu o atingere ușoară, fructul se desprinde de la bază și semințele cu lichid zboară din fruct cu o viteză de 10 m/s. Datorită capacității de a trage la 12 m lungime, planta a fost numită „pistolul doamnei”.

Inima sensibilului este o specie anuală răspândită. Se găsește, de regulă, în pădurile umbroase, de-a lungul malurilor de-a lungul râurilor. Sosind în nord-est America de Nord iar în Africa de Sud, a prins rădăcini cu succes. Inima sensibilă se înmulțește prin semințe. Semințele de la miezul sensibil sunt mici, cântărind nu mai mult de 5 mg, care sunt aruncate la o distanță de 90 cm. Datorită acestei metode de distribuire a semințelor, planta și-a primit numele.

Lumea animalelor

propulsie cu reacție - Fapte interesante referitoare la lumea animală. La cefalopode, mișcarea reactivă are loc prin apa expirată printr-un sifon, care de obicei se îngustează la o deschidere mică pentru a obține viteza maximă de expirare. Apa trece prin branhii înainte de expirare, îndeplinind dublul scop de respirație și locomoție. Iepurii de mare, altfel gasteropozii, folosesc mijloace similare de locomoție, dar fără aparatul neurologic complex al cefalopodelor, se mișcă mai stângace.

Unii pești cavaler au evoluat, de asemenea, propulsia cu reacție, trecând apa peste branhii pentru a-și suplimenta propulsia înotătoarelor.

La larvele de libelule, puterea reactivă este obținută prin deplasarea apei dintr-o cavitate specializată din organism. Scoici și cardide, sifonofore, tunici (cum ar fi salpe) și unele meduze folosesc și propulsie cu reacție.

De cele mai multe ori scoicile stau linistite pe fund, dar in caz de pericol isi inchid rapid supapele cochiliei, asa ca imping apa. Acest mecanism de comportament vorbește și despre utilizarea principiului deplasării jetului. Datorită lui, scoicile pot pluti în sus și se pot deplasa pe distanțe lungi folosind tehnica de deschidere-închidere a cochiliei.

Tot calamarul foloseste aceasta metoda, absorbind apa, iar apoi impingand-o prin pâlnie cu mare forta, se misca cu o viteza de minim 70 km/h. Adunând tentaculele într-un singur nod, corpul calmarului formează o formă aerodinamică. Luând ca bază un astfel de motor de calmar, inginerii au proiectat un tun cu apă. Apa din el este aspirată în cameră și apoi aruncată prin duză. Astfel, vasul este îndreptat în direcția opusă jetului ejectat.

În comparație cu calmarii, salpii folosesc cele mai eficiente motoare, cheltuind cu un ordin de mărime mai puțină energie decât calmarii. Când se mișcă, salpa lansează apă în gaura din față și apoi intră într-o cavitate largă unde branhiile sunt întinse. După o înghițitură, orificiul se închide, iar cu ajutorul contractării mușchilor longitudinali și transversali care comprimă corpul, apa este aruncată prin orificiu din spate.

Cel mai neobișnuit dintre toate mecanismele de mișcare se laudă cu o pisică obișnuită. Marcel Desprez a sugerat că corpul este capabil să se miște și să-și schimbe poziția chiar și cu ajutorul forțelor interne singure (fără a respinge sau a se baza pe nimic), de unde s-ar putea concluziona că legile lui Newton ar putea fi greșite. Dovada presupunerii sale ar putea servi ca o pisică care a căzut de la înălțime. În timpul căderii cu capul în jos, ea va ateriza în continuare pe toate labele, asta a devenit deja un fel de axiomă. După ce am fotografiat în detaliu mișcarea pisicii, am putut să vedem tot ce făcea ea în aer cadru cu cadru. Am văzut-o mișcarea cu laba, ceea ce a provocat un răspuns al corpului, întorcându-se în direcția opusă față de mișcarea labei. Acționând conform legilor lui Newton, pisica a aterizat cu succes.

La animale, totul se întâmplă la nivel de instinct, o persoană, la rândul ei, o face în mod conștient. Înotătorii profesioniști, care au sărit din turn, au timp să se întoarcă de trei ori în aer și, după ce au reușit să oprească rotația, se îndreaptă strict vertical și se scufundă în apă. Același principiu se aplică și gimnastelor de circ aerian.

Oricât de mult încearcă o persoană să depășească natura prin îmbunătățirea invențiilor create de ea, oricum, nu am atins încă acea perfecțiune tehnologică în care avioanele puteau repeta acțiunile unei libelule: plutește în aer, se deplasează instantaneu înapoi sau se deplasează la latură. Și toate acestea se întâmplă cu viteză mare. Poate că va trece puțin mai mult timp și aeronava, datorită corecțiilor pentru caracteristicile aerodinamicii și capacitățile reactive ale libelulelor, va putea face viraj ascuțiți și va deveni mai puțin susceptibilă la condițiile externe. Privind din natură, o persoană se poate îmbunătăți în continuare mult în beneficiul progresului tehnic.

Propulsie cu reacție în natură.

Completat de un student:

10 clasa "A".

Kaklyugina Ekaterina.

Propulsie cu reacție- miscarea care apare atunci cand o parte a acesteia se desparte de corp cu o anumita viteza.

Mulți dintre noi în viața noastră ne-am întâlnit în timp ce înotam în mare cu meduze. În orice caz, sunt destui în Marea Neagră. Dar puțini oameni au crezut că meduzele folosesc și propulsia cu reacție pentru a se deplasa. În plus, așa se mișcă larvele de libelule și unele tipuri de plancton marin. Și adesea eficiența nevertebratelor marine atunci când se utilizează propulsia cu reacție este mult mai mare decât cea a invențiilor tehno.

