Реферат: Реактивное движение в природе и технике. Реактивное движение в науке, в быту, в природе и в технике. Реактивное движение: примеры, фото

Эту вертушку можно назвать первой в мире паровой реактивной турбиной.

Китайская ракета

Еще раньше, за много лет до Герона Александрийского, в Китае тоже изобрели реактивный двигатель несколько иного устройства, называемый ныне фейерверочной ракетой . Фейерверочные ракеты не следует смешивать с их тезками — сигнальными ракетами, которые применяют в армии и флоте, а также пускают в дни всенародных праздников под грохот артиллерийского салюта. Сигнальные ракеты — это просто пули, спрессованные из вещества, горящего цветным пламенем. Ими выстреливают из крупнокалиберных пистолетов — ракетниц.

Сигнальные ракеты — пули, спрессованные из вещества, горящего цветным пламенем

Китайская ракета представляет собой картонную или металлическую трубку, закрытую с одного конца и наполненную пороховым составом. Когда эту смесь поджигают, струя газов, вырываясь с большой скоростью из открытого конца трубки, заставляет ракету лететь в сторону, противоположную направлению газовой струи. Взлетать такая ракета может без помощи пистолета-ракетницы. Палочка, привязанная к корпусу ракеты, делает ее полет более устойчивым и прямолинейным.

Фейерверк с использованием китайских ракет

Обитатели моря

В мире животных:

Здесь также встречается реактивное движение. Каракатицы, осьминоги и некоторые другие головоногие моллюски не имеют ни плавников, ни мощного хвоста, а плавают не хуже прочих обитателей моря . У этих мягкотелых существ в теле имеется довольно вместительный мешок или полость. В полость набирается вода, а затем животное с большой силой выталкивает эту воду наружу. Реакция выброшенной воды заставляет животное плыть в сторону, противоположную направлению струи.

Осьминог — обитатель моря, который использует реактивное движение

Падающая кошка

Но самый интересный способ движения продемонстрировала обыкновенная кошка .

Лет сто пятьдесят назад известный французский физик Марсель Депре заявил:

А знаете ли, законы Ньютона не совсем верны. Тело может двигаться с помощью внутренних сил, ни на что не опираясь и ни от чего не отталкиваясь.

Где доказательства, где примеры? — протестовали слушатели.

Хотите доказательств? Извольте. Кошка, нечаянно сорвавшаяся с крыши, — вот доказательство! Как бы кошка ни падала, хоть головой вниз, на землю она обязательно встанет всеми четырьмя лапками. Но ведь падающая кошка ни на что не опирается и ни от чего не отталкивается, а переворачивается быстро и ловко. (Сопротивлением воздуха можно пренебречь — оно слишком ничтожно.)

Действительно, это знают все: кошки, падая; ухитряются всегда становиться на ноги.

Кошки это делают инстинктивно, а человек может сделать то же самое сознательно. Пловцы, прыгающие с вышки в воду, умеют выполнять сложную фигуру — тройное сальто, то есть трижды перевернуться в воздухе, а потом вдруг выпрямиться, приостановить вращение своего тела и уже по прямой линии нырнуть в воду.

Такие же движения, — без взаимодействия с каким-либо посторонним предметом, случается наблюдать в цирке во время выступления акробатов — воздушных гимнастов.

Выступление акробатов — воздушных гимнастов

Падающую кошку сфотографировали киносъемочным аппаратом и потом на экране рассматривали кадр за кадром, что делает кошка, когда летит в воздухе. Оказалось, что кошка быстро вертит лапкой. Вращение лапки вызывает ответное движение- реакцию всего туловища, и оно поворачивается в сторону, противоположную движению лапки. Все происходит в строгом соответствии с законами Ньютона, и именно благодаря им кошка становится на ноги.

То же самое происходит во всех случаях, когда живое существо без всякой видимой причины изменяет свое движение в воздухе.

Водометный катер

У изобретателей появилась мысль, а почему бы не перенять у каракатиц их способ плавания. Они решили построить самоходное судно с водно-реактивным двигателем . Идея безусловно осуществимая. Правда, уверенности в удаче не было: изобретатели сомневались, получится ли такой водометный катер лучше обычного винтового. Надо было сделать опыт.

Водометный катер — самоходное судно с водно-реактивным двигателем

Выбрали старый буксирный пароход, починили его корпус, сняли гребные винты, а в машинном отделении поставили насос-водомет. Этот насос качал забортную воду и через трубу выталкивал ее за корму сильной струей. Пароход плыл, но двигался он все же медленнее винтового парохода. И это объясняется просто: обычный гребной винт вращается за кормой ничем не стесненный, вокруг него только вода; воду в водометном насосе приводил в движение почти точно такой же винт, но вращался он уже не на воде, а в тесной трубе. Возникало трение водяной струи о стенки. Трение ослабляло напор струи. Пароход с водометным движителем плыл медленнее винтового и топлива расходовал больше.

Однако от постройки таких пароходов не отказались: у них нашлись важные преимущества. Судно, снабженное гребным винтом, должно сидеть в воде глубоко, иначе винт будет без толку пенить воду или вертеться в воздухе. Поэтому винтовые пароходы боятся отмелей и перекатов, они не могут плавать по мелководью. А водометные пароходы можно строить мелкосидящими и плоскодонными: им глубина не нужна — где пройдет лодка, там пройдет и водометный пароход.

Первые водометные катера в Советском Союзе построены в 1953 году на Красноярской судостроительной верфи. Они предназначены для малых рек, где обычные пароходы не могут плавать.

Особенно прилежно инженеры, изобретатели и ученые занялись исследованием реактивного движения при появлении огнестрельного оружия . Первые ружья — всевозможные пистоли, мушкеты и самопалы — при каждом выстреле сильно ударяли человека в плечо. После нескольких десятков выстрелов плечо начинало так болеть, что солдат уже не мог целиться. Первые пушки — пищали, единороги, кулеврины и бомбарды — при выстреле отпрыгивали назад, так что, случалось, калечили пушкарей-артиллеристов, если они не успевали увернуться и отскочить в сторону.

Отдача орудия мешала меткой стрельбе, потому что пушка вздрагивала раньше, чем ядро или граната вылетали из ствола. Это сбивало наводку. Стрельба получалась неприцельной.

Стрельба с огнестрельного оружия

Инженеры-артиллеристы начали борьбу с отдачей более четырехсот пятидесяти лет назад. Сначала лафет снабдили сошником, который врезался в землю и служил прочным упором для пушки. Тогда думали, что если хорошенько подпереть пушку сзади, так чтобы ей некуда было откатываться, то отдача исчезнет. Но это была ошибка. Не был принят во внимание закон сохранения количества движения. Пушки ломали все подпорки, а лафеты так расшатывались, что орудие становилось непригодным для боевой работы. Тогда изобретатели поняли, что законы движения, как и всякие законы природы, нельзя переделать по-своему, их можно только «перехитрить» с помощью науки — механики.

У лафета они оставили сравнительно небольшой сошник для упора, а ствол пушки положили на «салазки» так, чтобы откатывался только один ствол, а не все орудие целиком. Ствол соединили с поршнем компрессора, который ходит в своем цилиндре точно так же, как поршень паровой машины. Но в цилиндре паровой машины — пар, а в орудийном компрессоре — масло и пружина (или сжатый воздух).

Когда ствол пушки откатывается назад, поршень сжимает пружину. Масло же в это время сквозь мелкие отверстия в поршне продавливается по другую сторону поршня. Возникает сильное трение, которое частично поглощает движение откатывающегося ствола, делает его более медленным и плавным. Потом сжатая пружина расправляется и возвращает поршень, а вместе с ним и ствол орудия на прежнее место. Масло нажимает на клапан, открывает его и свободно перетекает снова под поршень. Во время беглого огня ствол орудия почти непрерывно движется вперед и назад.

В орудийном компрессоре отдача поглощается трением.

Дульный тормоз

Когда мощность и дальнобойность пушек возросла, компрессора оказалось недостаточно, чтобы обезвредить отдачу. В помощь ему был изобретен

дульный тормоз .

Дульный тормоз — это всего лишь короткая стальная труба, укрепленная на срезе ствола и служащая как бы его продолжением. Диаметр ее больше диаметра канала ствола, и поэтому она нисколько не мешает снаряду вылетать из дула. В стенках трубки по окружности прорезано несколько продолговатых отверстий.

Дульный тормоз — уменьшает отдачу огнестрельного оружия

Пороховые газы, вылетающие из ствола орудия вслед за снарядом, сразу же расходятся в стороны, и часть их попадает в отверстия дульного тормоза. Эти газы с большой силой ударяются о стенки отверстий, отталкиваются от них и вылетают наружу, но уже не вперед, а немного вкось и назад. При этом они давят на стенки вперед и толкают их, а вместе с ними и весь ствол орудия. Они помогают лафетной пружине потому, что стремятся вызвать откат ствола вперед. А в то время, пока они находились в стволе, они толкали орудие назад. Дульный тормоз значительно уменьшает и ослабляет отдачу.

Другие изобретатели пошли иным путем. Вместо того чтобы бороться с реактивным движением ствола и стараться его погасить, они решили применить откат орудия с пользой для дела. Эти изобретатели создали много образцов автоматического оружия: винтовок, пистолетов, пулеметов и пушек, в которых отдача служит для того, чтобы выбрасывать использованную гильзу и перезаряжать оружие.

Реактивная артиллерия

Можно совсем не бороться с отдачей, а использовать ее: ведь действие и реакция (отдача) равносильны, равноправны, равновелики, так пусть же

реактивное действие пороховых газов , вместо того чтобы отталкивать назад ствол орудия, посылает снаряд вперед в цель. Так была создана реактивная артиллерия . В ней струя газов бьет не вперед, а назад, создавая в снаряде направленную вперед реакцию.

Для реактивного орудия оказывается ненужным дорогой и тяжелый ствол. Для направления полета снаряда прекрасно служит более дешевая, простая железная труба. Можно обойтись вовсе без трубы, а заставить снаряд скользить по двум металлическим рейкам.

По своему устройству реактивный снаряд подобен фейерверочной ракете, он только размерами побольше. В его головной части вместо состава для цветного бенгальского огня помещается разрывной заряд большой разрушительной силы. Середина снаряда наполняется порохом, который при горении создает мощную струю горячих газов, толкающих снаряд вперед. При этом сгорание пороха может длиться значительную часть времени полета, а не только тот короткий промежуток времени, пока обычный снаряд продвигается в стволе обычной пушки. Выстрел не сопровождается таким громким звуком.

Реактивная артиллерия не моложе обыкновенной артиллерии, а может быть, даже старше ее: о боевом применении ракет сообщают старинные китайские и арабские книги, написанные более тысячи лет назад.

В описаниях сражений более поздних времен нет-нет, да и промелькнет упоминание о боевых ракетах. Когда английские войска покоряли Индию, индийские воины-ракетчики своими огнехвостыми стрелами наводили ужас на захватчиков-англичан, порабощавших их родину. Для англичан в то время реактивное оружие было в диковинку.

Ракетными гранатами, изобретенными генералом К. И. Константиновым , мужественные защитники Севастополя в 1854-1855 годах отбивали атаки англо-французских войск.

Ракета

Огромное преимущество перед обыкновенной артиллерией — отпадала необходимость возить за собой тяжелые пушки — привлекло к реактивной артиллерии внимание военачальников. Но столь же крупный недостаток мешал ее усовершенствованию.

Дело в том, что метательный, или, как раньше говорили, форсовый, заряд умели делать только из черного пороха. А черный порох опасен в обращении. Случалось, что при изготовлении ракет метательный заряд взрывался, и гибли рабочие. Иногда ракета взрывалась при запуске, и гибли артиллеристы. Изготовлять и употреблять такое оружие было опасно. Поэтому оно и не получило широкого распространения.

