какое движение называется реактивным
Физика. 10 класс
Конспект урока
Урок 12. Реактивное движение
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
1) практическое применение закона сохранения импульса;
2) реактивное движение, реактивная сила;
3) использование реактивного движения в природе и технике;
4) этапы исторического развития освоения космоса;
Реактивное движение – это движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно него.
Реактивная сила – сила, возникающая при реактивном движении.
Особенность реактивной силы – возникновение без взаимодействия с внешними телами.
Скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и отношение массы топлива к массе ракеты.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 126 – 127;
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.-М.:Дрофа,2014. – С.47-48.
Открытые электронные ресурсы:
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Движение тела, которое возникает при отделении с определённой скоростью какой-либо его части, называется реактивным.
Реактивное движение издревле существует в природе. Его для своего перемещения используют некоторые живые существа: кальмары, осьминоги, каракатицы, медузы и т.д. Они всасывают, а затем с силой выталкивают из себя воду, за счёт этого они движутся. Реактивное движение встречается и в быту. Примеры: движение резинового шланга, когда мы включаем воду, салюты и т.д.
Сила, с которой ракета действует на газы, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой газы отталкивают от себя ракету:
При реактивном движении возникает сила, которая называется реактивной. Сила 
— это реактивная сила.
Особенностью реактивной силы является то, что она возникает без взаимодействия с внешними телами.
Согласно закону сохранения импульса: импульс вырывающихся газов равен импульсу ракеты.
Закон сохранения импульса позволяет оценить скорость ракеты.
Закон сохранения импульса для реактивного движения:
откуда скорость ракеты:
Скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и отношение массы топлива к массе ракеты. Эта формула справедлива для случая мгновенного сгорания топлива. На самом деле топливо сгорает постепенно, т.к. мгновенное сгорание приводит к взрыву.
Точная формула для скорости ракеты была получена в 1897 году К.Э. Циолковским.
Первую конструкцию ракеты для космических полётов предложил Константин Эдуардович Циолковский – русский учёный, основоположник теоретической космонавтики. Он обосновал использование ракет для полётов в космос, сделал вывод о необходимости использования многоступенчатых ракет.
Идеи Циолковского воплотил в жизнь советский учёный, инженер-конструктор С.П. Королёв. 4 октября 1957 года считается началом космической эры. В этот день конструкторский коллектив под руководством Королёва осуществил запуск первого искусственного спутника Земли.
12 апреля 1961 г. впервые в мире на орбиту Земли был выведен космический корабль, в котором находился лётчик-космонавт СССР Юрий Алексеевич Гагарин. Он открыл дорогу в космос. В космосе нельзя использовать другие двигатели, кроме реактивных, так как там нет опоры, отталкиваясь от которой космический корабль мог бы получить ускорение. Реактивные двигатели применяют для самолётов и ракет, не выходящих за пределы атмосферы, чтобы максимально увеличить скорость полёта.
Примеры и разбор решения заданий
1. Чему равна реактивная сила тяги двигателя, выбрасывающего каждую секунду 15 кг продуктов сгорания топлива со скоростью 3 км/с относительно ракеты?
Дано: m = 15 кг, v = 3 км/с = 3000 м/с, ∆t = 1 с. Найти F.
2. Из пороховой ракеты, летящей со скоростью 16 м/с, вылетают продукты сгорания массой 24 г со скоростью 600 м/с. Вычислите массу ракеты.
Дано: v₁ = 16 м / с, m₂ = 24 г = 0,024 кг, v₂ = 600 м/с. Найти m₁.
Запишем закон сохранения импульса для реактивного движения: m₁v₁ = m₂v₂, выразим массу ракеты: m₁ = m₂v₂ / v₁.
Делаем расчёт: m₁ = (0,024 кг·600 м/с) / 16 м / с = 0,9 кг. Ответ: m₁ = 0,9 кг.
Физика. 10 класс
Движение ракет
Реактивное движение
Необходимо запомнить
На уроке мы узнали, что реактивным движением называют движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определённой скоростью относительно него. При этом тело получает импульс в противоположном направлении, равный импульсу отделившейся части.
При реактивном движении возникает сила, которая называется реактивной.
Особенность реактивной силы – возникновение без взаимодействия с внешними телами.
Закон сохранения импульса позволяет оценить скорость ракеты.
Закон сохранения импульса для реактивного движения ракеты:
Скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и отношение массы топлива к массе ракеты.
Формула скорости справедлива для случая мгновенного сгорания топлива.
Точная формула для скорости ракеты была получена в 1897 году Циолковским К.Э.
В космическом пространстве использовать другие двигатели, кроме реактивных, невозможно: нет опоры, отталкиваясь от которой космический корабль мог бы получить ускорение. Применение же реактивных двигателей для самолётов и ракет, не выходящих за пределы атмосферы, связано с тем, что именно реактивные двигатели могут обеспечить максимальную скорость полёта.
