Что такое реактивное движение и где оно применяется
Где используется реактивное движение?
Любителям физики или просто людям, заинтересованным в изучении данной науки, далеко не всегда удается собственными глазами увидеть, проанализировать и запомнить то или иное явление в жизни, а не на картинках в книгах. Это огромная проблема большей части всего курса предмета, поскольку там далеко не всегда все объясняется на простых и понятных каждому примерах. На деле же мы задаемся вопросом: где взять практику? Это касается и реактивного движения и его применения. Многие уверены, что вживую запечатлеть это можно лишь на примере ракеты, однако нет, все гораздо проще.
Что такое реактивное перемещение?
В первую очередь следует ознакомиться с понятием и хотя бы чуть-чуть разобраться, что именно представляет собой данное явление.
Безусловно, каждый из нас видел ракеты (кто-то вживую, кто-то нет). И здесь несложно догадаться, что ракета и реактивное движение напрямую связаны между собой. Отсюда можно сделать вывод, что данный вид перемещения – это движение, которое возникает в случае, если от объекта отделяется какая-либо его часть и, соответственно, придает ему определенную скорость. То есть возникает та самая сила, которая придает телу то или иное ускорение. Сначала можно подумать, что это странное и неправильное определение этому явлению, но после разбора основного принципа, по которому происходит перемещение ракеты, все станет на свои места. Тогда возникает резонный вопрос: где используется реактивное движение?
Применение реактивного движения
Одна из самых интересных тел при толковании или изучении теоретического материала – области и возможности его применения. Нередко мы думаем, что мы делаем что-то зря и просто так, без какого-то толка и результата. Однако нет, даже на вопрос: «Где используется реактивное движение?» можно найти весомый ответ, ведь его применение действительно огромно и без него были бы невозможны многие процессы или недействительны разработки ученых.
Смотрите видео о реактивном движении.
Применяется это в первую очередь в технических отраслях:
Также нередко мы можем проследить примеры реактивного движение как в технике, так и в природе. В первую очередь обращаем внимание на жителей морей и океанов – головоногих моллюсков. Их ярчайшие и известнейшие представители – кальмары, осьминоги и каракатицы. Гораздо реже это можно проследить у растений, и то в период активного распространения семян (чтобы семена распределялись как можно дальше).
Физическое происхождение
Узнав, что же это такое, хочется познакомиться и с природой изучаемой проблемы. Самое прекрасное, что основано оно на одной из самых понятных и несложных тем в физике (как показывает практика, большинство школьников ее понимают) – импульс, закон сохранения импульса в реактивном движении. Сам по себе импульс редко вызывает какие-то затруднения, разве что со знаками, а с таким интересным и необычным примером, как ракета, вообще буквально притягивает к себе все внимание любителей физики.
Что же такое импульс? Импульс – это векторная физическая величина, которая показывает произведение массы объекта на его скорость. Что значит «векторная»? Это значит, что она имеет определенное направление, которое нужно учитывать везде, в том числе и при решении задач. Обосновать это можно тем, что масса тела, как правило, является постоянной величиной, а вот скорость – нет. Поэтому определяется импульс в большинстве своем именно скоростью, которая и имеет направление. От него может меняться многое, в частности знак при расчетах. Вопреки мнениям многих, хочется отметить, что неправильная постановка минусов – это грубейшая математическая и физическая ошибка. Стоит обратить внимание на реактивное движение тел и импульс.
Закон сохранения импульса – это именно то, из-за чего и происходят такие поистине волшебные явления, как запуск ракеты в космос или полет специального самолета. Гласит он следующее: сумма импульсов объектов до взаимодействия равна сумме импульсов после взаимодействия. Понять его можно на примере движения ракеты.
Пример реактивного движения в природе и технике: ракета
Для большинства из нас ракеты или подобные объекты являются чем-то недосягаемым и невероятно сложным, ведь их строение занимает столько времени и разработок. Но понять принцип их действия под силу каждому.
Ракета состоит из нескольких ступеней, в каждой из которых есть отсек с топливом. И, соответственно, отверстие для выхода газа. При полете сгорает топливо, превращаясь в очень горячий газ с высоким давлением. Из-за разницы данных показателей внутри ракеты и космосом, газ с огромной силой выходит из корабля и заставляет его двигаться вверх. Когда топливо заканчивается, то ступень отпадает, делая массу объекта меньше и увеличивая его импульс, и, конечно, скорость. То есть именно импульс определяет меру перемещения тела.
Где применяется реактивное движение?