Начатые успешно работы, однако, не привели к постройке межпланетного корабля. Немецкие фашисты подготовили и развязали кровопролитную мировую войну.

Реактивный снаряд

Недостаток при изготовлении ракет устранили советские конструкторы и изобретатели. В годы Великой Отечественной войны они дали нашей армии превосходное реактивное оружие. Были построены гвардейские минометы — «катюши» и изобретены РС («эрэс») — реактивные снаряды .

Реактивный снаряд

По своему качеству советская реактивная артиллерия превзошла все иностранные образцы и причиняла врагам громадный урон.

Защищая Родину, советский народ был вынужден поставить все достижения ракетной техники на службу обороны.

В фашистских государствах многие ученые и инженеры еще до войны усиленно разрабатывали проекты бесчеловечных орудий разрушения и массовых убийств. Это они считали целью науки.

Самоуправляющиеся самолеты

Во время войны гитлеровские инженеры построили несколько сот самоуправляющихся самолетов : снарядов «ФАУ-1» и реактивных снарядов «ФАУ-2». То были сигарообразные снаряды, имевшие в длину 14 метров и в диаметре 165 сантиметров. Весила смертоносная сигара 12 тонн; из них 9 тонн — топливо, 2 тонны — корпус и 1 тонна — взрывчатое вещество. «ФАУ-2» летели со скоростью до 5500 километров в час и могли подниматься в высоту на 170-180 километров.

Точностью попадания эти средства разрушения не отличались и были пригодны только для обстрела таких крупных мишеней, как большие и густонаселенные города. Немецкие фашисты выпускали «ФАУ-2» за 200-300 километров от Лондона в расчете, что город велик, — куда-нибудь да попадет!

Вряд ли Ньютон мог предполагать, что его остроумный опыт и открытые им законы движения лягут в основу оружия, созданного звериной злобой к людям, и целые кварталы Лондона обратятся в развалины и станут могилами людей, захваченных налетом слепых «ФАУ».

Космический корабль

Уже много веков люди лелеяли мечту о полетах в межпланетном пространстве, о посещении Луны, загадочного Марса и облачной Венеры. На эту тему было написано множество научно-фантастических романов, повестей и рассказов. Писатели отправляли своих героев в заоблачные дали на дрессированных лебедях, на воздушных шарах, в пушечных снарядах или еще каким-нибудь невероятным образом. Однако все эти способы полета основывались на выдумках, не имевших опоры в науке. Люди только верили, что они когда-нибудь сумеют покинуть нашу планету, но не знали, как это им удастся осуществить.

Замечательный ученый Константин Эдуардович Циолковский в 1903 году впервые дал научную основу идее космических путешествий . Он доказал, что люди могут покинуть земной шар и транспортным средством для этого послужит ракета, потому что ракета — единственный двигатель, который не нуждается для своего движения в какой-либо внешней опоре. Поэтому ракета способна летать в безвоздушном пространстве.

Ученый Константин Эдуардович Циолковский — доказал, что люди могут покинуть земной шар на ракете

По своему устройству космический корабль должен быть подобен реактивному снаряду, только в его головной части поместится кабина для пассажиров и приборов, а все остальное пространство будет занято запасом горючей смеси и двигателем.

Чтобы придать кораблю нужную скорость, требуется подходящее топливо. Порох и другие взрывчатые вещества ни в коем случае не пригодны: они и опасны и слишком быстро сгорают, не обеспечивая длительного движения. К. Э. Циолковский рекомендовал применять жидкое топливо: спирт, бензин или сжиженный водород, горящие в струе чистого кислорода или какого-либо другого окислителя. Правильность этого совета признали все, потому что лучшего топлива тогда не знали.

Первая ракета с жидким горючим, весившая шестнадцать килограммов, была испытана в Германии 10 апреля 1929 года. Опытная ракета взлетела в воздух и скрылась из вида раньше, чем изобретатель и все присутствующие сумели проследить, куда она полетела. Найти ракету после опыта не удалось. На следующий раз изобретатель решил «перехитрить» ракету и привязал к ней веревку длиной четыре километра. Ракета взвилась, волоча за собой веревочный хвост. Она вытянула два километра веревки, оборвала ее и последовала за своей предшественницей в неизвестном направлении. И эту беглянку также не удалось найти.

В мире существуют различные типы движения как способа перемещения тел из одной точки пространства в другую. в природе и технике, возникающее при отделении от тела его части с какой-либо скоростью, безусловно, менее распространено, но все же занимает свое законное место. А в технике реактивное движение ученые прямо-таки «подсмотрели» у живой природы. И использовали довольно успешно в своих изобретениях. Об этом и о многом другом, не менее интересном, расскажет наш материал.

Реактивность у животных

К примеру, купаясь в морской волне, многие люди часто сталкивались «лицом к лицу» с представителями водной фауны — медузами. Но мало кто думал о том, что эти животные используют для передвижения реактивный тип. Также и морской планктон, и личинки некоторых видов насекомых передвигаются, используя реактивность. И, кстати, в технике реактивное движение, вернее его КПД, иногда гораздо ниже, чем у этих творений природы.

Многие моллюски также его применяют. А движутся, например, за счет реактивности струи воды, выпускаемой из раковины животного при сжатии створок. У кальмара так и вовсе присутствует умело разработанный природой. За счет этого происходит резкое перемещение его в водной среде, а иногда этот морской обитатель даже взлетает в воздух!

Реактивное движение в технике. Примеры

Большое применение такой способ находит и в современную эпоху. Следует отметить, что в технике реактивное движение во многом копирует природную реактивность. Еще в древности в Китае (первое тысячелетие нашей эры) были изобретены бамбуковые трубы, начиняемые порохом, которые использовались, в основном, для забав. В их основе лежал реактивный принцип. А Ньютон в свое время придумал не только одноименный но и прообраз автомобиля, который был оснащен реактивным двигателем.

Для полетов человека

Люди осознали, что в технике реактивное движение может быть использовано для полетов. Первым автором подобного проекта считается народоволец Кибальчич, который буквально за несколько дней до своей смерти (ему был вынесен смертный приговор как участнику покушения на царя) разработал и записал научные данные. Циолковский развил идеи Кибальчича, разработал важное для космонавтики математическое уравнение, позволяющее использовать принцип реактивности. Именно он описал в своих трудах принципы работы реактивных агрегатов на жидком виде топлива.

Реактивный двигатель

В своей конструкции он преобразует топливную химическую энергию в кинетическую — уже газовой струи. При этом приобретается скорость обратного направления. Идеи Циолковского были развиты Королевым, и запуск первого спутника, использующего был осуществлен в 1957 в СССР. А первым человеком, преодолевшим земное притяжение при помощи реактивного движения, стал советский летчик Гагарин в 1961-м. Он облетел планету на космическом корабле «Восток».

Устройство ракеты

Если говорить упрощенно, современный ракетоноситель состоит из оболочки и топлива (плюс окислитель). Оболочка содержит полезный груз — космическую капсулу, которая выводится на орбиту Земли. Здесь же находятся приборы для управления и двигатель. Всю остальную полезную площадь ракеты занимает топливо и окислитель, предназначенный для поддержки процесса горения (ведь в космосе кислород отсутствует).

В камере сгорания топливо преобразуется в газ под высоким давлением и очень высоких температурах. Благодаря разности давлений за бортом космического корабля и в камерах сгорания газ устремляется наружу, за счет чего и происходит движение ракеты.

Большое значение закон сохранения импульса имеет при рассмотрении реактивного движения.
Под реактивным движением понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно него, например при истечении продуктов сгорания из сопла реактивного летательного аппарата. При этом появляется так называемая реактивная сила , толкающая тело.
Особенность реактивной силы заключается в том, что она возникает в результате взаимодействия между собой частей самой системы без какого-либо взаимодействия с внешними телами.
В то время, как сила, сообщающая ускорение, например, пешеходу, кораблю или самолету, возникает только за счет взаимодействия этих тел с землей, водой или воздухом.

Так движение тела можно получить в результате вытекания струи жидкости или газа.

В природе реактивное движение присуще в основном живым организмам, обитающим в водной среде.

В технике реактивное движение используется на речном транспорте (водометные двигатели), в автомобилестроении (гоночные автомобили), в военном деле, в авиации и космонавтике.
Все современные скоростные самолеты оснащены реактивными двигателями, т.к. они способны обеспечить необходимую скорость полета.
В космическом пространстве использовать другие двигатели, кроме реактивных, невозможно, так как там нет опоры, отталкиваясь от которой можно было бы бы получать ускорение.

История развития реактивной техники

Создателем русской боевой ракеты был ученый-артиллерист К.И. Константинов. При весе в 80 кг далььность полета ракеты Константинова достигала 4 км.

Идея применения реактивного движения в летательном аппарате, проект реактивного воздухоплавательного прибора, в 1881 году была выдвинута Н.И. Кибальчичем.

В 1903 году знаменитый ученый-физик К.Э. Циолковский доказал возможность полета в межпланетном пространстве и разработал проект первого ракетоплана с жидкостно-реактивным двигателем.

К.Э. Циолковский спроектировал космический ракетный поезд, составленный из ряда ракет, работающих поочередно и отпадающих по мере израсходования горючего.

Принципы применения реактивных двигателей

Основой любого реактивного двигателя является камера сгорания, в которой при сгорании топлива образуются газы, имеющие очень высокую температуру и оказывающие давление на стенки камеры. Газы вырываются из узкого сопла ракеты с большой скоростью и создают реактивную тягу. В соответствии с законом сохранения импульса, ракета приобретает скорость в противоположном направлении.

Импульс системы (ракета-продукты сгорания) остается равным нулю. Так как масса ракеты уменьшается, то даже при постоянной скорости истечения газов ее скорость будет увеличиваться, постепенно достигая максимального значения.
Движение ракеты — это пример движения тела с переменной массой. Для расчета ее скорости используют закон сохранения импульса.

Реактивные двигатели делятся на ракетные двигатели и воздушно-реактивные двигатели.

Ракетные двигатели бывают на твердом или на жидком топливе.
В ракетных двигателях на твердом топливе топливо, содержащее и горючее, и окислитель, помешают внутрь камеры сгорания двигателя.
В жидкостно-реактивных двигателях , предназначенных для запуска космических кораблей, горючее и окислитель хранятся отдельно в специальных баках и с помощью насосов подаются в камеру сгорания. В качестве горючего в них можно использовать керосин, бензин, спирт, жидкий водород и др., а в качестве окислителя, необходимого для горения, — жидкий кислород, азотную кислоту, и др.

Современные трехступенчатые космические ракеты запускаются вертикально, а после прохода плотных слоев атмосферы переводятся на полет в заданном направлении. Каждая ступень ракеты имеет свой бак с горючим и бак с окислителем, а также свой реактивный двигатель. По мере сгорания топлива отработанные ступени ракеты отбрасываются.

Воздушно-реактивные двигатели в настоящее время применяют главным образом в самолетах. Основное их отличие от ракетных двигателей состоит в том, что окислителем для горения топлива служит кислород воздуха, поступающего внутрь двигателя из атмосферы.
К воздушно-реактивным двигателям относятся турбокомпрессорные двигатели как с осевым, так и с центробежным компрессором.
Воздух в таких двигателях всасывается и сжимается компрессором, приводимым в движение газовой турбиной. Газы, выходящие из камеры сгорания, создают реактивную силу тяги и вращают ротор турбины.

При очень болььших скоростях полета сжатие газов в камере сгорания можно осуществить за счет встречного набегающего воздушного потока. Необходимость в компрессоре отпадает.

Законы Ньютона позволяют объяснить очень важное механическое явление — реактивное движение . Так называют движение тела, возникающее при отделении от него с какой-либо скоростью некоторой его части.