Propulsiunea cu reacție este folosită de multe moluște - caracatițe, calmari, sepie. De exemplu, o moluște de scoici de mare se mișcă înainte datorită forței reactive a unui jet de apă aruncat din coajă în timpul unei compresii puternice a supapelor sale.

Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se deplasează în apă în felul următor. Ea ia apă în cavitatea branhială printr-o fantă laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă energic un jet de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlnie în lateral sau în spate și, strângând rapid apa din el, se poate mișca în direcții diferite.

Mișcarea cu jet poate fi găsită și în lumea plantelor. De exemplu, fructele coapte ale „castraveților nebuni” la cea mai mică atingere sar de pe tulpină, iar un lichid lipicios cu semințe este aruncat cu forță din orificiul format. Castravetele însuși zboară în direcția opusă până la 12 m.

Cunoscând legea conservării impulsului, vă puteți schimba propria viteză de mișcare în spațiu deschis. Dacă ești într-o barcă și ai niște pietre grele, atunci arunci cu pietre în anumită latură te vei deplasa in sens invers. Același lucru se va întâmpla și în spațiul cosmic, dar pentru asta se folosesc motoare cu reacție.

Toată lumea știe că o lovitură de la o armă este însoțită de recul. Dacă greutatea glonțului ar fi egală cu greutatea pistolului, ar zbura separat cu aceeași viteză. Recul apare deoarece masa de gaze aruncată creează o forță reactivă, datorită căreia se poate asigura mișcarea atât în aer, cât și în spațiul fără aer. Și cu cât masa și viteza gazelor care se revarsă sunt mai mari, cu atât forța de recul resimțită de umărul nostru este mai mare, cu atât reacția pistolului este mai puternică, cu atât forța reactivă este mai mare.

Utilizarea propulsiei cu reacție în tehnologie.

Timp de multe secole, omenirea a visat la zboruri spațiale. Scriitorii de science fiction au propus o varietate de mijloace pentru a atinge acest obiectiv. În secolul al XVII-lea, a apărut o poveste a scriitorului francez Cyrano de Bergerac despre un zbor către Lună. Eroul acestei povești a ajuns pe lună într-un vagon de fier, peste care a aruncat constant un magnet puternic. Atras de el, vagonul s-a ridicat din ce în ce mai sus deasupra Pământului până a ajuns pe Lună. Iar baronul Munchausen a spus că s-a urcat pe lună pe tulpina unei fasole.

La sfârșitul primului mileniu d.Hr., China a inventat propulsia cu reacție care acționa rachete - tuburi de bambus umplute cu praf de pușcă, erau folosite și ca distracție. Unul dintre primele proiecte de mașini a fost și cu un motor cu reacție și acest proiect i-a aparținut lui Newton

Autorul primului proiect din lume al unui avion cu reacție conceput pentru zborul uman a fost revoluționarul rus N.I. Kibalcici. A fost executat la 3 aprilie 1881 pentru că a participat la tentativa de asasinare a împăratului Alexandru al II-lea. Și-a dezvoltat proiectul în închisoare după condamnarea la moarte. Kibalchich a scris: „În timp ce sunt în închisoare, cu câteva zile înainte de moartea mea, scriu acest proiect. Cred în fezabilitatea ideii mele, iar această credință mă susține în situația mea teribilă... Mă voi confrunta cu calm cu moartea, știind că ideea mea nu va muri odată cu mine. Ideea de a folosi rachete pentru zborurile spațiale a fost propusă la începutul secolului nostru de omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. În 1903, un articol al unui profesor al gimnaziului Kaluga K.E. Tsiolkovsky „Cercetarea spațiilor lumii prin dispozitive cu reacție”. Această lucrare conținea cea mai importantă ecuație matematică pentru astronautică, cunoscută acum sub numele de „formula Tsiolkovsky”, care descrie mișcarea unui corp de masă variabilă. Mai târziu, a dezvoltat o schemă motor rachetă pe combustibil lichid, a propus un design de rachetă în mai multe etape și a exprimat ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbită apropiată de Pământ. El a arătat că singurul aparat capabil să depășească gravitația este o rachetă, adică. un aparat cu un motor cu reacție care utilizează combustibil și un oxidant situat pe aparatul propriu-zis.

Propulsia cu reacție în natură și tehnologie este un fenomen foarte comun. În natură, apare atunci când o parte a corpului se separă cu o anumită viteză de o altă parte. În acest caz, forța reactivă apare fără interacțiunea organismului dat cu corpurile externe.

Pentru a înțelege ce este în joc, cel mai bine este să apelăm la exemple. în natură şi tehnologie sunt numeroase. Vom vorbi mai întâi despre modul în care animalele îl folosesc și apoi despre cum este aplicat în tehnologie.

Meduze, larve de libelule, plancton și moluște

Mulți, înotând în mare, s-au întâlnit cu meduze. În Marea Neagră, cel puțin, sunt destui. Cu toate acestea, nu toată lumea credea că meduzele se mișcă doar cu ajutorul propulsiei cu reacție. Larvele de libelule, precum și unii reprezentanți ai planctonului marin, recurg la aceeași metodă. Eficiența animalelor marine nevertebrate care îl folosesc este adesea mult mai mare decât cea a invențiilor tehnice.

Multe moluște se mișcă într-un mod care ne interesează. Exemplele includ sepia, calmarul, caracatița. În special, moluștea marina de scoici este capabilă să avanseze folosind un jet de apă care este aruncat din coajă atunci când supapele sale sunt puternic comprimate.

Și acestea sunt doar câteva exemple din viața lumii animale care pot fi citate, dezvăluind subiectul: „Propulsiunea cu reacție în viața de zi cu zi, natură și tehnologie”.