Гораздо интереснее рассматривать все изученные явления на конкретных примерах, ведь тогда мы можем воспроизвести картинку в воображении и даже понять, каким именно образом все происходит. Реактивное движение – один из таких случаев. Увидев конкретный пример, можно без труда понять, как именно это происходит.
Данные живые организмы совершают некоторые процессы жизнедеятельности благодаря обсуждаемому явлению. Животные передвигаются благодаря ему, а вот растение распространяет семена на дальние дистанции.
А какие вы знаете еще примеры реактивного движения в природе? Оставьте сообщение в комментариях! А также смотрите видео о велосипеде на самодельном реактивном двигателе.
Для большинства людей термин «реактивное движение» представляется в виде современного прогресса в науке и технике, особенно в области физики. Реактивное движение в технике ассоциируется у многих с космическими кораблями, спутниками и реактивной авиатехникой. Оказывается, явление реактивного движения существовало намного раньше, чем сам человек, и независимо от него. Люди лишь сумели понять, воспользоваться и развить то, что подчинено законам природы и мироздания.
Что такое реактивное движение?
На английском языке слово «реактивный» звучит как «jet». Под ним подразумевается движение тела, которое образуется в процессе отделения от него части с определенной скоростью. Проявляется сила, которая двигает тело в обратную сторону от направления движения, отделяя от него часть. Каждый раз, когда материя вырывается из предмета, а предмет при этом движется в обратном направлении, наблюдается реактивное движение. Для того чтобы поднимать предметы в воздух, инженеры должны спроектировать мощную реактивную установку. Выпуская струи пламени, двигатели ракеты поднимают ее на орбиту Земли. Иногда ракеты запускают спутники и космические зонды.
Что касается авиалайнеров и военных самолетов, то принцип их работы чем-то напоминает взлет ракеты: физическое тело реагирует на выбрасываемую мощную струю газа, в результате чего оно движется в противоположную сторону. Это и есть основной принцип работы реактивных самолетов.
Законы Ньютона в реактивном движении
Инженеры основывают свои разработки на принципах устройства мироздания, впервые подробно описанных в работах выдающегося британского ученого Исаака Ньютона, жившего в конце 17 столетия. Законы Ньютона описывают механизмы гравитации и рассказывают нам о том, что происходит, когда предметы движутся. Они особенно четко объясняют движение тел в пространстве.
Второй закон Ньютона определяет, что сила движущегося предмета зависит от того, сколько материи он вмещает, иными словами, его массы и изменения скорости движения (ускорения). Значит, чтобы создать мощную ракету, необходимо, чтобы она постоянно выпускала большое количество высокоскоростной энергии. Третий закон Ньютона говорит о том, что на каждое действие будет равная по силе, но противоположная реакция – противодействие. Реактивные двигатели в природе и технике подчиняются этим законам. В случае с ракетой сила действия – материя, которая вылетает из выхлопной трубы. Противодействием является толчок ракеты вперед. Именно сила выбросов из нее толкает ракету. В космосе, где ракета практически не имеет веса, даже незначительный толчок от ракетных двигателей способен заставить большой корабль быстро лететь вперед.
Техника, использующая реактивное движение
Физика реактивного движения состоит в том, что ускорение или торможение тела происходит без влияния окружающих тел. Процесс происходит вследствие отделения части системы.
Примеры реактивного движения в технике – это:
Тела создают закрытую систему, если они взаимодействуют лишь друг с другом. Такое взаимодействие может привести к изменению механического состояния тел, образующих систему.
В чем заключается действие закона сохранения импульса?
Впервые этот закон был оглашен французским философом и физиком Р. Декартом. При взаимодействии двух или больше тел образовывается между ними замкнутая система. Любое тело при движении обладает своим импульсом. Это масса тела, умноженная на его скорость. Общий импульс системы равен векторной сумме импульсов тел, находящихся в ней. Импульс любого из тел внутри системы меняется вследствие их взаимного влияния. Общий импульс тел, находящихся в замкнутой системе, остается неизменным при различных перемещениях и взаимодействиях тел. В этом состоит закон сохранения импульса.
Закон сохранения импульса имеет широкое практическое применение. Он позволяет объяснить реактивное движение, благодаря которому достигаются наивысшие скорости.
Реактивное движение в физике
Самым ярким образцом закона сохранения импульса служит реактивное движение, осуществляемое ракетой. Важнейшей частью двигателя выступает камера сгорания. В одной из ее стенок находится реактивное сопло, приспособленное для выпуска газа, возникающего при сжигании топлива. Под действием высокой температуры и давления газ на огромной скорости выходит из сопла двигателя. Перед стартом ракеты ее импульс относительно Земли равняется нулю. В момент запуска ракета также получает импульс, который равняется импульсу газа, но противоположный по направлению.