Возьмем, например, детский резиновый шарик, надуем его и отпустим. Мы увидим, что, когда воздух начнет выходить из него в одну сторону, сам шарик полетит в другую. Это и есть реактивное движение.

По принципу реактивного движения передвигаются некоторые представители животного мира, например кальмары и осьминоги. Периодически выбрасывая вбираемую в себя воду, они способны развивать скорость до 60-70 км/ч. Аналогичным образом перемещаются медузы, каракатицы и некоторые другие животные.

Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений. Например, созревшие плоды «бешеного» огурца при самом легком прикосновении отскакивают от плодоножки и из отверстия, образовавшегося на месте отделившейся ножки, с силой выбрасывается горькая жидкость с семенами; сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении.

Реактивное движение, возникающее при выбросе воды, можно наблюдать на следующем опыте. Нальем воду в стеклянную воронку, соединенную с резиновой трубкой, имеющей Г-образный наконечник (рис. 20). Мы увидим, что, когда вода начнет выливаться из трубки, сама трубка придет в движение и отклонится в сторону, противоположную направлению вытекания воды.

На принципе реактивного движения основаны полеты ракет . Современная космическая ракета представляет собой очень сложный летательный аппарат, состоящий из сотен тысяч и миллионов деталей. Масса ракеты огромна. Она складывается из массы рабочего тела (т. е. раскаленных газов, образующихся в результате сгорания топлива и выбрасываемых в виде реактивной струи) и конечной или, как говорят, «сухой» массы ракеты, остающейся после выброса из ракеты рабочего тела.

«Сухая» масса ракеты, в свою очередь, состоит из массы конструкции (т. е. оболочки ракеты, ее двигателей и системы управления) и массы полезной нагрузки (т.е. научной аппаратуры, корпуса выводимого на орбиту космического аппарата, экипажа и системы жизнеобеспечения корабля).

По мере истечения рабочего тела освободившиеся баки, лишние части оболочки и т. д. начинают обременять ракету ненужным грузом, затрудняя ее разгон. Поэтому для достижения космических скоростей применяют составные (или многоступенчатые) ракеты (рис. 21). Сначала в таких ракетах работают лишь блоки первой ступени 1. Когда запасы топлива в них кончаются, они отделяются и включается вторая ступень 2; после исчерпания в ней топлива она также отделяется и включается третья ступень 3. Находящийся в головной части ракеты спутник или какой-либо другой космический аппарат укрыт головным обтекателем 4, обтекаемая форма которого способствует уменьшению сопротивления воздуха при полете ракеты в атмосфере Земли.

Когда реактивная газовая струя с большой скоростью выбрасывается из ракеты, сама ракета устремляется в противоположную сторону. Почему это происходит?

Согласно третьему закону Ньютона, сила F, с которой ракета действует на рабочее тело, равна по величине и противоположна по направлению силе F», с которой рабочее тело действует на корпус ракеты:

Сила F» (которую называют реактивной силой) и разгоняет ракету.

Из равенства (10.1) следует, что сообщаемый телу импульс равен произведению силы на время ее действия. Поэтому одинаковые силы, действующие в течение одного и того же времени, сообщают телам равные импульсы. В данном случае импульс m р v р, приобретаемый ракетой, должен пульсу m газ v газ выброшенных газов:

m р v р = m газ v газ

Отсюда следует, что скорость ракеты

Проанализируем полученное выражение. Мы видим, что скорость ракеты тем больше, чем больше скорость выбрасываемых газов и чем больше отношение массы рабочего тела (т. е. массы топлива) к конечной («сухой») массе ракеты.

Формула (12.2) является приближенной. В ней не учитывается, что по мере сгорания топлива масса летящей ракеты становится все меньше и меньше. Точная формула для скорости ракеты впервые была получена в 1897 г. К. Э. Циолковским и потому носит его имя.

Формула Циолковского позволяет рассчитать запасы топлива, необходимые для сообщения ракете заданной скорости. В таблице 3 приведены отношения начальной массы ракеты m0 к ее конечной массе m, соответствующие разным скоростям ракеты при скорости газовой струи (относительно ракеты) v = 4 км/с.

Например, для сообщения ракете скорости, превышающей скорость истечения газов в 4 раза (v р =16 км/с), необходимо, чтобы начальная масса ракеты (вместе с топливом) превосходила конечную («сухую») массу ракеты в 55 раз (m 0 /m = 55). Это означает, что львиную долю от всей массы ракеты на старте должна составлять именно масса топлива. Полезная же нагрузка по сравнению с ней должна иметь очень малую массу.

Важный вклад в развитие теории реактивного движения внес современник К. Э. Циолковского русский ученый И. В. Мещерский (1859-1935). Его именем названо уравнение движения тела с переменной массой.

1. Что такое реактивное движение? Приведите примеры. 2. В опыте, изображенном на рисунке 22, при вытекании воды через изогнутые трубки ведерко вращается в направлении, указанном стрелкой. Объясните явление. 3. От чего зависит скорость, приобретаемая ракетой после сгорания топлива?

Сегодня реактивное движение у большинства людей в первую очередь, конечно же, ассоциируется с новейшими научными и техническими разработками. Из учебников по физике нам известно, что под «реактивным» подразумевают движение, которое возникает в результате отделения от предмета (тела) любой его части. Человек хотел подняться в небо к звёздам, стремился летать, но осуществить свою мечту смог только с появлением реактивных самолетов и ступенчатых космических кораблей, способных перемещаться на огромные расстояния, разгоняясь до сверхзвуковых скоростей, благодаря установленным на них современным реактивным двигателям. Конструктора и инженеры разрабатывали возможность использования реактивного движения в двигателях. Фантасты тоже не оставались в стороне, предлагая самые невероятные идеи и способы достижения этой цели. Удивительно, но этот принцип перемещения широко распространен в живой природе. Достаточно осмотреться вокруг, можно заметить обитателей морей и суши, среди которых есть и растения, в основе движения которых лежит реактивный принцип.

История

Еще в античные времена ученые с интересом изучали и анализировали явления, связанные с реактивным движением в природе. Одним из первых, кто теоретически обосновал и описал его суть, был Герон, механик и теоретик Древней Греции, который изобрел первый паровой двигатель, названый в честь него. Китайцы смогли найти реактивному методу практическое применение. Они первыми, взяв за основу способ передвижения каракатиц и осьминогов, еще в XIII веке изобрели ракеты. Они применялись в фейерверках, производя большое впечатление, а также, как сигнальные ракеты, возможно были и боевые ракеты, которые использовались как реактивная артилерия. Со временем эта технология пришла и в Европу.

Первооткрывателем нового времени стал Н. Кибальчич, придумав схему прототипа летательного аппарата с реактивным двигателем. Он был выдающимся изобретателем и убежденным революционером, за что сидел в тюрьме. Именно находясь в заключении, он вошел в историю, создав свой проект. После его казни за активную революционную деятельность и выступления против монархии, его изобретение было забыто на архивных полках. Спустя некоторое время К.Циолковский смог усовершенствовать идеи Кибальчича, доказывая возможность исследовать космическое пространство посредством реактивного перемещения космических кораблей.

Позже, в ходе Великой Отечественной войны, появились знаменитые Катюши, системы полевой реактивной артиллерии. Так ласковым именем народ неофициально именовал мощные установки, которые применяли силы СССР. Достоверно неизвестно, в связи с чем, оружие получило это название. Причиной этому стала то ли популярность песни Блантера, то ли буква «К» на корпусе миномёта. Со временем фронтовики стали давать прозвища и другому оружию, создав, таким образом, новую традицию. Немцы же эту боевую ракетную установку называли «сталинским органом» за внешний вид, который напоминал музыкальный инструмент и пронзительный звук, который исходил от стартующих ракет.

Растительный мир

Представителями фауны также используются законы реактивного движения. Большую часть растений, обладающих такими свойствами составляют однолетники и малолетники: колючеплодник, чесночница черешчатая, сердечник недотрога, пикульник двунадрезный, мёрингия трёхжилковая.

Колючеплодник, иначе бешеный огурец, относят к семейству тыквенных. Это растение достигает больших размеров, имеет толстый корень с шершавым стеблем и крупными листьями. Произрастает на территории Средней Азии, Средиземноморья, на Кавказе, довольно распространен на юге России и Украины. Внутри плода в период созревания семян преобразуется в слизь, которая под действием температур начинает бродить и выделять газ. Ближе к созреванию давление внутри плода может достигнуть 8 атмосфер. Тогда при легком прикосновении плод отрывается от основания и семена с жидкостью со скоростью 10 м/с вылетают из плода. Благодаря способности стрелять на 12 м. в длину, растение назвали «дамский пистолет».

Сердечник недотрога — однолетний широко распространённый вид. Встречается, как правило, в тенистых лесах, по берегам вдоль рек. Попав в северо-восточную часть Северной Америки и в Южную Африку, благополучно прижился. Сердечник-недотрога размножается семенами. Семена у сердечника-недотроги мелкие, массой не более 5 мг, которые отбрасываются на расстояние в 90 см. Благодаря такому способу распространения семян, растение и получило свое название.

Животный мир

Реактивное движение — интересные факты, касающиеся животного мира. У головоногих моллюсков реактивное перемещение происходит посредством воды, выдыхаемой через сифон, который обычно сужается к небольшому отверстию для получения максимальной скорости выдоха. Вода через жабры проходит до выдоха, выполняя двойную цель дыхания и перемещения. Морские зайцы, иначе брюхоногие моллюски, используют аналогичные средства движения, но без сложного неврологического аппарата головоногих, они перемещаются более неуклюже.

Некоторые рыбы-рыцари также развили реактивное перемещение, пропуская воду через жабры, чтобы дополнить плавниковое движение.

У личинок стрекоз реактивная сила достигается путем вытеснения воды из специализированной полости в организме. Морские гребешки и кардиды, сифонофоры, туники (такие, как сальпы) и некоторые медузы, также используют реактивную тягу.

Большую часть времени морские гребешки спокойно лежат на дне, но в случае появления опасности, быстро смыкают створки своей раковины, так они выталкивают воду. Этот механизм поведения тоже говорит об использовании принципа реактивного перемещения. Благодаря ему, гребешки могут всплывать и перемещаться на большое расстояние, применяя технику открытия-закрытия раковины.

Кальмар также применяет этот метод, вбирает в себя воду, а затем с огромной силой проталкивая через воронку движется скоростью не менее 70 км./ч. Собирая щупальцы в один узел, тело кальмара образует обтекаемую форму. Взяв за основу такой двигатель кальмара, инженерами был сконструирован водомет. Вода в нем засасывается в камеру, а после выбрасывается через сопло. Таким образом, судно направляется в обратную сторону от выбрасываемой струи.

Если сравнить с кальмарами, наиболее эффективными двигателями пользуются сальпы, тратя на порядок меньше энергии, чем кальмары. Двигаясь сальпа запускает воду в отверстие спереди, а затем поступает в широкую полость, где натянуты жабры. После глотка отверстие закрывается, а с помощью сокращающихся продольных и поперечных мускул, которые сжимают тело, происходит выброс воды через отверстие сзади.

Самым необычным из всех механизмов передвижения может похвастаться обыкновенная кошка. Марсель Депре высказал предположение, что тело способно двигаться и изменять свое положение даже с помощью одних только внутренних сил (ни от чего не отталкиваясь и ни на что не опираясь), из чего можно было сделать вывод, что законы Ньютона могут быть ошибочны. Доказательством его предположению могла послужить кошка, которая сорвалась с высоты. Во время падения вниз головой, она все равно приземлится на все лапы, это стало уже своего рода аксиомой. Детально сфотографировав перемещение кошки, смогли по кадрам рассмотреть, все, что она проделывала в воздухе. Увидели ее движение лапой, которое вызвало ответную реакцию туловища, поворачиваясь в другую сторону относительно движения лапки. Действуя по законам Ньютона, кошка удачно приземлилась.