Cum se mișcă sepia

Foarte interesantă este și sepia din acest punct de vedere. La fel ca multe cefalopode, se mișcă în apă folosind următorul mecanism. Printr-o pâlnie specială situată în fața corpului, precum și printr-o fantă laterală, sepia preia apă în cavitatea branhială. Apoi o aruncă cu putere prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlniei înapoi sau în lateral. În acest caz, mișcarea poate fi efectuată în direcții diferite.

Metoda pe care o folosește salpa

Curiosă este și metoda folosită de salpa. Acesta este numele unui animal marin care are un corp transparent. Salpa, când se mișcă, atrage apă, folosind deschiderea anterioară pentru aceasta. Apa este într-o cavitate largă, iar branhiile sunt situate în diagonală în interiorul acesteia. Gaura se închide când salpa ia o înghițitură mare de apă. Mușchii săi transversali și longitudinali se contractă, întregul corp al animalului se contractă. Prin orificiul din spate, apa este împinsă afară. Animalul se deplasează înainte datorită reacției jetului care se scurge.

Calamar - „torpile vii”

Poate cel mai interesant este motorul cu reacție pe care îl are calmarul. Acest animal este considerat cel mai mare reprezentant al nevertebratelor care trăiesc la mari adâncimi oceanice. În navigația cu jet, calmarii au atins adevărata perfecțiune. Chiar și corpul acestor animale seamănă cu o rachetă cu formele sale exterioare. Sau mai degrabă, această rachetă copiază calmarul, deoarece el este cel care deține superioritatea de necontestat în această chestiune. Dacă trebuie să vă mișcați încet, animalul folosește o înotătoare mare în formă de diamant, care se îndoaie din când în când. Dacă aveți nevoie de o aruncare rapidă, un motor cu reacție vine în ajutor.

Pe toate părțile, corpul moluștei este înconjurat de o manta - țesut muscular. Aproape jumătate din volumul total al corpului animalului cade pe volumul cavității acestuia. Calamarul folosește cavitatea mantalei pentru a se propulsa aspirând apă în ea. Apoi ejectează brusc jetul de apă acumulat printr-o duză îngustă. Drept urmare, el se mișcă smucind înapoi cu viteză mare. În același timp, calmarul își pliază toate cele 10 tentacule într-un nod deasupra capului, pentru a dobândi o formă simplă. Duza are o supapă specială, iar mușchii animalului o pot întoarce. Astfel, direcția de mișcare se schimbă.

Viteză impresionantă de mișcare a calmarului

Trebuie sa spun ca motorul de calmar este foarte economic. Viteza pe care o poate dezvolta poate ajunge la 60-70 km/h. Unii cercetători cred chiar că poate ajunge până la 150 km/h. După cum puteți vedea, calmarul este numit „torpilă vie” dintr-un motiv. Se poate întoarce în direcția dorită, aplecându-se în jos, în sus, tentacule la stânga sau la dreapta, pliate într-un mănunchi.

Cum calamarul controlează mișcarea

Deoarece volanul este foarte mare în comparație cu dimensiunea animalului în sine, pentru ca calmarul să evite cu ușurință o coliziune cu un obstacol, chiar și deplasându-se cu viteza maxima este suficientă doar o mișcare ușoară a volanului. Dacă îl întoarceți brusc, animalul se va repezi imediat în direcția opusă. Calamarul se îndoaie înapoi capătul pâlniei și, ca urmare, poate aluneca cu capul înainte. Dacă o arcuiește spre dreapta, va fi aruncat în stânga de o tracțiune de jet. Cu toate acestea, atunci când este necesar să înoți rapid, pâlnia este întotdeauna situată direct între tentacule. Animalul, în acest caz, se repezi cu coada înainte, ca alergarea unui raci care merge rapid, dacă ar avea agilitatea unui cal.

În cazul în care nu este nevoie să se grăbească, sepia și calmarul înoată, în timp ce își unduiesc aripioarele. Valurile miniaturale trec prin ele din față în spate. Calamarii si sepia aluneca gratios. Ei doar ocazional se pun cu un jet de apă care este aruncat de sub manta. Socurile separate pe care le primește moluștea în timpul erupției jeturilor de apă sunt clar vizibile în astfel de momente.

calamar zburător

Unele cefalopode pot accelera cu până la 55 km/h. Se pare că nimeni nu a făcut măsurători directe, dar putem da o astfel de cifră în funcție de intervalul și viteza de zbor a calmarilor zburători. Se pare că sunt câteva. Calamarul Stenoteuthis este cel mai bun pilot dintre toate moluștele. Marinarii englezi îl numesc calamar zburător (flying squid). Acest animal, a cărui fotografie este prezentată mai sus, este mic, de dimensiunea unui hering. Alungă peștii atât de repede încât adesea sare din apă, țâșnind peste suprafața lui ca o săgeată. El folosește acest truc și atunci când este în pericol de prădători - macrou și ton. După ce a dezvoltat propulsia maximă a jetului în apă, calmarul începe în aer și apoi zboară la mai mult de 50 de metri deasupra valurilor. Când zboară, este atât de sus încât calamarii zburători cad adesea pe punțile navelor. O înălțime de 4-5 metri pentru ei nu este deloc un record. Uneori, calmarii zburători zboară și mai sus.

Dr. Rees, un cercetător de crustacee din Marea Britanie, a descris în articolul său științific un reprezentant al acestor animale, a căror lungime a corpului era de numai 16 cm. Cu toate acestea, a reușit să zboare o distanță destul de mare prin aer, după care a aterizat pe podul iahtului. Și înălțimea acestui pod era de aproape 7 metri!