Решение задачи на применение закона сохранения импульса
Интересные факты
Возможность использовать реактивную силу струи пара, была открыта ещё в 1-м веке н.э. Героном Александрийским. А в 1750 году венгерский учёный Янош Сегнер изобрёл на этом принципе одну из первых реактивных гидравлических турбин — «сегнерово колесо». Его действие сегодня можно наблюдать на лужайках, орошаемых с помощью насадок, вращающихся на водопроводных колонках.
Известные в Китае ещё с XI века пороховые ракеты применялись не только для фейерверков, но и в военном деле – как зажигательные и разрывные снаряды, а также как осветительные средства.
Физика. 10 класс
Конспект урока
Урок 12. Реактивное движение
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
1) практическое применение закона сохранения импульса;
2) реактивное движение, реактивная сила;
3) использование реактивного движения в природе и технике;
4) этапы исторического развития освоения космоса;
Реактивное движение – это движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно него.
Реактивная сила – сила, возникающая при реактивном движении.
Особенность реактивной силы – возникновение без взаимодействия с внешними телами.
Скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и отношение массы топлива к массе ракеты.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 126 – 127;
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.-М.:Дрофа,2014. – С.47-48.
Открытые электронные ресурсы:
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Движение тела, которое возникает при отделении с определённой скоростью какой-либо его части, называется реактивным.
Реактивное движение издревле существует в природе. Его для своего перемещения используют некоторые живые существа: кальмары, осьминоги, каракатицы, медузы и т.д. Они всасывают, а затем с силой выталкивают из себя воду, за счёт этого они движутся. Реактивное движение встречается и в быту. Примеры: движение резинового шланга, когда мы включаем воду, салюты и т.д.
Сила, с которой ракета действует на газы, равна по модулю и противоположна по направлению силе, с которой газы отталкивают от себя ракету:
При реактивном движении возникает сила, которая называется реактивной. Сила — это реактивная сила.
Особенностью реактивной силы является то, что она возникает без взаимодействия с внешними телами.
Согласно закону сохранения импульса: импульс вырывающихся газов равен импульсу ракеты.
Закон сохранения импульса позволяет оценить скорость ракеты.
Закон сохранения импульса для реактивного движения:
откуда скорость ракеты:
Скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и отношение массы топлива к массе ракеты. Эта формула справедлива для случая мгновенного сгорания топлива. На самом деле топливо сгорает постепенно, т.к. мгновенное сгорание приводит к взрыву.
Точная формула для скорости ракеты была получена в 1897 году К.Э. Циолковским.
Первую конструкцию ракеты для космических полётов предложил Константин Эдуардович Циолковский – русский учёный, основоположник теоретической космонавтики. Он обосновал использование ракет для полётов в космос, сделал вывод о необходимости использования многоступенчатых ракет.
Идеи Циолковского воплотил в жизнь советский учёный, инженер-конструктор С.П. Королёв. 4 октября 1957 года считается началом космической эры. В этот день конструкторский коллектив под руководством Королёва осуществил запуск первого искусственного спутника Земли.
12 апреля 1961 г. впервые в мире на орбиту Земли был выведен космический корабль, в котором находился лётчик-космонавт СССР Юрий Алексеевич Гагарин. Он открыл дорогу в космос. В космосе нельзя использовать другие двигатели, кроме реактивных, так как там нет опоры, отталкиваясь от которой космический корабль мог бы получить ускорение. Реактивные двигатели применяют для самолётов и ракет, не выходящих за пределы атмосферы, чтобы максимально увеличить скорость полёта.
Примеры и разбор решения заданий
1. Чему равна реактивная сила тяги двигателя, выбрасывающего каждую секунду 15 кг продуктов сгорания топлива со скоростью 3 км/с относительно ракеты?
Дано: m = 15 кг, v = 3 км/с = 3000 м/с, ∆t = 1 с. Найти F.
2. Из пороховой ракеты, летящей со скоростью 16 м/с, вылетают продукты сгорания массой 24 г со скоростью 600 м/с. Вычислите массу ракеты.
Дано: v₁ = 16 м / с, m₂ = 24 г = 0,024 кг, v₂ = 600 м/с. Найти m₁.
Запишем закон сохранения импульса для реактивного движения: m₁v₁ = m₂v₂, выразим массу ракеты: m₁ = m₂v₂ / v₁.
Делаем расчёт: m₁ = (0,024 кг·600 м/с) / 16 м / с = 0,9 кг. Ответ: m₁ = 0,9 кг.