У животных все происходит на уровне инстинкта, человек в свою очередь делает сознательно. Профессиональные пловцы, прыгнув с вышки успевают трижды обернуться в воздухе, и сумев приостановить вращение, выпрямляются строго вертикально и ныряют в воду. Этот же принцип действует в отношении воздушных цирковых гимнастов.

Сколько бы человек не пытался превзойти природу, совершенствуя созданные ею изобретения, все равно мы пока не достигли того технологического совершенства, когда бы самолеты могли повторить действия стрекозы: зависать в воздухе, мгновенно подаваться назад или двигаться в сторону. Причем все это происходит на большой скорости. Возможно, пройдет еще немного времени и самолеты, благодаря поправкам на особенности аэродинамики и реактивные возможности стрекоз, смогут совершать крутые развороты и станут менее восприимчивы к внешним условиям. Подсмотрев у природы, человек еще многое может усовершенствовать на благо технического прогресса.

Физика. Реактивное движение в природе и в технике

Реактивное движение в природе и в технике — весьма распространенное явление. В природе оно возникает, когда одна часть тела отделяется с определенной скоростью от некоторой другой части. При этом реактивная сила появляется без взаимодействия данного организма с внешними телами.

Для того чтобы понять, о чем идет речь, лучше всего обратиться к примерам. в природе и технике многочисленны. Сначала мы поговорим о том, как его используют животные, а затем о том, как оно применяется в технике.

Медузы, личинки стрекоз, планктон и моллюски

Многие, купаясь в море, встречали медуз. В Черном море их, во всяком случае, хватает. Однако не все задумывались, что передвигаются медузы как раз с помощью реактивного движения. К этому же способу прибегают и личинки стрекоз, а также некоторые представители морского планктона. КПД беспозвоночных морских животных, которые используют его, зачастую намного выше, чем у технических изобретений.

Многие моллюски передвигаются интересующим нас способом. В качестве примера можно привести каракатиц, кальмаров, осьминогов. В частности, морской моллюск-гребешок способен двигаться вперед, используя реактивную струю воды, которая выбрасывается из раковины, когда ее створки резко сжимаются.

И это лишь несколько примеров из жизни животного мира, которые можно привести, раскрывая тему: «Реактивное движение в быту, природе и технике».

Как передвигается каракатица

Весьма интересна в этом отношении и каракатица. Подобно множеству головоногих моллюсков, она передвигается в воде, используя следующий механизм. Через особую воронку, находящуюся впереди тела, а также через боковую щель каракатица забирает воду в свою жаберную полость. Затем она ее энергично выбрасывает через воронку. Трубку воронки каракатица направляет назад или вбок. Движение при этом может осуществляться в разные стороны.

Способ, который использует сальпа

Любопытен и способ, который использует сальпа. Так называется морское животное, имеющее прозрачное тело. Сальпа при движении втягивает воду, используя для этого переднее отверстие. Вода оказывается в широкой полости, а внутри нее по диагонали расположены жабры. Отверстие закрывается тогда, когда сальпа делает большой глоток воды. Ее поперечные и продольные мускулы сокращаются, сжимается все тело животного. Сквозь заднее отверстие вода выталкивается наружу. Животное двигается вперед благодаря реакции вытекающей струи.

Кальмары — «живые торпеды»

Самый большой интерес представляет, пожалуй, реактивный двигатель, который есть у кальмара. Это животное считается наиболее крупным представителем беспозвоночных, обитающим на больших океанских глубинах. В реактивной навигации кальмары достигли настоящего совершенства. Даже тело этих животных напоминает ракету своими внешними формами. Вернее сказать, это ракета копирует кальмара, так как именно ему принадлежит бесспорное первенство в этом деле. Если нужно передвигаться медленно, животное использует для этого большой ромбовидный плавник, который время от времени изгибается. Если же необходим быстрый бросок, на помощь приходит реактивный двигатель.

Со всех сторон тело моллюска окружает мантия — мышечная ткань. Практически половина всего объема тела животного приходится на объем ее полости. Кальмар использует мантийную полость для движения, засасывая воду внутрь нее. Затем он резко выбрасывает набранную струю воды сквозь узкое сопло. В результате этого он двигается толчками назад с большой скоростью. При этом кальмар складывает все свои 10 щупалец в узел над головой для того, чтобы приобрести обтекаемую форму. В составе сопла есть особый клапан, и мышцы животного могут поворачивать его. Тем самым направление движения меняется.

Впечатляющая скорость движения кальмара

Нужно сказать, что двигатель кальмара весьма экономичен. Скорость, которую он способен развивать, может достигать 60-70 км/ч. Некоторые исследователи даже полагают, что она может доходить до 150 км/ч. Как вы видите, кальмар не зря зовется «живой торпедой». Он может поворачивать в нужную сторону, изгибая вниз, вверх, влево или вправо щупальца, сложенные пучком.

Как кальмар управляет движением

Так как по сравнению с размерами самого животного руль очень велик, для того чтобы кальмар мог легко избежать столкновения с препятствием, даже двигаясь с максимальной скоростью, достаточно лишь незначительного движения руля. Если его резко повернуть, животное тут же помчится в обратную сторону. Кальмар изгибает назад конец воронки и в результате этого может скользить уже головой вперед. Если он выгнет ее вправо, он будет отброшен влево реактивным толчком. Однако когда плыть необходимо быстро, воронка всегда находится прямо между щупальцами. Животное в этом случае мчится хвостом вперед, подобно бегу рака-скорохода, если бы он обладал резвостью скакуна.

В случае когда спешить не требуется, каракатицы и кальмары плавают, ундулируя при этом плавниками. Спереди назад пробегают по ним миниатюрные волны. Кальмары и каракатицы грациозно скользят. Они лишь время от времени подталкивают себя струей воды, которая выбрасывается из-под их мантии. Отдельные толчки, которые моллюск получает при извержении струй воды, в такие моменты хорошо заметны.

Летающий кальмар

Некоторые головоногие способны ускоряться до 55 км/ч. Кажется, никто не осуществлял прямых измерений, однако такую цифру мы можем назвать, основываясь на дальности и скорости полета летающих кальмаров. Оказывается, существуют и такие. Кальмар стенотевтис является лучшим пилотом из всех моллюсков. Английские моряки именуют его летающим кальмаром (флайинг-сквид). Это животное, фото которого представлено выше, имеет небольшие размеры, примерно с селедку. Он так стремительно преследует рыб, что часто выскакивает из воды, проносясь стрелой над ее поверхностью. Такую уловку он использует и в случае, когда ему угрожает опасность от хищников — макрелей и тунцов. Развив максимальную реактивную тягу в воде, кальмар стартует в воздух, а затем пролетает более 50 метров над волнами. При его полета находится так высоко, что часто летающие кальмары попадают на палубы судов. Высота 4-5 метров для них — отнюдь не рекорд. Иногда летающие кальмары взлетают даже выше.

Доктор Рис, исследователь моллюсков из Великобритании, в своей научной статье описал представителя этих животных, длина тела которого составляла всего 16 см. Однако при этом он смог пролететь изрядное расстояние по воздуху, после чего приземлился на мостик яхты. А высота этого мостика составляла практически 7 метров!

Бывают случаи, когда на корабль обрушивается сразу множество летающих кальмаров. Требиус Нигер, античный писатель, однажды рассказал печальную историю о судне, которое как будто бы не смогло выдержать тяжесть этих морских животных и затонуло. Интересно, что кальмары способны взлетать даже без разгона.

Летающие осьминоги

Способностью летать обладают также осьминоги. Жан Верани, французский натуралист, наблюдал, как один из них разогнался в своем аквариуме, а затем внезапно выскочил из воды. Животное описало в воздухе дугу примерно в 5 метров, а затем плюхнулось в аквариум. Осьминог, набирая необходимую для прыжка скорость, двигался не только благодаря реактивной тяге. Он также греб своими щупальцами. Осьминоги мешковаты, поэтому они плавают хуже кальмаров, однако в критические минуты и эти животные способны дать фору лучшим спринтерам. Работники Калифорнийского аквариума хотели сделать фото осьминога, который атакует краба. Однако спрут, бросаясь на свою добычу, развивал такую скорость, что фотографии даже при использовании специального режима оказывались смазанными. Это означает, что бросок длился считанные доли секунды!

Однако осьминоги обычно плавают довольно медленно. Ученый Джозеф Сайнл, который исследовал миграции спрутов, выяснил, что осьминог, размер которого составляет 0,5 м, плывет со средней скоростью примерно 15 км/ч. Каждая струя воды, которую он выбрасывает из воронки, продвигает его вперед (точнее сказать, назад, поскольку он плывет задом наперед) где-то на 2-2,5 м.

«Бешеный огурец»

Реактивное движение в природе и в технике можно рассматривать и используя для его иллюстрации примеры из мира растений. Один из самых известных — созревшие плоды так называемого Они отскакивают от плодоножки при малейшем прикосновении. Затем из образовавшегося в результате этого отверстия с большой силой выбрасывается специальная клейкая жидкость, в которой находятся семена. Сам огурец отлетает в противоположную сторону на расстояние до 12 м.

Закон сохранения импульса

Обязательно следует рассказать и о нем, рассматривая реактивное движение в природе и в технике. Знание позволяет нам изменять, в частности, нашу собственную скорость перемещения, если мы находимся в открытом пространстве. К примеру, вы сидите в лодке и у вас с собой есть несколько камней. Если вы будете бросать их в определенную сторону, движение лодки будет осуществляться в противоположном направлении. В космическом пространстве также действует этот закон. Однако там с этой целью применяют

Какие еще можно отметить примеры реактивного движения в природе и технике? Очень хорошо закон сохранения импульса иллюстрируется на примере ружья.

Как известно, выстрел из него всегда сопровождается отдачей. Допустим, вес пули был бы равен весу ружья. В этом случае они бы разлетелись в стороны с одной и той же скоростью. Отдача бывает потому, что создается реактивная сила, так как имеется отбрасываемая масса. Благодаря этой силе обеспечивается движение как в безвоздушном пространстве, так и в воздухе. Чем больше скорость и масса истекающих газов, тем сила отдачи, которую ощущает наше плечо, больше. Соответственно, реактивная сила тем выше, чем сильнее реакция ружья.

Мечты о полетах в космос

Реактивное движение в природе и в технике вот уже долгие годы является источником новых идей для ученых. Много столетий человечество грезило о полетах в космос. Применение реактивного движения в природе и технике, нужно полагать, отнюдь не исчерпало себя.

А началось все с мечты. Писатели-фантасты несколько веков назад предлагали нам различные средства, как достигнуть этой желанной цели. В 17 веке Сирано де Бержерак, французский писатель, создал рассказ о полете на Луну. Его герой добрался до спутника Земли, используя железную повозку. Над этой конструкцией он постоянно подбрасывал сильный магнит. Повозка, притягиваясь к нему, поднималась над Землей все выше и выше. В конце концов, она достигла Луны. Другой известный персонаж, барон Мюнхгаузен, залез на Луну по стеблю боба.

Конечно, в это время еще было мало известно о том, как применение реактивного движения в природе и технике способно облегчить жизнь. Но полет фантазии, безусловно, открывал новые горизонты.

На пути к выдающемуся открытию

В Китае в конце 1 тысячелетия н. э. изобрели реактивное движение, приводящее в действие ракеты. Последние были просто бамбуковыми трубками, которые были начинены порохом. Эти ракеты запускались ради забавы. Реактивный двигатель использовался в одном из первых проектов автомобилей. Эта идея принадлежала Ньютону.