Sunt momente în care o mulțime de calmari zburători cad pe navă deodată. Trebius Niger, un scriitor antic, a povestit odată o poveste tristă despre o navă care părea să nu suporte greutatea acestor animale marine și s-a scufundat. Interesant este că calmarii sunt capabili să decoleze chiar și fără accelerare.

caracatițe zburătoare

Caracatițele au și capacitatea de a zbura. Jean Verany, un naturalist francez, a văzut cum unul dintre ei a accelerat în acvariul său și apoi a sărit brusc din apă. Animalul a descris un arc în aer de aproximativ 5 metri, apoi a căzut în acvariu. Caracatița, câștigând viteza necesară săriturii, s-a deplasat nu numai datorită propulsiei cu reacție. A vâslit și cu tentaculele. Caracatițele sunt largi, așa că înoată mai rău decât calmarii, dar în momentele critice, aceste animale sunt capabile să ofere șanse celor mai buni sprinteri. Lucrătorii din California Aquarium au vrut să facă o fotografie cu o caracatiță atacând un crab. Cu toate acestea, caracatița, repezindu-se spre prada sa, a dezvoltat o astfel de viteză încât chiar și atunci când folosea modul special, fotografiile s-au dovedit a fi neclare. Asta înseamnă că aruncarea a durat doar câteva fracțiuni de secundă!

Cu toate acestea, caracatițele înoată de obicei destul de încet. Omul de știință Joseph Signl, care a studiat migrația caracatițelor, a descoperit că caracatița, a cărei dimensiune este de 0,5 m, înoată cu o viteză medie de aproximativ 15 km/h. Fiecare jet de apă pe care îl aruncă din pâlnie îl deplasează înainte (mai precis, înapoi, întrucât înoată înapoi) cu aproximativ 2-2,5 m.

„Castraveți stropiți”

Propulsia cu reacție în natură și tehnologie poate fi luată în considerare folosind exemple din lumea plantelor pentru a o ilustra. Unul dintre cele mai faimoase este fructele coapte ale așa-numitelor Ei sar din tulpină la cea mai mică atingere. Apoi din gaura rezultată cu mare putere se aruncă un lichid special lipicios în care se află semințele. Castravetele însuși zboară în direcția opusă la o distanță de până la 12 m.

Legea conservării impulsului

Asigurați-vă că spuneți despre asta, luând în considerare propulsia cu reacție în natură și tehnologie. Cunoașterea legii conservării impulsului ne permite să ne schimbăm, în special, propria noastră viteză de mișcare, dacă ne aflăm în spațiu deschis. De exemplu, stai într-o barcă și ai niște pietre cu tine. Dacă le arunci într-o anumită direcție, barca se va mișca în direcția opusă. Această lege operează și în spațiul cosmic. Cu toate acestea, în acest scop folosesc

Ce alte exemple de propulsie cu reacție în natură și tehnologie pot fi observate? Foarte bine ilustrat de exemplul unui pistol.

După cum știți, o lovitură din ea este întotdeauna însoțită de recul. Să presupunem că greutatea glonțului ar fi egală cu greutatea pistolului. În acest caz, ar zbura separat cu aceeași viteză. Recul are loc deoarece se creează o forță reactivă, deoarece există o masă aruncată. Datorită acestei forțe, mișcarea este asigurată atât în spațiu fără aer, cât și în aer. Cu cât viteza și masa gazelor care se revarsă sunt mai mari, cu atât forța de recul resimțită de umărul nostru este mai mare. În consecință, forța reactivă este mai mare, cu atât reacția pistolului este mai puternică.

Vise de a zbura în spațiu

Propulsia cu reacție în natură și tehnologie a făcut-o deja ani lungi este o sursă de idei noi pentru oamenii de știință. Timp de multe secole, omenirea a visat să zboare în spațiu. Trebuie să presupunem că utilizarea propulsiei cu reacție în natură și tehnologie nu s-a epuizat în niciun caz.

Și totul a început cu un vis. Scriitorii de science fiction cu câteva secole în urmă ne-au oferit diverse mijloace pentru a atinge acest obiectiv dorit. În secolul al XVII-lea, Cyrano de Bergerac, un scriitor francez, a creat o poveste despre un zbor către Lună. Eroul său a ajuns la satelitul Pământului folosind un vagon de fier. Peste acest design, el a aruncat constant un magnet puternic. Căruța, atrasă de el, se ridica din ce în ce mai sus deasupra Pământului. În cele din urmă, a ajuns pe lună. Un alt personaj celebru, baronul Munchausen, a urcat pe lună pe o tulpină de fasole.

Desigur, la acea vreme se știa puțin despre modul în care utilizarea propulsiei cu reacție în natură și tehnologie poate face viața mai ușoară. Dar zborul fanteziei, desigur, a deschis noi orizonturi.

În drum spre o descoperire extraordinară

În China, la sfârșitul mileniului I d.Hr. e. a inventat propulsia cu reacție care a propulsat rachete. Acestea din urmă erau pur și simplu tuburi de bambus umplute cu praf de pușcă. Aceste rachete au fost lansate pentru distracție. Motorul cu reacție a fost folosit într-unul dintre primele modele de mașini. Această idee i-a aparținut lui Newton.

N.I. s-a gândit și la modul în care propulsia cu reacție apare în natură și tehnologie. Kibalcici. Acesta este un revoluționar rus, autorul primului proiect al unui avion cu reacție, care este conceput pentru ca o persoană să zboare pe el. Revoluționarul, din păcate, a fost executat la 3 aprilie 1881. Kibalcici a fost acuzat că a participat la tentativa de asasinare a lui Alexandru al II-lea. Deja în închisoare, în timp ce aștepta executarea unei pedepse cu moartea, a continuat să studieze un fenomen atât de interesant precum propulsia cu reacție în natură și tehnologie, care apare atunci când o parte a unui obiect este separată. În urma acestor studii și-a dezvoltat proiectul. Kibalchich a scris că această idee l-a susținut în poziția sa. El este gata să-și întâlnească moartea cu calm, știind că așa descoperire importantă nu va muri cu el.