Пример физики реактивного движения можно увидеть везде. Во время празднования дня рождения воздушный шарик вполне может стать ракетой. Каким образом? Надуйте воздушный шар, зажимая открытое отверстие, чтобы воздух не выходил из него. Теперь отпустите его. Воздушный шар с огромной скоростью будет гонять по комнате, подгоняемый воздухом, вылетающим из него.
История реактивного движения
История реактивных двигателей началась еще за 120 лет до н.э., когда Герон Александрийский сконструировал первый реактивный двигатель – эолипил. В металлический шар наливают воду, которая нагревается огнем. Пар, который вырывается из этого шара, вращает ее. Это устройство показывает реактивное движение. Двигатель Герона жрецы успешно применяли для открывания и закрывания дверей храма. Модификация эолипила – Сегнерово колесо, которое эффективно используется в наше время для полива сельскохозяйственных угодий. В 16-м столетии Джовани Бранка представил миру первую паровую турбину, которая работала на принципе реактивного движения. Исаак Ньютон предложил один из первых проектов парового автомобиля.
Первые попытки построения реактивного самолета начались еще в 1910 году. За основу были взяты ракетные исследования прошлых веков, где подробно повествовалось об использовании пороховых ускорителей, способных существенно сократить длину форсажа и разбега. Главным конструктором стал румынский инженер Анри Коанда, построивший летательный аппарат, работающий на основе поршневого двигателя. Первооткрывателем реактивного движения в технике по праву можно назвать инженера из Англии – Фрэнка Уитла, который предложил первые идеи по созданию реактивного двигателя и получил на них свой патент в конце XIX века.
Первые реактивные двигатели
Самолет обладал такими особенностями:
Благодаря всем этим показателям и конструктивным особенностям первый реактивный летательный аппарат «Мессершмитт-262» был грозным средством борьбы против других самолетов.
Прототипы современных авиалайнеров
В послевоенное время российскими конструкторами были созданы реактивные самолеты, ставшие в дальнейшем прототипами современных авиалайнеров.
После окончания войны и капитуляции фашистской Германии Советскому Союзу в качестве трофеев достались немецкие самолеты с реактивными двигателями JUMO-004 и BMW-003.
Первые мировые прототипы
Разработкой, тестированием новых авиалайнеров и их производством занимались не только немецкие и советские конструкторы. Инженерами США, Италии, Японии, Великобритании также было создано немало успешных проектов, применяемых реактивное движение в технике. К числу первых разработок с различными типами двигателей можно отнести:
Использование реактивного движения в технике послужило резким толчком для быстрого создания следующих реактивных летательных аппаратов и дальнейшего развития военного и гражданского самолетостроения.
Современные реактивные аппараты
Но среди этого многообразия имеются несколько конструкций реактивных самолетов-рекордсменов:
Авиационные исследования не стоят на месте, потому как реактивные самолеты – это основа стремительно развивающейся современной авиации. Сейчас проектируется несколько западных и российских пилотируемых, пассажирских, беспилотных авиалайнеров с реактивными двигателями, выпуск которых запланирован на ближайшие несколько лет.
Реактивный принцип движения изначально был подсказан самой природой. Его действием пользуются личинки некоторых видов стрекоз, медузы, многие моллюски – морские гребешки, каракатицы, осьминоги, кальмары. Они применяют своеобразный «принцип отталкивания». Каракатицы втягивают воду и выбрасывают ее так стремительно, что сами при этом делают рывок вперед. Кальмары, используя этот способ, могут достигать скорости до 70 километров в час. Именно поэтому такой способ передвижения позволил назвать кальмаров «биологическими ракетами». Инженеры уже изобрели двигатель, работающий по принципу движений кальмара. Одним из примеров применения реактивного движения в природе и технике является водомет.
Это устройство, которое обеспечивает движение с помощью силы воды, выбрасываемой под сильным напором. В устройство вода закачивается в камеру, а затем выпускается из нее через сопло, а судно движется в обратном выбросу струи направлении. Вода затягивается с помощью двигателя, работающего на дизеле или бензине.
Примеры реактивного движения предлагает нам и мир растений. Среди них попадаются виды, которые используют такое движение для распространения семян, например, бешеный огурец. Только внешне это растение подобно привычным для нас огурцам. А характеристику «бешеный» оно получило из-за странного способа размножения. Дозревая, плоды отскакивают от плодоножек. В итоге открывается отверстие, через которое огурец стреляет веществом, содержащим подходящие для прорастания семена, применяя реактивность. А сам огурец при этом отскакивает до двенадцати метров в сторону, обратную выстрелу.