О том, как реактивное движение в природе и в технике возникает, задумывался и Н.И. Кибальчич. Это русский революционер, автор первого проекта реактивного летательного аппарата, который предназначен для полета на нем человека. Революционер, к сожалению, был казнен 3 апреля 1881 года. Кибальчича обвинили в том, что он участвовал в покушении на Александра II. Уже в тюрьме, в ожидании исполнения смертного приговора, он продолжал изучать такое интересное явление, как реактивное движение в природе и в технике, возникающее при отделении части объекта. В результате этих изысканий он разработал свой проект. Кибальчич писал, что эта идея поддерживает его в его положении. Он готов спокойно встретить свою смерть, зная, что столь важное открытие не погибнет вместе с ним.

Реализация идеи полета в космос

Проявление реактивного движения в природе и технике продолжил изучать К. Э. Циолковский (фото его представлено выше). Еще в начале 20 века этот великий русский ученый предложил идею использования ракет в целях космических полетов. Его статья, посвященная этому вопросу, появилась в 1903 году. В ней было представлено математическое уравнение, ставшее важнейшим для космонавтики. Оно известно в наше время как «формула Циолковского». Это уравнение описывало движение тела, имеющего переменную массу. В своих дальнейших трудах он представил схему ракетного двигателя, работающего на жидком топливе. Циолковский, изучая использование реактивного движения в природе и технике, разработал многоступенчатую конструкцию ракеты. Ему также принадлежит идея о возможности создания на околоземной орбите целых космических городов. Вот к каким открытиям пришел ученый, изучая реактивное движение в природе и технике. Ракеты, как показал Циолковский, — это единственные аппараты, которые могут преодолеть Ракету он определил как механизм, имеющий реактивный двигатель, который использует находящееся на нем горючее и окислитель. Этот аппарат трансформирует химическую энергию топлива, которая становится кинетической энергией газовой струи. Сама ракета при этом начинает двигаться в обратном направлении.

Наконец, ученые, изучив реактивное движение тел в природе и технике, перешли к практике. Предстояла масштабная задача реализации давней мечты человечества. И группа советских ученых, возглавляемая академиком С. П. Королевым, справилась с ней. Она осуществила идею Циолковского. Первый искусственный спутник нашей планеты был запущен в СССР 4 октября 1957 г. Естественно, при этом использовалась ракета.

Ю. А. Гагарин (на фото выше) был человеком, которому выпала честь первым осуществить полет в космическом пространстве. Это важное для мира событие произошло 12 апреля 1961 года. Гагарин на корабле-спутнике «Восток» облетел весь земной шар. СССР был первым государством, ракеты которого достигли Луны, облетели вокруг нее и сфотографировали сторону, невидимую с Земли. Кроме того, и на Венере впервые побывали именно русские. Они доставили на поверхность этой планеты научные приборы. Американский астронавт Нил Армстронг — первый человек, побывавший на поверхности Луны. Он высадился на нее 20 июля 1969 года. В 1986 году «Вега-1» и «Вега-2» (корабли, принадлежащие СССР) исследовали с близкого расстояния комету Галлея, которая приближается к Солнцу всего лишь раз в 76 лет. Изучение космоса продолжается…

Как вы видите, очень важной и полезной наукой является физика. Реактивное движение в природе и технике — это лишь один из интересных вопросов, которые рассматриваются в ней. А достижения этой науки весьма и весьма значительны.

Как в наши дни используется реактивное движение в природе и в технике

В физике в последние несколько столетий были сделаны особенно важные открытия. В то время как природа остается практически неизменной, техника развивается стремительными темпами. В наше время принцип реактивного движения широко применяется не только различными животными и растениями, но также в космонавтике и в авиации. В космическом пространстве отсутствует среда, которую тело могло бы использовать для взаимодействия, чтобы изменить модуль и направление своей скорости. Именно поэтому для полетов в безвоздушном пространстве можно использовать лишь ракеты.

Сегодня активно используется реактивное движение в быту, природе и технике. Оно уже не является загадкой, как раньше. Однако человечество не должно останавливаться на достигнутом. Впереди новые горизонты. Хочется верить, что реактивное движение в природе и технике, кратко охарактеризованное в статье, вдохновит кого-то на новые открытия.

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, каракатицы вот уже миллионы лет плавают в морских пучинах по тому же самому принципу, по которому сегодня летают современные сверхзвуковые реактивные самолеты.

История реактивного движения

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.

Кто открыл реактивное движение?

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 реактивного движения 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 и реактивное движение

Физика поясняет процесс реактивного движения . 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 реактивного движения

В целом реактивное движение можно описать следующей формулой:
m s v s +m р v р =0
m s v s =-m р v р

где m s v s импульс создаваемой струей газов, m р v р импульс, полученный ракетой.

Знак минус показывает, что направление движения ракеты и сила реактивного движения струи противоположны.

Реактивное движение 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

• запас топлива,
• камера, для сгорания топлива,
• сопло, задача которого ускорять реактивную струю.

Так выглядит реактивный двигатель.

Реактивное движение (с точки зрения, примеров в природе) — движение, возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.

Принцип реактивного движения основан на законе сохранения импульса изолированной механической системы тел:

То есть суммарный импульс системы частиц есть величина постоянная. При отсутствии внешних воздействий импульс системы равен нулю и изменить его возможно изнутри за счет реактивной тяги.

Реактивная тяга (с точки зрения, примеров в природе) — сила реакции отделяющихся частиц, которая приложена в точке центра истечения (у ракеты — центр среза сопла двигателя) и направлена противоположно вектору скорости отделяющихся частиц.

Масса рабочего тела (ракеты)

Общее ускорение рабочего тела

Скорость истечения отделяющихся частиц (газов)

Ежесекундный расход топлива

Реактивное движение можно обнаружить и в мире растений. В южных странах (и у нас на побережье Черного моря тоже) произрастает растение под названием «бешеный огурец».

Латинское название рода Ecballium происходит от греческого слова со значением — выбрасываю, по устройству плода, выбрасывающего семена.

Плоды бешеного огурца сизо-зелёные или зелёные, сочные, продолговатые или продолговато-яйцевидные, длиной 4—6 см, шириной 1,5—2,5, щетинистые, на обоих концах тупые, многосемянные (рис 1). Семена удлинённые, мелкие, сжатые, гладкие, узко-окаймленные, длиной около 4 мм. При созревании семян окружающая их ткань превращается в слизистую массу. При этом, в плоде образуется большое давление, в результате чего плод отделяется от плодоножки, а семена вместе со слизью с силой выбрасываются наружу через образовавшееся отверстие. Сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении. Стреляет бешеный огурец (иначе его называют «дамский пистолет») более чем на 12 м (рис 2).

Морские животные

Многие морские животные пользуются для передвижения пользуются реактивным движением, среди них медузы, морские гребешки, осьминоги, кальмары, каракатицы, сальпы, некоторые виды планктона. Все они используют реакцию выбрасываемой струи воды, отличие состоит в строении тела, а следовательно в способе забора и выброса воды.

Морской моллюск-гребешок (рис 3) движется за счет реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины при резком сжатии ее створок. Он применяет этот вид движения в случае опасности.

Каракатицы (рис 4) и осьминоги (рис 5) забирают воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны. Осьминоги, складывая щупальца над головой, придают своему телу обтекаемую форму и могут таким образом управлять своим движением, изменяя его направление.

Осьминоги даже умеют летать. Французский натуралист Жан Верани видел, как обычный осьминог разогнался в аквариуме и вдруг задом вперед неожиданно выскочил из воды. Описав в воздухе дугу длиной метров в пять, он плюхнулся обратно в аквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только за счет реактивной тяги, но и греб щупальцами.

Сальпа (рис 6) — морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем вода попадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Как только животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогда продольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается и вода через заднее отверстие выталкивается наружу.

Кальмары (рис 7). Мышечная ткань — мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большой скоростью двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму. Сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяя направление движения. Двигатель кальмара очень экономичен и способен развивать скорость до 60 — 70 км/ч. Изгибая сложенные пучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту или другую сторону. Поскольку такой руль по сравнению с самим животным имеет очень большие размеры, то достаточно его незначительного движения, чтобы кальмар, даже на полном ходу, легко мог увернуться от столкновения с препятствием. Но когда нужно плыть быстро, воронка всегда торчит прямо между щупальцами, и кальмар мчится хвостом вперед.

Инженеры уже создали двигатель, подобный двигателю кальмара. Его называют водометом. В нем вода засасывается в камеру. А затем выбрасывается из нее через сопло; судно движется в сторону, противоположную направлению выброса струи. Вода засасывается при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя (см. Приложение).

Лучший пилот среди моллюсков — кальмар стенотевтис. Моряки называют его — «летающий кальмар». Он преследует рыб с такой стремительностью, что нередко выскакивает из воды, стрелой проносясь над ее поверхностью. К этой уловке он прибегает и спасая свою жизнь от хищников — тунцов и макрелей. Развив в воде максимальную реактивную тягу, кальмар-пилот стартует в воздух и пролетает над волнами более пятидесяти метров. Апогей полета живой ракеты лежит так высоко над водой, что летающие кальмары нередко попадают на палубы океанских судов. Четыре-пять метров — не рекордная высота, на которую поднимаются в небо кальмары. Иногда они взлетают еще выше.

Английский исследователь моллюсков доктор Рис описал в научной статье кальмара (длиной всего в 16 сантиметров), который, пролетев по воздуху изрядное расстояние, упал на мостик яхты, возвышавшийся над водой почти на семь метров.

Случается, что на корабль сверкающим каскадом обрушивается множество летающих кальмаров. Античный писатель Требиус Нигер поведал однажды печальную историю о корабле, который будто бы даже затонул под тяжестью летающих кальмаров, упавших на его палубу.

Насекомые

Подобным образом перемещаются и личинки стрекоз. Причём не все, а длиннобрюхие, активно плавающие личинки стоячих (сем. Коромысла) и текучих (сем. Кордулегастры) вод, а также короткобрюхие ползающие личинки стоячих вод. Реактивное движение личинка использует главным образом в минуту опасности для того, чтобы быстро переместиться на другое место. Такой способ передвижения не предусматривает точного маневрирования и не пригоден для погони за добычей. Но личинки коромысел и не гоняются ни за кем — они предпочитают охоту из засады.

Задняя кишка личинки стрекозы, помимо своей основной функции, выполняет еще и роль органа движения. Вода заполняет заднюю кишку, затем с силой выбрасывается, и личинка перемещается по принципу реактивного движения на 6-8 см.

реактивный движение природа техника

Приложение

Реактивное движение в природе и технике

РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ

Реактивное движение — движение, возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.

Реактивная сила возникает без какого-либо взаимодействия с внешними телами.

Применение реактивного движения в природе

Многие из нас в своей жизни встречались во время купания в море с медузами. Во всяком случае, в Черном море их вполне хватает. Но мало кто задумывался, что и медузы для передвижения пользуются реактивным движением. Кроме того, именно так передвигаются и личинки стрекоз, и некоторые виды морского планктона. И зачастую КПД морских беспозвоночных животных при использовании реактивного движения гораздо выше, чем у техноизобретений.

Реактивное движение используется многими моллюсками – осьминогами, кальмарами, каракатицами. Например, морской моллюск-гребешок движется вперед за счет реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины при резком сжатии ее створок.

Осьминог

Каракатица

Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Она забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны.

Сальпа — морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем вода попадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Как только животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогда продольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается, и вода через заднее отверстие выталкивается наружу. Реакция вытекающей струи толкает сальпу вперед.