Implementarea ideii de zbor spațial

Manifestarea propulsiei cu reacție în natură și tehnologie a continuat să fie studiată de K. E. Tsiolkovsky (fotografia sa este prezentată mai sus). La începutul secolului al XX-lea, acest mare om de știință rus a propus ideea de a folosi rachete pentru zborurile în spațiu. Articolul său pe acest subiect a apărut în 1903. A prezentat o ecuație matematică care a devenit cea mai importantă pentru astronautică. Este cunoscută în vremea noastră ca „formula Tsiolkovsky”. Această ecuație descrie mișcarea unui corp cu o masă variabilă. În scrierile sale ulterioare, el a prezentat o schemă pentru un motor de rachetă care funcționează cu combustibil lichid. Tsiolkovsky, studiind utilizarea propulsiei cu reacție în natură și tehnologie, a dezvoltat un design de rachetă în mai multe etape. De asemenea, deține ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbită apropiată de Pământ. Acestea sunt descoperirile la care savantul a ajuns în timp ce studia propulsia cu reacție în natură și tehnologie. Rachetele, așa cum a arătat Tsiolkovsky, sunt singurele vehicule care pot depăși racheta, el a definit ca un mecanism care are un motor cu reacție care utilizează combustibilul și oxidantul situat pe el. Acest aparat transformă energia chimică a combustibilului, care devine energia cinetică a jetului de gaz. Racheta însăși începe să se miște în direcția opusă.

În cele din urmă, oamenii de știință, după ce au studiat mișcarea reactivă a corpurilor în natură și tehnologie, au trecut la practică. A fost o sarcină pe scară largă de a realiza visul de lungă durată al omenirii. Și un grup de oameni de știință sovietici, condus de academicianul S.P. Korolev, s-a descurcat cu asta. Ea a implementat ideea lui Tsiolkovsky. Primul satelit artificial al planetei noastre a fost lansat în URSS pe 4 octombrie 1957. Desigur, în acest caz a fost folosită o rachetă.

Yu. A. Gagarin (foto sus) a fost omul care a avut onoarea de a fi primul care a zburat în spațiul cosmic. Acest eveniment important pentru lume a avut loc la 12 aprilie 1961. Gagarin a zburat în jurul globului cu satelitul Vostok. URSS a fost primul stat ale cărui rachete au ajuns pe Lună, au zburat în jurul ei și au fotografiat partea invizibilă de pe Pământ. În plus, rușii au fost cei care au vizitat pentru prima dată Venus. Au adus instrumente științifice la suprafața acestei planete. Astronautul american Neil Armstrong este prima persoană care a pășit pe suprafața Lunii. A aterizat pe el pe 20 iulie 1969. În 1986, Vega-1 și Vega-2 (navele aparținând URSS) au studiat la mică distanță Cometa Halley, care se apropie de Soare doar o dată la 76 de ani. Explorările spațiale continuă...

După cum puteți vedea, fizica este o știință foarte importantă și utilă. Propulsia cu reacție în natură și tehnologie este doar una dintre problemele interesante care sunt luate în considerare în ea. Și realizările acestei științe sunt foarte, foarte semnificative.

Cum este folosită astăzi propulsia cu reacție în natură și tehnologie

În fizică, în ultimele câteva secole s-au făcut descoperiri deosebit de importante. În timp ce natura rămâne practic neschimbată, tehnologia se dezvoltă într-un ritm rapid. În zilele noastre, principiul propulsiei cu reacție este utilizat pe scară largă nu numai de diverse animale și plante, ci și în astronautică și aviație. În spațiul cosmic nu există niciun mediu pe care corpul să-l poată utiliza pentru a interacționa pentru a schimba modulul și direcția vitezei sale. De aceea, doar rachetele pot fi folosite pentru a zbura în vid.

Astăzi, propulsia cu reacție este utilizată activ în viața de zi cu zi, în natură și în tehnologie. Nu mai este un mister ca pe vremuri. Cu toate acestea, omenirea nu ar trebui să se oprească aici. Se așteaptă noi orizonturi. Aș vrea să cred că propulsia cu reacție în natură și tehnologie, descrisă pe scurt în articol, va inspira pe cineva la noi descoperiri.

Propulsie cu reacție în natură și tehnologie

REZUMAT DE FIZICĂ

Propulsie cu reacție- miscarea care apare atunci cand o parte a acesteia se desparte de corp cu o anumita viteza.

Forța reactivă apare fără nicio interacțiune cu corpurile externe.

Aplicarea propulsiei cu reacție în natură

Caracatiță

Sepie

Salpa este un animal marin cu corp transparent; atunci când se mișcă, primește apă prin deschiderea frontală, iar apa intră într-o cavitate largă, în interiorul căreia branhiile sunt întinse în diagonală. Imediat ce animalul ia o înghițitură mare de apă, gaura se închide. Apoi mușchii longitudinali și transversali ai salpei se contractă, întregul corp se contractă și apa este împinsă afară prin deschiderea din spate. Reacția jetului care se scurge împinge salpa înainte.