Проявление в природе и технике реактивного движения подвластно одним и тем же законам мироздания. Человечество все больше использует эти законы для достижения своих целей не только в атмосфере Земли, но и на просторах космоса, и реактивное движение является этому ярким примером.
Основные сведения о реактивном движении в природе
Что такое реактивное перемещение
Определение реактивного перемещения.
Реактивное перемещение — это движение тела, которое возникает благодаря отделению некоторой его части (массы) с определенной скоростью относительно него.
В основе реактивного движения лежит закон сохранения импульса.
Закон сохранения импульса — это сумма импульсов всех тел, которые входят в данную замкнутую систему и остаются постоянной при любых взаимодействиях этих тел между собой внутри данной системы.
Данный закон является следствием из второго и третьего законов Ньютона.
Также реактивное движение тесно связано с реактивной тягой.
Реактивная тяга — это такая сила, которая возникает из сопла летательного аппарата в результате истечения газов с определенной скоростью.
Знание закона сохранения импульса позволяет изменять скорость перемещения тела. К примеру, если человек при движении в лодке будет бросать камни в определенную сторону, то движение лодки будет осуществляться в противоположном направлении. В космическом пространстве закон сохранения импульса не пропадает. Для изменения направления движения используют реактивные двигатели.
Формула, описывающая реактивное движение:
Примеры реактивного движения в природе
В природе, в основном, реактивное движение присутствуют у животных, обитающих в водной среде.
Многие морские животные для передвижения используют реактивное движение. Среди этих животных: медузы, осьминоги, морские гребешки, кальмары, сальпы, каракатицы. Все эти животные используют реакцию выбрасываемой струи воды.
В качестве примера можно рассмотреть каракатиц и осьминогов. Они забирают воду в жаберную полость, а затем выбрасывают энергично струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки назад или в бок и, выдавливая из нее воду, может быстро двигаться в разные стороны. Осьминоги придают своему телу обтекаемую форму, благодаря складыванию щупальцев над головой, и могут таким образов управлять своим движением.
Большинство медуз пользуются реактивным способом движения, выталкивая воду из полости своего зонтика.
Некоторые представители насекомых также используют для перемещения реактивное движение. Так, например, длиннобрюхие личинки стрекоз используют реактивное движение в минуту опасности. Данные личинки используют свою заднюю кишку. Они наполняют ее водой, затем силой выбрасывают воду. Тем самым личинка перемещается по принципу реактивного движения.
Физические основы реактивного движения
В основы реактивного движения входит рассмотрение закона сохранения импульса. При реактивном движении появляется реактивная сила, толкающее тело.
Особенность реактивного движения заключается в том, что в результате взаимодействия между собой частей системы, в ней возникает движение без какого-либо взаимодействия с внешними телами.
Сила, сообщая ускорение телу, возникает за счет взаимодействия этих тел с землей, воздухом или водой.
Движение тела можно получить, например, с помощью вытекания струи жидкости или газа.
Реактивное движение в технике используется в автомобилестроении, в речном транспорте, в военном деле, в космонавтике и авиации.
Реактивное движение в природе и технике
Содержание:
У многих людей само понятие «реактивного движения» крепко ассоциируется с современными достижениями науки и техники, в особенности физики, а в голове появляются образы реактивных самолетов или даже космических кораблей, летающих на сверхзвуковых скоростях с помощью пресловутых реактивных двигателей. На самом же деле явление реактивного движения намного более древнее, чем даже сам человек, ведь оно появилось задолго до нас, людей. Да, реактивное движение активно представлено в природе: медузы, осьминоги, каракатицы вот уже миллионы лет плавают в морских пучинах по тому же самому принципу, по которому сегодня летают современные сверхзвуковые реактивные самолеты.
История
С древних времен различные ученые наблюдали явления реактивного движения в природе, так раньше всех о нем писал древнегреческий математик и механик Герон, правда, дальше теории он так и не зашел.
Если же говорить о практическом применении реактивного движения, то первыми здесь были изобретательные китайцы. Примерно в XIII веке они догадались позаимствовать принцип движения осьминогов и каракатиц при изобретении первых ракет, которые они начали использовать, как для фейерверков, так и для боевых действий (в качестве боевого и сигнального оружия). Чуть позднее это полезное изобретение китайцев переняли арабы, а от них уже и европейцы.