Реактивное движение
Урок 20. Физика 9 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Реактивное движение»
Давайте рассмотрим несколько примеров, которые подтверждают справедливость закона сохранения импульса.
Давайте разбираться. Сила тяжести, действующая на платформу с орудием, компенсирована силой нормальной реакции рельсов. Трением качения можно пренебречь. Значит, результирующая внешних сил равна нулю. Поэтому к системе (платформа с орудием и снаряд) можно применить закон сохранения импульса.
Явление «отдачи» можно показать на простом опыте. Прикрепим к игрушечному автомобилю надутый воздушный шарик и проколем его иглой. Из отверстия в шарике начинает вырываться струя воздуха, и автомобиль приходит в движение. Мы знаем, что как правило для набора скорости тело отталкивается от окружающих тел: дорожного покрытия, водной или воздушной среды и тому подобного. В нашем же опыте автомобиль вместе с шариком «отталкивался» от воздуха, запасённого внутри системы.
Движение автомобиля с шариком является примером реактивного движения. Так называют движение, которое возникает, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью какая-то его часть.
Реактивное движение — это наиболее яркое проявление практического применения закона сохранения импульса. В живой природе оно наблюдается у осьминогов, кальмаров, каракатиц и медуз. Все они используют для плавания отдачу выбрасываемой струи воды.
Выдающуюся роль реактивные технологии приобрели во второй половине 20 века. Они находят широкое практическое применение в авиации и космонавтике. Типичным примером реактивного движения может служить движение ракет. Так как в космосе нет среды, от которой можно «отталкиваться», единственная возможность достичь космических скоростей и управлять движением космических аппаратов — это использование реактивных двигателей.
Чаще всего ракета имеет трубчатый корпус, закрытый с одного конца. В нём, как правило, располагается полезный груз (например, космический корабль). И приборный отсек. Большую часть ракеты занимают баки с топливом и окислителем. По трубопроводу топливо подаётся в камеру сгорания, где оно сгорает и превращается в газ высокой температуры и высокого давления. Через реактивное сопло, расположенное снизу ракеты, газ вырывается наружу и образует реактивную струю.
Систему «ракета-газ» можно считать замкнутой, так как сила притяжения к Земле намного меньше внутренних сил, возникающих при сгорании топлива. Значит к данной системе применим закон сохранения импульса. Когда ракета на стартовой площадке неподвижна, то её суммарный импульс равен нулю: неподвижно топливо и неподвижен корпус. Для простоты расчётов будем считать, что топливо сгорает мгновенно и горячие газы под большим давлением выбрасываются через сопло́ наружу. При этом корпус ракеты станет двигаться в сторону, противоположную движению газов.
Из полученной формулы видно, что скорость ракеты можно увеличить двумя путями: увеличив скорость вытекающих газов из сопла́ ракеты и увеличив массу сгораемого топлива. Но второй путь приведёт к уменьшению доли полезной массы — массы корпуса, а также перевозимого груза.
Отсюда понятна выгода использования многоступенчатых ракет. По мере выгорания топлива в ступенях их отделяют. Уменьшение массы ракеты облегчает её дальнейший разгон. При этом последняя ступень может использоваться как для увеличения скорости ракеты, так и для её торможения. Так при возвращении корабля на Землю ракету разворачивают на сто восемьдесят градусов, чтобы сопло́ оказалось впереди. Тогда вырывающийся газ сообщает ракете импульс, направленный против скорости её движения, что приводит к уменьшению скорости и даёт возможность осуществить посадку.
Ракеты известны давно. Впервые о них упоминается в китайских хрониках тысяча сто пятидесятого года, где описывались запуски фейерверков.
Естественно, что такое интересное явление, как движение ракет, изучалось многими учёными. Так, в 1650 году в Амстердаме вышла книга «Великое искусство артиллерии» генерал-лейтенанта польской армии Казимира Семеновича. В ней была глава, посвящённая описанию движения ракет и их конструкций. Эта книга практически одновременно была переведена на основные европейские языки того времени.
Большой вклад в теорию движения ракет внесли русские учёные. Так идея использования многоступенчатых ракет для запуска на орбиту искусственных спутников была предложена в начале двадцатого века русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. Им была получена формула, сейчас носящая его имя, позволяющая оценить запас топлива, который должен быть в ракете, чтобы она стала искусственным спутником Земли.
Идея Циолковского была осуществлена советскими учёными под руководством Сергея Павловича Королева. Мы уже говорили о том, что первый в истории искусственный спутник Земли был запущен с помощью ракеты в Советском Союзе 4 октября 1957 года. А первым человеком, который совершил космический полет, был гражданин СССР Юрий Алексеевич Гагарин. Двенадцатого апреля тысяча девятьсот шестьдесят первого года он облетел земной шар за 108 минут на корабле-спутнике «Восток».