De cel mai mare interes este motorul cu reacție calamar. Calamarul este cel mai mare locuitor nevertebrat din adâncurile oceanului. Calamarii au atins cel mai înalt nivel de excelență în navigația cu jet. Au chiar și un corp cu formele sale exterioare care copiază o rachetă (sau, mai bine, o rachetă copiază un calmar, deoarece are o prioritate incontestabilă în această chestiune). Când se mișcă încet, calmarul folosește o aripioară mare în formă de diamant, care se îndoaie periodic. Pentru o aruncare rapidă, el folosește un motor cu reacție. Țesut muscular - mantaua înconjoară corpul moluștei din toate părțile, volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calamarului. Animalul aspiră apă în cavitatea mantalei și apoi ejectează brusc un jet de apă printr-o duză îngustă și se mișcă înapoi cu viteză mare. În acest caz, toate cele zece tentacule ale calmarului sunt adunate într-un nod deasupra capului și capătă o formă simplificată. Duza este echipată cu o supapă specială, iar mușchii o pot întoarce, schimbând direcția de mișcare. Motorul de calmar este foarte economic, este capabil să atingă viteze de până la 60 - 70 km/h. (Unii cercetători cred că chiar și până la 150 km / h!) Nu degeaba calmarul este numit o „torpilă vie”. Îndoind tentaculele îndoite într-un mănunchi spre dreapta, stânga, sus sau jos, calmarul se întoarce într-o direcție sau alta. Deoarece un astfel de volan este foarte mare în comparație cu animalul însuși, mișcarea sa ușoară este suficientă pentru ca calmarul, chiar și la viteză maximă, să evite cu ușurință o coliziune cu un obstacol. O rotire bruscă a volanului - iar înotatorul se repezi în direcția opusă. Acum a îndoit capătul pâlniei înapoi și acum alunecă cu capul înainte. A arcuit-o spre dreapta – iar împingerea jetului l-a aruncat în stânga. Dar când trebuie să înoți repede, pâlnia iese întotdeauna chiar între tentacule, iar calmarul se repezi cu coada înainte, așa cum ar alerga un cancer - un alergător înzestrat cu agilitatea unui cal.

Dacă nu este nevoie să se grăbească, calmarii și sepia înoată, ondulandu-și aripioarele - valuri miniaturale le trec din față în spate, iar animalul alunecă cu grație, împingându-se ocazional și cu un jet de apă aruncat de sub manta. Apoi, șocurile individuale pe care le primește moluștea în momentul erupției jeturilor de apă sunt clar vizibile. Unele cefalopode pot atinge viteze de până la cincizeci și cinci de kilometri pe oră. Nimeni nu pare să fi făcut măsurători directe, dar acest lucru poate fi judecat după viteza și raza de acțiune a calmarilor zburători. Și așa, se dovedește, există talente în rudele caracatițelor! Cel mai bun pilot dintre moluște este calmarul stenoteuthis. Marinarii englezi o numesc - flying squid („flying squid”). Acesta este un animal mic de mărimea unui hering. El urmărește peștii cu atâta viteză încât sare adesea din apă, repezindu-i pe suprafața ca o săgeată. De asemenea, recurge la acest truc pentru a-și salva viața de prădători - ton și macrou. După ce a dezvoltat forța maximă a jetului în apă, calamarul pilot decolează în aer și zboară peste valuri mai mult de cincizeci de metri. Apogeul zborului unei rachete vii se află atât de sus deasupra apei, încât calamarii zburători cad adesea pe punțile navelor oceanice. Patru sau cinci metri nu este o înălțime record la care se ridică calmarii pe cer. Uneori zboară chiar mai sus.

Cercetătorul englez de crustacee Dr. Rees a descris într-un articol științific un calmar (numai 16 centimetri lungime), care, zburând o distanță destul de mare prin aer, a căzut pe podul iahtului, care se ridica la aproape șapte metri deasupra apei.

Se întâmplă ca mulți calmari zburători să cadă pe navă într-o cascadă sclipitoare. Scriitorul antic Trebius Niger a povestit odată o poveste tristă despre o navă care s-ar fi scufundat chiar sub greutatea calmarilor zburători care i-au căzut pe punte. Calamarii pot decola fără accelerare.

Caracatițele pot zbura și ele. Naturalistul francez Jean Verany a văzut o caracatiță obișnuită accelerându-se într-un acvariu și sărind brusc din apă pe spate. Descriind în aer un arc lung de aproximativ cinci metri, s-a aruncat înapoi în acvariu. Câștigând viteză pentru săritură, caracatița s-a mișcat nu numai din cauza jetului, ci și a vâslit cu tentacule.
Caracatițele largi înoată, desigur, mai rău decât calmarii, dar în momentele critice pot arăta o clasă record pentru cei mai buni sprinteri. Personalul acvariului din California a încercat să fotografieze o caracatiță atacând un crab. Caracatița s-a repezit la pradă cu atâta viteză încât pe film, chiar și când se filma la cele mai mari viteze, erau întotdeauna lubrifianți. Deci, aruncarea a durat sutimi de secundă! De obicei caracatițele înoată relativ încet. Joseph Signl, care a studiat migrația caracatiței, a calculat că o caracatiță de jumătate de metru înoată prin mare cu o viteză medie de aproximativ cincisprezece kilometri pe oră. Fiecare jet de apă aruncat din pâlnie îl împinge înainte (sau mai bine zis, înapoi, în timp ce caracatița înoată înapoi) doi până la doi metri și jumătate.

Cunoscând legea conservării impulsului, vă puteți schimba propria viteză de mișcare în spațiu deschis. Dacă ești într-o barcă și ai niște pietre grele, atunci aruncarea cu pietre într-o anumită direcție te va muta în direcția opusă. Același lucru se va întâmpla și în spațiul cosmic, dar pentru asta se folosesc motoare cu reacție.