Наибольший интерес представляет реактивный двигатель кальмара. Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Кальмары достигли высшего совершенства в реактивной навигации. У них даже тело своими внешними формами копирует ракету (или лучше сказать – ракета копирует кальмара, поскольку ему принадлежит в этом деле бесспорный приоритет). При медленном перемещении кальмар пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся. Для быстрого броска он использует реактивный двигатель. Мышечная ткань – мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большой скоростью двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму. Сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяя направление движения. Двигатель кальмара очень экономичен, он способен развивать скорость до 60 – 70 км/ч. (Некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч!) Недаром кальмара называют “живой торпедой”. Изгибая сложенные пучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту или другую сторону. Поскольку такой руль по сравнению с самим животным имеет очень большие размеры, то достаточно его незначительного движения, чтобы кальмар, даже на полном ходу, легко мог увернуться от столкновения с препятствием. Резкий поворот руля – и пловец мчится уже в обратную сторону. Вот изогнул он конец воронки назад и скользит теперь головой вперед. Выгнул ее вправо – и реактивный толчок отбросил его влево. Но когда нужно плыть быстро, воронка всегда торчит прямо между щупальцами, и кальмар мчится хвостом вперед, как бежал бы рак – скороход, наделенный резвостью скакуна.

Если спешить не нужно, кальмары и каракатицы плавают, ундулируя плавниками, – миниатюрные волны пробегают по ним спереди назад, и животное грациозно скользит, изредка подталкивая себя также и струей воды, выброшенной из-под мантии. Тогда хорошо заметны отдельные толчки, которые получает моллюск в момент извержения водяных струй. Некоторые головоногие могут развивать скорость до пятидесяти пяти километров в час. Прямых измерений, кажется, никто не производил, но об этом можно судить по скорости и дальности полета летающих кальмаров. И такие, оказывается, есть таланты в родне у спрутов! Лучший пилот среди моллюсков – кальмар стенотевтис. Английские моряки называют его – флайинг-сквид («летающий кальмар»). Это небольшое животное размером с селедку. Он преследует рыб с такой стремительностью, что нередко выскакивает из воды, стрелой проносясь над ее поверхностью. К этой уловке он прибегает и спасая свою жизнь от хищников – тунцов и макрелей. Развив в воде максимальную реактивную тягу, кальмар-пилот стартует в воздух и пролетает над волнами более пятидесяти метров. Апогей полета живой ракеты лежит так высоко над водой, что летающие кальмары нередко попадают на палубы океанских судов. Четыре-пять метров – не рекордная высота, на которую поднимаются в небо кальмары. Иногда они взлетают еще выше.

Английский исследователь моллюсков доктор Рис описал в научной статье кальмара (длиной всего в 16 сантиметров), который, пролетев по воздуху изрядное расстояние, упал на мостик яхты, возвышавшийся над водой почти на семь метров.

Случается, что на корабль сверкающим каскадом обрушивается множество летающих кальмаров. Античный писатель Требиус Нигер поведал однажды печальную историю о корабле, который будто бы даже затонул под тяжестью летающих кальмаров, упавших на его палубу. Кальмары могут взлетать и без разгона.

Осьминоги тоже умеют летать. Французский натуралист Жан Верани видел, как обычный осьминог разогнался в аквариуме и вдруг задом вперед неожиданно выскочил из воды. Описав в воздухе дугу длиной метров в пять, он плюхнулся обратно в аквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только за счет реактивной тяги, но и греб щупальцами.
Мешковатые осьминоги плавают, конечно, хуже кальмаров, но в критические минуты и они могут показать рекордный для лучших спринтеров класс. Сотрудники Калифорнийского аквариума пытались сфотографировать осьминога, атакующего краба. Спрут бросался на добычу с такой быстротой, что на пленке, даже при съемке на самых больших скоростях, всегда оказывались смазки. Значит, бросок длился сотые доли секунды! Обычно же осьминоги плавают сравнительно медленно. Джозеф Сайнл, изучавший миграции спрутов, подсчитал: осьминог размером в полметра плывет по морю со средней скоростью около пятнадцати километров в час. Каждая струя воды, выброшенная из воронки, толкает его вперед (вернее, назад, так как осьминог плывет задом наперед) на два – два с половиной метра.

Реактивное движение можно встретить и в мире растений. Например, созревшие плоды “бешеного огурца” при самом легком прикосновении отскакивают от плодоножки, а из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается клейкая жидкость с семенами. Сам огурец при этом отлетает в противоположном направлении до 12 м.

Зная закон сохранения импульса можно изменять собственную скорость перемещения в открытом пространстве. Если вы находитесь в лодке и у вас есть несколько тяжёлых камней, то бросая камни в определённую сторону вы будете двигаться в противоположном направлении. То же самое будет и в космическом пространстве, но там для этого используют реактивные двигатели.

Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила.

Применение реактивного движения в технике

В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны. А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.

В конце первого тысячелетия нашей эры в Китае изобрели реактивное движение, которое приводило в действие ракеты — бамбуковые трубки, начиненные порохом, они также использовались как забава. Один из первых проектов автомобилей был также с реактивным двигателем и принадлежал этот проект Ньютону

Автором первого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного для полета человека, был русский революционер – народоволец Н.И. Кибальчич. Его казнили 3 апреля 1881 г. за участие в покушении на императора Александра II. Свой проект он разработал в тюрьме после вынесения смертного приговора. Кибальчич писал: “Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении…Я спокойно встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мною”.

Идея использования ракет для космических полётов была предложена ещё в начале нашего столетия русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году появилась в печати статья преподавателя калужской гимназии К.Э. Циолковского “Исследование мировых пространств реактивными приборами”. В этой работе содержалось важнейшее для космонавтики математическое уравнение, теперь известное как “формула Циолковского”, которое описывало движение тела переменной массы. В дальнейшем он разработал схему ракетного двигателя на жидком топливе, предложил многоступенчатую конструкцию ракеты, высказал идею о возможности создания целых космических городов на околоземной орбите. Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести — это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.

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:

1. явление отдачи от выстрела;
2. взрывы;
3. удары во время аварий;
4. отдача при использовании мощного брандспойта;
5. катер с водометным двигателем;
6. реактивный самолет и ракета.

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.

Примерами действия этого закона могут быть любые столкновения тел (бильярдных шаров, автомобилей, элементарных частиц), а также разрывы тел и стрельба. При выстреле из оружия происходит отдача: снаряд мчится вперед, а само оружие отталкивается назад. Из-за чего это происходит? Пуля и оружие формируют между собой замкнутую систему, где работает закон сохранения импульса. При стрельбе импульсы самого оружия и пули меняются. Но суммарный импульс оружия и находящейся в нем пули перед выстрелом будет равен суммарному импульсу откатывающегося оружия и выпущенной пули после стрельбы. Если бы пуля и ружье имели одинаковую массу, они бы разлетелись в противоположные стороны с одинаковой скоростью.

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 использования реактивного движения в технике для перемещения по земле относят к 15-17 столетиям. Еще 1000 лет назад китайцы имели ракеты, которые использовали как военное оружие. Например, в 1232 году, согласно хронике, в войне с монголами они использовали стрелы, оборудованные ракетами.

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

Впервые разработкой реактивного двигателя в России занялись в начале 20 столетия. Теорию движения реактивных аппаратов и ракетной техники, способных развить сверхзвуковую скорость, выдвинул известный российский ученый К. Э. Циолковский. Воплотить эту задумку в жизнь удалось талантливому конструктору А. М. Люльке. Именно он создал проект первого в СССР реактивного самолета, работающего с помощью реактивной турбины. Первые реактивные самолеты были созданы немецкими инженерами. Создание проектов и производство проводились тайно на замаскированных заводах. Гитлер со своей идеей стать мировым правителем, подключал лучших конструкторов Германии для производства мощнейшего оружия, в том числе и высокоскоростных самолетов. Наиболее успешным из них стал первый немецкий реактивный самолет «Мессершмитт-262». Этот летательный аппарат стал первым в мире, который успешно вынес все испытания, свободно поднялся в воздух и стал после этого выпускаться серийно.

Самолет обладал такими особенностями:

• Аппарат имел два турбореактивных двигателя.
• В носовой части располагался радиолокатор.
• Максимальная скорость самолета достигала 900 км/час.

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.

И-250, более известный как легендарный МиГ-13, — истребитель, над которым трудился А. И. Микоян. Первый полет был произведен весной 1945 года, на то время реактивный истребитель показал рекордную скорость, достигшую 820 км/час. Запущены были в производство реактивные самолеты МиГ-9 и Як-15 .

В апреле 1945 года впервые в небо поднялся реактивный самолет П. О. Сухого — Су-5, поднимающийся и летающий за счет воздушно-реактивного мотокомпрессорного и поршневого двигателя, расположенного в хвостовой части конструкции.

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:

• Не-178 — немецкий самолет с турбореактивной силовой установкой, поднявшийся в воздух в августе 1939 года.
• GlosterE. 28/39 — летательный аппарат родом из Великобритании, с мотором турбореактивного типа, впервые поднялся в небо в 1941 году.
• Не-176 — истребитель, созданный в Германии с применением ракетного двигателя, осуществил свой первый полет в июле 1939 года.
• БИ-2 — первый советский летательный аппарат, который приводился в движение посредством ракетной силовой установки.
• CampiniN.1 — реактивный самолет, созданный в Италии, ставший первой попыткой итальянских конструкторов отойти от поршневого аналога.
• Yokosuka MXY7 Ohka («Ока») с мотором Tsu-11 — японский истребитель-бомбардировщик, так называемый одноразовый летательный аппарат с пилотом-камикадзе на борту.

Использование реактивного движения в технике послужило резким толчком для быстрого создания следующих реактивных летательных аппаратов и дальнейшего развития военного и гражданского самолетостроения.

1. GlosterMeteor — воздушно-реактивный истребитель, изготовленный в Великобритании в 1943 году, сыграл существенную роль во Второй Мировой войне, а после ее завершения выполнял задачу перехватчика немецких ракет «Фау-1».
2. LockheedF-80 — реактивный летательный аппарат, произведенный в США с применением мотора типа AllisonJ. Эти самолеты не раз участвовали в японско-корейской войне.
3. B-45 Tornado — прототип современных американских бомбардировщиков B-52, созданный в 1947 году.
4. МиГ-15 — последователь признанного реактивного истребителя МиГ-9, который активно участвовал в военном конфликте в Корее, был произведен в декабре 1947 г.
5. Ту-144 — первый советский сверхзвуковой воздушно-реактивный пассажирский самолет.

Современные реактивные аппараты

С каждым годом авиалайнеры совершенствуются, ведь конструкторы со всего мира работают над тем, чтобы создавать аппараты нового поколения, способные летать со скоростью звука и на сверхзвуковых скоростях. Сейчас существуют лайнеры, способные вмещать большое количество пассажиров и грузов, обладающие огромными размерами и невообразимой скоростью свыше 3000 км/час, военная авиатехника, оборудованная современной боевой экипировкой.

Но среди этого многообразия имеются несколько конструкций реактивных самолетов-рекордсменов:

1. Airbus A380 — самый вместительный аппарат, способный принять на своем борту 853 пассажира, что обеспечено двухпалубной конструкцией. Он же по совместительству один из роскошных и дорогостоящих авиалайнеров современности. Самый крупный пассажирский лайнер в воздухе.
2. Boeing 747 — более 35 лет считался самым вместительным двухэтажным лайнером и мог перевозить 524 пассажира.
3. АН-225 «Мрия» — грузовой летательный аппарат, который может похвастаться грузоподъемностью в 250 тонн.
4. LockheedSR-71 — реактивный самолет, достигающий во время полета скорости 3529 км/час.

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.

К российским инновационным разработкам будущего можно отнести истребитель 5-го поколения ПАК ФА — Т-50, первые экземпляры которого поступят в войска предположительно в конце 2017 или начале 2018 года после испытания нового реактивного двигателя.

Природа — пример реактивного движения

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 «биоло-гическими 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.

