10.11.2021
Преподаватель: Земляная С.Н.
Группа 1А
Предмет Физика
Урок №29-30
Тема программы: Законы сохранения в механике
Тема урока: Реактивное движение.
Решение задач.
https://videouroki.net/video/25-rieaktivnoie-dvizhieniie.html
Ответить на вопросы:
1.Приведите примеры реактивного движения в природе.
2.Ккак происходит реактивное движение.
3.Почему в космосе можно передвигаться только с помощью ракет.
4.В чем состоит задача окислителя, каково значение сопла?
5.Какой закон лежит в основе реактивного движения.
6.От чего зависит скорость ракет?
Конспект
Реактивное движение — это движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно него.
В частности, реактивная тяга — это сила, возникающая в результате истечения газов из сопла летательного аппарата с определенной скоростью.
Элементарный пример реактивного движения видел каждый: если надуть воздушный шарик и, не завязав его, отпустить, шарик полетит, и будет летать до тех пор, пока из него не выйдет весь воздух.
Реактивные двигатели, в первую очередь, необходимы для освоения космического пространства. Ведь, находясь в открытом космосе, корабль не имеет возможности оттолкнуться от какой-либо опоры, поскольку ее, попросту, нет. Единственной силой, которая могла бы сообщить кораблю ускорение, является реактивная тяга.
Несмотря на то, что в пределах земной атмосферы нет необходимости применять реактивные двигатели, большинство современных самолетов летают именно на реактивной тяге. Это обусловлено тем, что реактивная тяга предоставляет достаточно высокие скорости, по сравнению с теми, которые достижимы винтовыми самолетами.
|
|
Реактивные двигатели делятся на два основных типа: ракетные и воздушно-реактивные.
Для работы ракетного двигателя необходимо топливо и окислитель, который способствует горению. В двигателях на твердом топливе (в качестве которого часто используется порох), горючее и окислитель находятся непосредственно в двигателе. В реактивных двигателях на жидком топливе, таком как бензин, например, топливо и окислитель хранятся в отдельных баках, и с помощью насосов подаются в камеру сгорания.
Температура в камере сгорания составляет порядка 3 000 оС, в результате чего, давление возрастает до 50 атм. В камере сгорания при сгорании топлива образуются газы, которые из-за высокой температуры создают высокое давление на стенки камеры. В результате этого, газы вырываются из сопла ракеты, тем самым двигая ее вперед.
Выполняется закон сохранения импульса: суммарный импульс системы должен оставаться равным нулю. Определенная масса газов вырывается из сопла в одну сторону, поэтому, ракета должна начать двигаться в другую сторону. Для увеличения эффекта применяют сужение сопла, чтобы увеличить скорость истечения газов. Ведь при этом, через меньшее поперечное сечение должно будет пройти то же количество газов за определенное время. Следовательно, скорость истечения газов должна увеличиться.
Заметим, что даже при постоянной скорости истечения газов, скорость ракеты будет увеличиваться, поскольку будет уменьшаться ее масса в результате сгорания топлива. Исходя из этого, мы можем вывести формулу, по которой рассчитывается реактивная тяга:
|
|
Обратите внимание, что перед скоростью истечения газов стоит знак «минус», поскольку, эта скорость направлена в противоположную сторону, чем скорость движения ракеты.
Эта же формула выводится из закона сохранения импульса для системы ракета — продукты сгорания:
В правой части мы видим отношение изменения массы к промежутку времени — эта величина называется массовым расходом топлива.
Воздушно-реактивные двигатели немногим отличаются от ракетных. Основное их отличие в том, что в качестве окислителя используется кислород, содержащийся в воздухе, который попадает внутрь двигателя.
Примеры решения задач.
1.Реактивный двигатель каждую секунду выбрасывает 10 кг продуктов сгорания топлива со скоростью 3 км/с относительно ракеты. Какую силу тяги он развивает?
Решение.
Запишем второй закон Ньютона в импульсной форме и найдём силу, которая действует на выбрасываемых продукты сгорания топлива:
F= ∆p: ∆t = v∆m:∆t
F=3*10^3*10=30kH
По третьему закону Ньютона сила тяги будет равна найденной силе.
Ответ:30kH
2.Какую скорость приобретает ракета массой 600г, если продукты горения массой 15г вылетают из неё скоростью 800 м/с?
Решение.
Кратко записываем условие задачи.
Mp=600г
Mr=15г
Vr=800м/с
Vp-?
Решение:
Записываем закон сохранения импульса для движения ракеты.
Kp=Kr
Решаем уравнения в общем виде.
MpVp=MrVr
Vp=MrVr:Mp
Подставляем величины в общее решение, вычисляем. Перед подстановкой переводим все величины в систему СИ.
Vp=0,015*800:0,6=200м/с
Ответ: скорость ракеты 200м/с
Решить задачи самостоятельно:
1.Чему равна реактивная сила тяги двигателя, выбрасывающего каждую секунду 15кг продуктов сгорания топлива со скоростью 3км/с относительно ракеты?
Дано: m=15кг, V=3км/с=3000м/с, ∆t=1 с. Найти F.
2.Из пороховой ракеты, летящей со скоростью 16м/с, вылетают продукты сгорания массой 24г со скоростью 600м/с. Вычислите массу ракеты.