Utilizarea propulsiei cu reacție în tehnologie

Ideea de a folosi rachete pentru zborurile spațiale a fost propusă la începutul secolului nostru de omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. În 1903, un articol al unui profesor al gimnaziului Kaluga K.E. Tsiolkovsky „Cercetarea spațiilor lumii prin dispozitive cu reacție”. Această lucrare conținea cea mai importantă ecuație matematică pentru astronautică, cunoscută acum sub numele de „formula Tsiolkovsky”, care descrie mișcarea unui corp de masă variabilă. Ulterior, a dezvoltat o schemă pentru un motor de rachetă cu combustibil lichid, a propus un design de rachetă în mai multe etape și a exprimat ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbită apropiată de Pământ. El a arătat că singurul aparat capabil să depășească gravitația este o rachetă, adică. un aparat cu un motor cu reacție care utilizează combustibil și un oxidant situat pe aparatul propriu-zis.

Motor turboreactor- acesta este un motor care transformă energia chimică a combustibilului în energia cinetică a jetului de gaz, în timp ce motorul capătă viteză în sens invers.

Ideea lui K.E. Tsiolkovsky a fost realizată de oamenii de știință sovietici sub îndrumarea academicianului Serghei Pavlovici Korolev. Primul satelit artificial al Pământului din istorie a fost lansat de o rachetă în Uniunea Sovietică pe 4 octombrie 1957.

Principiul propulsiei cu reacție își găsește o largă aplicație practică în aviație și astronautică. În spațiul cosmic nu există niciun mediu cu care corpul să poată interacționa și, prin urmare, să-și schimbe direcția și modulul vitezei sale, prin urmare numai avioanele cu reacție, adică rachetele, pot fi folosite pentru zborurile în spațiu.

Dispozitiv rachetă

Mișcarea rachetei se bazează pe legea conservării impulsului. Dacă la un moment dat un corp este aruncat din rachetă, atunci va căpăta același impuls, dar îndreptat în direcția opusă

În orice rachetă, indiferent de design, există întotdeauna o carcasă și combustibil cu un oxidant. Carcasa rachetei include o sarcină utilă (în acest caz, o navă spațială), un compartiment pentru instrumente și un motor (camera de ardere, pompe etc.).

Masa principală a rachetei este combustibilul cu un oxidant (oxidantul este necesar pentru a menține combustibilul arzând, deoarece nu există oxigen în spațiu).

Combustibilul și oxidantul sunt pompați în camera de ardere. Combustibilul, arderea, se transformă în gaz temperatura ridicata si presiune mare. Datorită diferenței mari de presiune în camera de ardere și în spațiul cosmic, gazele din camera de ardere se reped într-un jet puternic printr-un clopot cu formă specială, numită duză. Scopul duzei este de a crește viteza jetului.

Înainte de lansarea unei rachete, impulsul ei este zero. Ca urmare a interacțiunii gazului din camera de ardere și din toate celelalte părți ale rachetei, gazul care iese prin duză primește un anumit impuls. Atunci racheta este un sistem închis, iar impulsul său total trebuie să fie egal cu zero după lansare. Prin urmare, carcasa rachetei, orice se află în ea, primește un impuls egal în valoare absolută cu impulsul gazului, dar opus ca direcție.

Cea mai masivă parte a rachetei, concepută pentru a lansa și accelera întreaga rachetă, se numește prima etapă. Când prima etapă masivă a unei rachete cu mai multe etape epuizează toate rezervele de combustibil în timpul accelerației, se separă. Accelerația ulterioară este continuată de a doua etapă, mai puțin masivă, iar vitezei obținute anterior cu ajutorul primei trepte, se adaugă mai multă viteză și apoi se separă. Cea de-a treia etapă continuă să-și mărească viteza până la valoarea necesară și livrează sarcina utilă pe orbită.

Prima persoană care a zburat în spațiul cosmic a fost Yuri Alekseevich Gagarin, un cetățean al Uniunii Sovietice. 12 aprilie 1961 A înconjurat globul pe nava satelit Vostok

Rachetele sovietice au fost primele care au ajuns pe Lună, au înconjurat Luna și și-au fotografiat partea invizibilă de pe Pământ, au fost primele care au ajuns pe planeta Venus și au livrat instrumente științifice la suprafața acesteia. În 1986, două nave spațiale sovietice „Vega-1” și „Vega-2” au studiat cometa Halley la distanță apropiată, apropiindu-se de Soare o dată la 76 de ani.

Pentru mulți oameni, însuși conceptul de „propulsie cu reacție” este strâns asociat cu realizările moderne în știință și tehnologie, în special fizică, iar imaginile cu avioane cu reacție sau chiar cu nave spațiale care zboară la viteze supersonice cu ajutorul notoriilor motoare cu reacție apar în capul lor. . De fapt, fenomenul propulsiei cu reacție este mult mai vechi decât chiar omul însuși, pentru că a apărut cu mult înaintea noastră, oamenii. Da, propulsia cu reacție este reprezentată activ în natură: meduzele, sepia înoată în adâncurile mării de milioane de ani, conform aceluiași principiu pe care îl zboară astăzi avioanele moderne cu reacție supersonice.

Istoria propulsiei cu reacție

Din cele mai vechi timpuri, diverși oameni de știință au observat fenomenele de propulsie cu reacție în natură, așa cum a scris despre asta matematicianul și mecanicul grec antic Heron înaintea oricui altcuiva, cu toate acestea, el nu a depășit niciodată teorie.

Dacă vorbim despre aplicație practică propulsie cu reacție, chinezii inventivi au fost primii aici. În jurul secolului al XIII-lea, ei au ghicit să împrumute principiul mișcării caracatițelor și sepielor în inventarea primelor rachete, pe care au început să le folosească atât pentru artificii, cât și pentru operațiuni militare (ca arme militare și de semnalizare). Puțin mai târziu, această invenție utilă a chinezilor a fost adoptată de arabi, iar de la ei europeni.