Реактивное движение в природе и технике — реферат

Реактивноедвижение в природе и технике
РЕФЕРАТ ПОФИЗИКЕ

Реактивное движение — движение, возникающее приотделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.
Реактивная сила возникает без какого-либовзаимодействия с внешними телами.
Применениереактивного движения в природе
Многие из насв своей жизни встречались во время купания в море с медузами. Во всяком случае,в Черном море их вполне хватает. Но мало кто задумывался, что и медузы дляпередвижения пользуются реактивным движением. Кроме того, именно такпередвигаются и личинки стрекоз, и некоторые виды морского планктона. Изачастую КПД морских беспозвоночных животных при использовании реактивногодвижения гораздо выше, чем у техноизобретений.
Реактивноедвижение используется многими моллюсками – осьминогами, кальмарами,каракатицами. Например, морской моллюск-гребешок движется вперед за счетреактивной силы струи воды, выброшенной из раковины при резком сжатии еестворок.
/>
Осьминог

/>
Каракатица
/>
Медуза
Каракатица, как ибольшинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Оназабирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впередитела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатицанаправляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неёводу, может двигаться в разные стороны.
Сальпа — морское животное с прозрачнымтелом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем водапопадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Кактолько животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогдапродольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается, и водачерез заднее отверстие выталкивается наружу. Реакция вытекающей струи толкаетсальпу вперед.
Наибольшийинтерес представляет реактивный двигатель кальмара. Кальмар является самымкрупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Кальмары достигли высшегосовершенства в реактивной навигации. У них даже тело своими внешними формамикопирует ракету (или лучше сказать – ракета копирует кальмара, поскольку емупринадлежит в этом деле бесспорный приоритет). При медленном перемещениикальмар пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся.Для быстрого броска он использует реактивный двигатель. Мышечная ткань – мантияокружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почтиполовину объема тела кальмара. Животное засасывает воду внутрь мантийнойполости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большойскоростью двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмарасобираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму. Соплоснабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяянаправление движения. Двигатель кальмара очень экономичен, он способенразвивать скорость до 60 – 70 км/ч. (Некоторые исследователи считают, что дажедо 150 км/ч!) Недаром кальмара называют “живой торпедой”. Изгибая сложенныепучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту илидругую сторону. Поскольку такой руль по сравнению с самим животным имеет оченьбольшие размеры, то достаточно его незначительного движения, чтобы кальмар,даже на полном ходу, легко мог увернуться от столкновения с препятствием.Резкий поворот руля – и пловец мчится уже в обратную сторону. Вот изогнул онконец воронки назад и скользит теперь головой вперед. Выгнул ее вправо – иреактивный толчок отбросил его влево. Но когда нужно плыть быстро, воронкавсегда торчит прямо между щупальцами, и кальмар мчится хвостом вперед, какбежал бы рак – скороход, наделенный резвостью скакуна.
Если спешитьне нужно, кальмары и каракатицы плавают, ундулируя плавниками, – миниатюрныеволны пробегают по ним спереди назад, и животное грациозно скользит, изредкаподталкивая себя также и струей воды, выброшенной из-под мантии. Тогда хорошозаметны отдельные толчки, которые получает моллюск в момент извержения водяныхструй. Некоторые головоногие могут развивать скорость до пятидесяти пятикилометров в час. Прямых измерений, кажется, никто не производил, но об этомможно судить по скорости и дальности полета летающих кальмаров. И такие,оказывается, есть таланты в родне у спрутов! Лучший пилот среди моллюсков –кальмар стенотевтис. Английские моряки называют его – флайинг-сквид («летающийкальмар»). Это небольшое животное размером с селедку. Он преследует рыб с такойстремительностью, что нередко выскакивает из воды, стрелой проносясь над ееповерхностью. К этой уловке он прибегает и спасая свою жизнь от хищников – тунцови макрелей. Развив в воде максимальную реактивную тягу, кальмар-пилот стартуетв воздух и пролетает над волнами более пятидесяти метров. Апогей полета живойракеты лежит так высоко над водой, что летающие кальмары нередко попадают напалубы океанских судов. Четыре-пять метров – не рекордная высота, на которуюподнимаются в небо кальмары. Иногда они взлетают еще выше.
Английскийисследователь моллюсков доктор Рис описал в научной статье кальмара (длинойвсего в 16 сантиметров), который, пролетев по воздуху изрядное расстояние, упална мостик яхты, возвышавшийся над водой почти на семь метров.
Случается,что на корабль сверкающим каскадом обрушивается множество летающих кальмаров.Античный писатель Требиус Нигер поведал однажды печальную историю о корабле,который будто бы даже затонул под тяжестью летающих кальмаров, упавших на егопалубу. Кальмары могут взлетать и без разгона.
Осьминогитоже умеют летать. Французский натуралист Жан Верани видел, как обычныйосьминог разогнался в аквариуме и вдруг задом вперед неожиданно выскочил изводы. Описав в воздухе дугу длиной метров в пять, он плюхнулся обратно ваквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только за счетреактивной тяги, но и греб щупальцами.
Мешковатые осьминоги плавают, конечно, хуже кальмаров, но в критические минутыи они могут показать рекордный для лучших спринтеров класс. СотрудникиКалифорнийского аквариума пытались сфотографировать осьминога, атакующегокраба. Спрут бросался на добычу с такой быстротой, что на пленке, даже присъемке на самых больших скоростях, всегда оказывались смазки. Значит, бросокдлился сотые доли секунды! Обычно же осьминоги плавают сравнительно медленно.Джозеф Сайнл, изучавший миграции спрутов, подсчитал: осьминог размером вполметра плывет по морю со средней скоростью около пятнадцати километров в час.Каждая струя воды, выброшенная из воронки, толкает его вперед (вернее, назад,так как осьминог плывет задом наперед) на два – два с половиной метра.
Реактивноедвижение можно встретить и в мире растений. Например, созревшие плоды “бешеногоогурца” при самом легком прикосновении отскакивают от плодоножки, а изобразовавшегося отверстия с силой выбрасывается клейкая жидкость с семенами.Сам огурец при этом отлетает в противоположном направлении до 12 м.
Зная закон сохраненияимпульса можно изменять собственную скорость перемещения в открытомпространстве. Если вы находитесь в лодке и у вас есть несколько тяжёлых камней,то бросая камни в определённую сторону вы будете двигаться в противоположномнаправлении. То же самое будет и в космическом пространстве, но там для этогоиспользуют реактивные двигатели.
Каждый знает, что выстрелиз ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, онибы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, чтоотбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может бытьобеспечено движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чембольше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает нашеплечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила.
Применение реактивногодвижения в технике
В течение многих вековчеловечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самыеразные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано деБержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железнойповозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь кнему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны. А баронМюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.
В конце первоготысячелетия нашей эры в Китае изобрели реактивное движение, которое приводило вдействие ракеты — бамбуковые трубки, начиненные порохом, они такжеиспользовались как забава. Один из первых проектов автомобилей был также среактивным двигателем и принадлежал этот проект Ньютону
Авторомпервого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного дляполета человека, был русский революционер – народоволец Н.И. Кибальчич. Егоказнили 3 апреля 1881 г. за участие в покушении на императора Александра II.Свой проект он разработал в тюрьме после вынесения смертного приговора.Кибальчич писал: “Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти япишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживаетменя в моем ужасном положении…Я спокойно встречу смерть, зная, что моя идея непогибнет вместе со мною”.
Идея использования ракет длякосмических полётов была предложена ещё в начале нашего столетия русским учёнымКонстантином Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году появилась в печати статьяпреподавателя калужской гимназии К.Э. Циолковского “Исследование мировыхпространств реактивными приборами”. В этой работе содержалось важнейшее длякосмонавтики математическое уравнение, теперь известное как “формулаЦиолковского”, которое описывало движение тела переменной массы. В дальнейшемон разработал схему ракетного двигателя на жидком топливе, предложилмногоступенчатую конструкцию ракеты, высказал идею о возможности создания целыхкосмических городов на околоземной орбите. Он показал, что единственныйаппарат, способный преодолеть силу тяжести — это ракета, т.е. аппарат среактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самомаппарате.
Реактивный двигатель – это двигатель, преобразующийхимическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этомдвигатель приобретает скорость в обратном направлении.
Идея К.Э.Циолковскогобыла осуществлена советскими учёными под руководством академика СергеяПавловича Королёва. Первый в истории искусственный спутник Земли с помощьюракеты был запущен в Советском Союзе 4 октября 1957 г.
Принцип реактивногодвижения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике. Вкосмическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать итем самым изменять направление и модуль своей скорости, поэтому для космическихполетов могут быть использованы только реактивные летательные аппараты, т. е.ракеты.
 
Устройство ракеты
В основедвижения ракеты лежит закон сохранения импульса. Если в некоторый моментвремени от ракеты будет отброшено какое-либо тело, то она приобретет такой жеимпульс, но направленный в противоположную сторону

/>/>
В любойракете, независимо от ее конструкции, всегда имеется оболочка и топливо сокислителем. Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (в данном случае этокосмический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы ипр.).
Основнуюмассу ракеты составляет топливо с окислителем (окислитель нужен для поддержаниягорения топлива, поскольку в космосе нет кислорода).
Топливои окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая,превращается в газ высокой температуры и высокого давления. Благодаря большойразности давлений в камере сгорания и в космическом пространстве, газы изкамеры сгорания мощнойструей устремляются наружу через раструбспециальной формы, называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобыповысить скорость струи.
Перед стартом ракеты еёимпульс равен нулю. В результате взаимодействия газа в камере сгорания и всехостальных частей ракеты вырывающиёся через сопло газ получает некоторыйимпульс. Тогда ракета представляет собой замкнутую систему, и её общий импульсдолжен и после запуска равен нулю. Поэтому и оболочка ракеты совсем, что в нейнаходится, получает импульс, равный по модулю импульсу газа, но противоположныйпо направлению.
Наиболее массивную частьракеты, предназначенную для старта и разгона всей ракеты, называют первойступенью. Когда первая массивная ступень многоступенчатой ракеты исчерпает приразгоне все запасы топлива, она отделяется. Дальнейший разгон продолжает вторая,менее массивная ступень, и к ранее достигнутой при помощи первой ступенискорости она добавляет ещё некоторую скорость, а затем отделяется. Третьяступень продолжает наращивание скорости до необходимого значения и доставляетполезный груз на орбиту.
Первым человеком, которыйсовершил полёт в космическом пространстве, был гражданин Советского Союза ЮрийАлексеевич Гагарин. 12 апреля 1961 г. Он облетел земной шар на корабле-спутнике«Восток»
Советские ракеты первымидостигли Луны, облетели Луну и сфотографировали её невидимую с Земли сторону,первыми достигли планету Венера и доставили на её поверхность научные приборы.В 1986 г. Два советских космических корабля «Вега-1» и «Вега-2» с близкогорасстояния исследовали комету Галлея, приближающуюся к Солнцу один раз в 76лет.

Доклад Реактивное движение 9, 10 класс

Изучение физических законов для человека необходимо с точки зрения их практического использования. Закон сохранения импульса: для системы, состоящей из любого числа тел, суммарный импульс остается постоянным при отсутствии внешних сил. Этот закон является одним из фундаментальных и не имеет исключений. Реактивное движение – пример проявления этого закона в действии. Очень часто мы можем наблюдать это движение в нашей повседневной жизни.

Примеры. Если надеть на водопроводный кран резиновую трубку, то при вытекании воды трубка уйдет в сторону, противоположную струе. Реактивная сила водяного потока заставит развернуться свернутый для полива шланг. Эта же сила вращает ствол дождевального аппарата. Чтобы это произошло, конструкция ствола предусматривает специальный изгиб в горизонтальном направлении.