Советские ракеты первыми достигли Луны, первыми облетели Луну и сфотографировали её невидимую с Земли сторону, и первыми достигли планеты Венера.
В 1969 году американский астронавт Нил Армстронг впервые в истории человечества ступил на поверхность другого небесного тела — Луны. Американские астронавты совершили несколько полётов на Луну с выходом на её поверхность и длительным (до трёх земных суток) сроком пребывании на ней.
Были созданы и запушены на околоземную орбиту станции-спутники, идея использования которых также принадлежит Циолковскому Константину Эдуардовичу.
Историческая справка
Различные механизмы на основе рассматриваемого физического явления начали возникать давно. Стоит выделить некоторые моменты:
Тогда казалось, что работы по развитию теории и практики движения замерли. Но в XIX веке случился настоящий прорыв, который связывают с общим развитием физики как науки в практическом и теоретическом плане.
Явление в новейшем времени
Лавры открывателя реактивного движения в природе и технике иногда присваивают талантливому изобретателю и революционеру Николаю Кибальчичу. Собственный проект двигателя и летательного аппарата, предшествующего появлению самолета, он смог основать, когда отбывал тюремное заключение. В итоге Кибальчич был казнен за революционные действия, а проект осел на полках царских охранных органов.
Работы Кибальчича, какие могли использоваться в указанном направлении, открыты и дополнены с помощью трудов великого ученого Константина Циолковского.
В период с 1903 по 1914 год он опубликовал значительную часть работ с доказательствами реальной возможности применения реактивного передвижения для постройки космических устройств по исследованию межзвездных пространств.
Также Циолковским сформулирован принцип создания ракет. В настоящее время ряд идей Циолковского применяется для решения задач в плане ракетостроения.
Природные примеры движения
Наглядно формулы реактивного движения на практике можно увидеть в природе. Наиболее ярко в этом плане выделяют некоторых морских обитателей:
В природе также встречаются обладатели естественных реактивных двигателей. Одним из таких является бешеный огурец. При созревании плодов даже при легком касании он стреляет клейковиной с семенами.
Закон и уравнение
Важно разобрать суть такого движения и дать ему грамотное определение, так как от этого зависит дальнейшее рассмотрение физических явлений в науке.
Есть достаточно простой способ, с помощью которого можно наглядно продемонстрировать это явление. Обычный шарик надувают воздухом и сразу выпускают. Действие будет развиваться стремительно до момента, когда полностью уйдет запас воздуха. Объяснение кроется в третьем законе Ньютона. Согласно ему, два тела взаимодействуют между собой с равными по значению и противоположными по направлению силами.
Сила, действующая на выходящие потоки воздуха, и сила отталкивания шарика равняются между собой. Аналогично действует ракета, выбрасывая на высокой скорости часть собственной массы. Притом наблюдается сильное ускорение в другом направлении.
С помощью физики можно объяснить реактивное движение законом о сохранении импульса (произведение массы тела и скорости). Ракета в покое имеет импульс и скорость в нулевых значениях. При выбросе реактивной струи оставшаяся часть по закону сохранения импульса приобретает ту скорость, когда суммарный импульс равняется нулю.
В целом такое движение возможно описывать следующим уравнением: m s v s +m р v р =0 m s v s =-m р v s, где m s v s — импульс воссоздаваемой струей газов, m р v р — импульс, создающийся ракетой.
Знак минус показывает, что направление движения ракеты и сила движения струи лежат в разных плоскостях.
Техническая область
Для новейшей техники указанное движение играет значительную роль, поскольку реактивные двигатели способны привести в движение различные конструкции, от самолетов до кораблей. Хотя непосредственно конструкция двигателя может значительно отличаться по сравнению с конкурентами, в каждом должен лежать один из элементов:
Циолковским было рекомендовано задействовать спирт, бензин или водород. Они горят в чистом кислороде или ином окислителе. Это приняли все, поскольку лучшего варианта на тот момент не было. Первая ракета весом в 16 килограммов испытана в 1929 году в Германии. Опытный образец улетел в воздух и скрылся из вида до того, как можно было бы отследить траекторию: поиски были безуспешны. Нужно было думать над доработкой модели.
Вторая попытка сопровождалась небольшой хитростью. К ракете привязали веревку длиной в 4 километра. Взвившись, ракета вытянула половину веревки и улетела в неизвестном направлении. Поиски также оказались безрезультатны. Первая успешная попытка запуска ракеты на жидком топливе осуществилась 17 августа 1933 года. После запуска ракета она пролетела положенные километры и успешно села. В действии подтвердились законы Ньютона. В дальнейшем успешное применение летательных объектов продолжилось.
Рассматриваемое движение успешно применяется в ракетостроении и физике в целом. Даже природа показывает, насколько обширно его применение.