Desigur, primele rachete cu reacție condiționată au avut un design relativ primitiv și timp de câteva secole practic nu s-au dezvoltat în niciun fel, părea că istoria dezvoltării propulsiei cu reacție a înghețat. O descoperire în această chestiune a avut loc abia în secolul al XIX-lea.

Cine a descoperit propulsia cu reacție?

Poate că laurii descoperitorului propulsiei cu reacție în „timpul nou” îi pot fi acordate lui Nikolai Kibalcich, nu numai un talentat inventator rus, ci și un revoluționar cu jumătate de normă - Voluntar al Poporului. Și-a creat proiectul unui motor cu reacție și un avion pentru oameni în timp ce stătea într-o închisoare regală. Mai târziu, Kibalcici a fost executat pentru activitățile sale revoluționare, iar proiectul său a rămas să adune praf pe rafturile arhivelor poliției secrete țariste.

Mai târziu, lucrările lui Kibalcich în această direcție au fost descoperite și completate de lucrările unui alt om de știință talentat, K. E. Tsiolkovsky. Din 1903 până în 1914, a publicat o serie de lucrări care au demonstrat în mod convingător posibilitatea utilizării propulsiei cu reacție în crearea de nave spațiale pentru explorarea spațiului. El a format, de asemenea, principiul utilizării rachetelor în mai multe etape. Până în prezent, multe dintre ideile lui Tsiolkovsky sunt folosite în știința rachetelor.

Exemple de propulsie cu reacție în natură

Cu siguranță, în timp ce înotai în mare, ai văzut meduze, dar cu greu te-ai gândit că aceste creaturi uimitoare (și, de asemenea, lente) se mișcă la fel datorită propulsiei cu reacție. Și anume, prin reducerea domului lor transparent, ei stoarce apa, care servește ca un fel de „motor cu reacție” pentru meduze.

Sepia are, de asemenea, un mecanism similar de mișcare - printr-o pâlnie specială în fața corpului și prin fanta laterală, trage apa în cavitatea branhială și apoi o aruncă energic prin pâlnie, îndreptată înapoi sau în lateral ( în funcţie de direcţia de mişcare de care are nevoie sepie).

Dar cel mai interesant motor cu reacție creat de natură se găsește în calmari, care pot fi numiti pe bună dreptate „torpile vii”. La urma urmei, chiar și corpul acestor animale în forma sa seamănă cu o rachetă, deși, în adevăr, totul este exact invers - această rachetă copiază corpul unui calmar cu designul său.

Dacă calmarul trebuie să facă o aruncare rapidă, folosește motorul său natural cu reacție. Corpul său este înconjurat de o manta, un țesut muscular special, iar jumătate din volumul întregului calmar cade pe cavitatea mantalei, în care aspiră apă. Apoi aruncă brusc fluxul de apă colectat printr-o duză îngustă, în timp ce își pliază toate cele zece tentacule deasupra capului, astfel încât să dobândească o formă aerodinamică. Datorită unei astfel de navigații perfecte cu jet, calmarii pot atinge o viteză impresionantă de 60-70 km pe oră.

Printre proprietarii unui motor cu reacție în natură se numără și plante, și anume așa-numitul „castravete nebun”. Când fructele sale se coc, ca răspuns la cea mai mică atingere, împușcă gluten cu semințe

Legea propulsiei cu reacție

Calamarii, „castraveții nebuni”, meduzele și alte sepie folosesc propulsia cu reacție din cele mai vechi timpuri, fără să ne gândim la esența sa fizică, dar vom încerca să ne dăm seama care este esența propulsiei cu reacție, ce mișcare se numește jet, pentru a da este o definiție.

Pentru început, puteți recurge la un experiment simplu - dacă umflați un balon obișnuit cu aer și, fără să-l legați, îl lăsați să zboare, acesta va zbura rapid până când rămâne fără aer. Acest fenomen explică a treia lege a lui Newton, care spune că două corpuri interacționează cu forțe egale ca mărime și opuse ca direcție.

Adică, forța impactului mingii asupra fluxurilor de aer care ies din ea este egală cu forța cu care aerul respinge mingea de la sine. O rachetă funcționează, de asemenea, pe un principiu similar cu o minge, care ejectează o parte din masa sa cu viteză mare, în timp ce primește o accelerație puternică în direcția opusă.

Legea conservării impulsului și propulsiei cu reacție

Fizica explică procesul de propulsie cu reacție. Momentul este produsul dintre masa unui corp și viteza acestuia (mv). Când o rachetă este în repaus, impulsul și viteza ei sunt zero. Când un jet începe să fie aruncat din el, atunci restul, conform legii conservării impulsului, trebuie să dobândească o astfel de viteză la care impulsul total să fie în continuare egal cu zero.

Formula de propulsie cu reacție

În general, propulsia cu reacție poate fi descrisă prin următoarea formulă:
m s v s +m p v p =0
m s v s =-m p v p

unde m s v s este impulsul generat de jetul de gaze, m p v p este impulsul primit de rachetă.

Semnul minus arată că direcția rachetei și forța propulsiei cu reacție sunt opuse.

Propulsia cu reacție în tehnologie - principiul funcționării unui motor cu reacție

LA tehnologie moderna propulsia cu reacție joacă un rol foarte important, deoarece motoarele cu reacție propulsează aeronavele, nave spațiale. Dispozitivul motorului cu reacție în sine poate diferi în funcție de dimensiunea și scopul său. Dar într-un fel sau altul, fiecare dintre ei are

alimentare cu combustibil,
camera, pentru arderea combustibilului,
duză, a cărei sarcină este să accelereze curentul cu jet.

Așa arată un motor cu reacție.

Propulsie cu reacție, video

Și, în sfârșit, un videoclip distractiv despre experimente fizice cu propulsia cu reacție.