Разумеется, первые условно реактивные ракеты имели сравнительно примитивную конструкцию и на протяжении нескольких веков они практически никак не развивались, казалось, что история развития реактивного движения замерла. Прорыв в этом деле произошел только в XIX веке.
Открытие
Пожалуй, лавры первооткрывателя реактивного движения в «новом времени» можно присудить Николаю Кибальчичу, не только талантливому российскому изобретателю, но и по совместительству революционеру-народовольцу. Свой проект реактивного двигателя и летательного аппарата для людей он создал сидя в царской тюрьме. Позднее Кибальчич был казнен за свою революционную деятельность, а его проект так и остался пылиться на полках в архивах царской охранки.
Позднее работы Кибальчича в этом направлении были открыты и дополнены трудами еще одного талантливого ученого К. Э. Циолковского. С 1903 по 1914 год им было опубликовано ряд работ, в которых убедительно доказывалась возможность использования реактивного движения при создании космических кораблей для исследования космического пространство. Им же был сформирован принцип использования многоступенчатых ракет. И по сей день многие идеи Циолковского применяются в ракетостроении.
Примеры в природе
Наверняка купаясь в море, Вы видели медуз, но вряд ли задумывались, что передвигаются эти удивительные (и к тому же медлительные) существа как раз таки с благодаря реактивному движению. А именно с помощью сокращения своего прозрачного купола они выдавливают воду, которая служит своего рода «реактивных двигателем» медуз.
Похожий механизм движения имеет и каракатица – через особую воронку впереди тела и через боковую щель она набирает воду в свою жаберную полость, а затем энергично выбрасывает ее через воронку, направленную взад либо в бок (в зависимости от направления движения нужного каракатице).
Но самый интересный реактивный двигатель созданный природой имеется у кальмаров, которых вполне справедливо можно назвать «живыми торпедами». Ведь даже тело этих животных по своей форме напоминает ракету, хотя по правде все как раз с точностью наоборот – это ракета своей конструкцией копирует тело кальмара.
Если кальмару необходимо совершить быстрый бросок, он использует свой природный реактивный двигатель. Тело его окружено мантией, особой мышечной тканью и половина объема всего кальмара приходится на мантийную полость, в которую тот всасывает воду. Потом он резко выбрасывает набранную струю воды через узкое сопло, при этом складывая все свои десть щупалец над головой таким образом, чтобы приобрести обтекаемую форму. Благодаря столь совершенной реактивной навигации кальмары могут достигать впечатляющей скорости – 60-70 км в час.
Среди обладателей реактивного двигателя в природе есть и растения, а именно так званный «бешеный огурец». Когда его плоды созревают, в ответ на самое легкое прикосновение он выстреливает клейковиной с семенами
Закон реактивного движения
Кальмары, «бешеные огурцы», медузы и прочие каракатицы издревле пользуются реактивным движением, не задумываясь о его физической сути, мы же попробуем разобрать, в чем суть реактивного движения, какое движение называют реактивным, дать ему определение.
Для начала можно прибегнуть к простому опыту – если обычный воздушный шарик надуть воздухом и, не завязывая отпустить в полет, он будет стремительно лететь, пока у него не израсходуется запас воздуха. Такое явление поясняет третий закон Ньютона, говорящий, что два тела взаимодействуют с силами равными по величине и противоположными по направлению.
То есть сила воздействия шарика на вырывающиеся из него потоки воздуха равна силе, которой воздух отталкивает от себя шарик. По схожему с шариком принципу работает и ракета, которая на огромной скорости выбрасывает часть своей массы, при этом получая сильное ускорение в противоположном направлении.
Закон сохранения импульса
Физика поясняет процесс реактивного движения законом сохранения импульса. Импульс это произведение массы тела на его скорость (mv). Когда ракета находится в состоянии покоя ее импульс и скорость равны нулю. Когда же из нее начинает выбрасываться реактивная струя, то остальная часть согласно закону сохранения импульса, должна приобрести такую скорость, при которой суммарный импульс будет по прежнему равен нулю.
Формула
где msvs импульс создаваемой струей газов, mрvр импульс, полученный ракетой.
Знак минус показывает, что направление движения ракеты и сила реактивного движения струи противоположны.
Применение в технике – принцип работы реактивного двигателя
В современной технике реактивное движение играет очень важную роль, так реактивные двигатели приводят в движение самолеты, космические корабли. Само устройство реактивного двигателя может отличаться в зависимости от его размера и назначения. Но так или иначе в каждом из них есть
Так выглядит реактивный двигатель.
Видео
И в завершение занимательное видео о физических экспериментах с реактивным движением.