Реакция струи имеет место всегда, когда струя жидкости или газа встречает препятствие и тогда она меняет направление. Турбины как раз и используют такую идею для получения вращательного движения. Главной деталью любой турбины является колесо с лопатками, которые насажены на обод под углом. Пар, ударяясь о лопатки, отражается от них и изменяет направление движения. Реакция струи, в свою очередь, будет вращать колесо турбины.

Еще примеры. Ветряная мельница. Ветродвигатель. Гребной винт. Гребное колесо. Эти механизмы, приводящие в движение суда, имеют один и тот же принцип действия – реакция отбрасываемой струи. Воздушный винт – пропеллер – работает точно так же. Реакция струи – это и есть тяга винта. Водяной или воздушный винт при вращении отгоняет воду или воздух в одну сторону, а морское или воздушное судно перемещается в другую сторону под действием реакции струи, направленной на винт. Сюда же можно отнести комнатные вентиляторы. Отбрасываемый поток воздуха и создает тот приятный ветер, которого мы ожидаем в сильную жару.
Плавание человека, катание на лодке – тоже примеры реактивного движения. Вы катались на лодке? Вспомните, куда вы направляете весло, а куда движется лодка.

Движение ракеты есть суть реакция струи, но при этом весь запас отбрасываемых газов ракета несет с собой. В древнем Китае изобрели пороховую ракету. В ней оболочка заполняется медленно горящим порохом, выделяющим раскаленный газ. Он вылетает вниз с большой скоростью из дырки в оболочке, а ракета взмывает вверх.

Что такое реактивный двигатель? Это ракета, двигающая какое-либо транспортное средство. Баллистическая ракета состоит из двигателей большой мощности, которые работают при разгоне, и запаса топлива. Такая ракета будет иметь также полезную нагрузку. Если для военных целей – это боеголовка, для мирных – космический корабль. Тяга реактивного двигателя – это сила реакции вытекающего после сгорания топлива газа.

При полете ракеты на околоземное пространство ее ускорение будет тем больше, тем меньше масса оставшегося агрегата. А масса уменьшается по мере расходования запаса топлива. И по второму закону Ньютона приращение скорости будет тем больше, чем меньше масса содержимого корпуса ракеты.

Еще один фактор влияет на скорость движения ракеты – изменение скорости течения частиц газа до огромных значений. А это зависит от вида топлива, формы отверстия, называемого соплом, для отвода сгоревшего вещества топлива.

Таким образом, реактивное движение тела – это то, которое возникает при отделении с какой-либо скоростью некоторой его части.

Вариант №2

Реактивное движение – это способ применения закона сохранения импульса на практике. Реактивным называется вид движения тела с отделением от него части, летящей с определенной скоростью. Такой вид движения наблюдается не только в обыденной жизни, технике, но и в природе.

В быту реактивное движение можно наблюдать, если надуть воздушный шарик, а затем отпустить его. При этом воздух из шарика будет выходить в одну сторону, а шарик полетит в другую. Движение шарика прекратится, когда большая часть воздуха выйдет из него.

В технике самыми яркими примерами реактивного движения являются: ракета, сегнерово колесо. Впервые описание ракеты, как транспортного средства для космических полетов, было сделано Константином Эдуардовичем Циолковским – русским ученым в начале XX века. Но его идеи смог воплотить в жизнь советский конструктор Сергей Павлович Королев только в середине XX века. Во время полета ракеты отделяющейся частью является струя газов, образующаяся при сгорании топлива. Струя газов так же, как и в случае с шариком, устремляется в сторону, противоположную движению ракеты.  Ракеты, применяемые для организации красочных фейерверков, сигнальные ракеты тоже работают по принципу реактивного движения.

Рассмотрим еще один вид реактивного движения – сегнерово колесо. Сегнеровым колесо названо по фамилии венгерского ученого-физика Иоганна Сегнера, который и изобрел его в 1750 году. В качестве отделяющейся части здесь выступает вода, которая выливается из изогнутой на конце трубки  с большой скоростью и заставляет вращаться колесо. Данный метод до сих пор применяется в центробежном фильтре для очистки масла в автомобилях.

В природе реактивное движение используют такие животные, как: кальмар, сальпа, каракатица. Через отверстия у себя в теле они вбирают воду, а затем выбрасывают ее наружу и двигаются в сторону, противоположную вылету струи воды.

Растения также используют реактивное движение для распространения своих семян. Примером такого распространения являются плоды бешеного огурца. Даже небольшое прикосновение к созревшим плодам заставляет их отлетать от плодоножки и раскрываться. При этом семечко, расположенное в специальной клейкой жидкости, отлетает в сторону, противоположную коробочке.

10 класс, 9 класс кратко

Реактивное движение

Популярные темы сообщений

• Животные Антарктиды

  Антарктида – является территорией с суровыми климатическими условиями. Температура материка очень низкая, а вся территория покрыта толстым льдом. Несмотря на подобные условиях, здесь присутствует различная флора и фауна, которая удивляет нас своей

• Пума (место обитания, чем питаются)

  Пума одно из самых красивых и сильных представителей семейства кошачьих. Их еще называют горными львами или кугуарами. Это довольно крупное животное. В длину пума может достичь до двух метров, а высота достигает одного метра.

• Мох

  Споровые небольшие растения, Бриофиты, у которых есть листья, стебли. Мхи, это высшие растения (организмы имеющие вегетативные органы, наиболее важные корень и побег), наиболее многочисленные, насчитывающие 10 тысяч видов,

«Реактивное движение» — PDF Free Download

Глава 1. Работа ионного двигателя

Глава 1. Работа ионного двигателя 1.1 Импульс. Закон сохранения импульса. Реактивная тяга, а следовательно и принцип действия любого реактивного двигателя, основана на законе сохранения импульса. Поэтому

Подробнее

Тема: «Смогу ли я построить ракету?!»

Тема: «Смогу ли я построить ракету?!» Обоснование: Меня очень интересует устройство космических летательных аппаратов. Цель: Изготовление ракеты в домашних условиях. Задачи: 1. Выяснить что такое ракета

Подробнее

Механика. Лекция 4. aislepkov.phys.msu.ru

Механика Лекция 4 [email protected] aislepkov.phys.msu.u Лекция 4 Глава 1. Кинематика и динамика простейших систем П.1. Законы Ньютона. П.1..3. -й Закон Ньютона. Уравнение движения. Начальные условия.

Подробнее

Реактивное движение и водяная ракета

Горелов Михаил Казеев Александр Ланцов Александр Реактивное движение и водяная ракета Главными целями нашей работы были: создание установки, демонстрирующей реактивное движение, изучение принципа действия

Подробнее

Механика. Лекция 5. aislepkov.phys.msu.ru

Механика Лекция 5 [email protected] aislepkov.phys.msu.u Лекция 5 Глава. Законы сохранения в простейших системах П…3. Движение тел с переменной массой. Уравнение Мещерского Формула Циолковского.

Подробнее

Реактивное движение и водяная ракета

Государственное общеобразовательное бюджетное учреждение «Московская областная общеобразовательная школа-интернат естественно-математической направленности» имени П.Л. Капицы (ГОБУ «Физтех-лицей» им. П.Л.

Подробнее

Закон сохранения импульса

Закон сохранения импульса Определения ) Система материальных точек Внутренние и внешние силы Пусть система состоит из материальных точек Силы, действующие на j-ю точку, подразделяются на внутренние f jk

Подробнее

РАСЧЕТ ТЕПЛОТЫ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ

С ОТВЕТАМИ ПРОГРАММА УРОК В МУЗЕЕ РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ РАСЧЕТ ТЕПЛОТЫ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ХИМИЯ 9 КЛАСС ВАРИАНТ 1 КОМАНДА УЧАСТНИКИ 1. 2. 3. 4. 5. теория создания реактивного двигателя 1. В начале ХХ века К.Э

Подробнее

Тема: «Реактивное движение»

Тема: «Реактивное движение» Цели урока: Тип урока: показать проявление закона сохранения импульса в природе и технике; развивать у учащихся интерес к научным знаниям; воспитывать чувство патриотизма, гордости

Подробнее

3. ЗАКОНЫ ИЗМЕНЕНИЯ И СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА

3 ЗАКОНЫ ИЗМЕНЕНИЯ И СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА Закон изменения импульса для одной материальной точки Второй закон Ньютона для материальной точки, когда на нее действует постоянная сила, может быть переписан

Подробнее

u м/с и имел расход 125

Олимпиада школьников «Надежда энергетики». Заключительный этап. Очная форма. ЗАДАНИЕ ПО КОМПЛЕКУ ПРЕДМЕТОВ (ФИЗИКА, ИНФОРМАТИКА, МАТЕМАТИКА) РЕШЕНИЕ ВАРИАНТА 014 начало задачи В недалеком будущем страна

Подробнее

Проект: Раз, два, три ракета лети

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение Чистоозерная средняя общеобразовательная школа 1 Проект: Раз, два, три ракета лети Выполнили: обучающиеся 7 класса «Б» Ахмедов Рустам Бородин Андрей

Подробнее

Олимпиада «Физтех» по физике 2018

Олимпиада «Физтех» по физике 8 Класс Билет — Шифр (заполняется секретарём) Систему из бруска массой и доски массой, находящихся на горизонтальном столе, приводят в движение, прикладывая к доске горизонтальную

Подробнее

Механика. Лекция 3. aislepkov.phys.msu.ru

Механика Лекция 3 [email protected] aislepkov.phys.msu.ru Лекция 3 План Глава 1. Кинематика и динамика простейших систем П.1.1.5. Связь между скоростью и ускорением точки в различных системах отсчета

Подробнее

ИТТ Вариант 2 ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ

ИТТ- 10.3.2 Вариант 2 ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ 1. Как называется физическая величина, равная произведению массы тела на вектор его мгновенной скорости? 2. Как называется физическая величина, равная половине произведения

Подробнее

ИТТ Вариант 1 ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ

ИТТ- 10.3.1 Вариант 1 ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ 1. Тело массой m движется со скоростью. Каков импульс тела? А. Б. В. Г. Д. Е. 2. Тело массой от движется со скоростью. Какова кинетическая энергия тела? А. Б. В.

Подробнее

ИТТ Вариант 2 ОСНОВЫ КИНЕМАТИКИ

ИТТ- 10.1.2 Вариант 2 ОСНОВЫ КИНЕМАТИКИ 1.Предложены две задачи: 1) Определить среднюю скорость самолёта по известному расстоянию между двумя городами и времени полёта. 2) Определить путь, пройденный самолётом

Подробнее

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции:. ГТУ с многоступенчатым сжатием и расширением. Замкнутые газотурбинные установки 3. Циклы реактивных двигателей Лекция 3. ГТУ С МНОГОСТУПЕНЧАТЫМ СЖАТИЕМ И РАСШИРЕНИЕМ

Подробнее

Кузьмичев Сергей Дмитриевич

Кузьмичев Сергей Дмитриевич СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИИ 4 1. Реактивное движение. Формула Мещерского. Формула Циолковского.. Работа силы. Мощность. Кинетическая энергия. Работа и энергия. Теорема Кёнига. 3. Консервативные

Подробнее

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции:. Циклы газотурбинных установок. Цикл газотурбинной установки с регенерацией теплоты Лекция. ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК Одним из основных недостатков, присущих

Подробнее

Как достать американцев

Источник: АиФ 20 января 1960 года в СССР на вооружение была принята первая в мире межконтинентальная баллистическая ракета Р-7. Как достать американцев История первой советской межконтинентальной баллистической

Подробнее

9 класс Тесты для самоконтроля ТСК

ТСК 9.1.14 1.Тело массой m движется со скоростью. Как найти импульс тела? 1) 2) 3) 4) 2. На левом рисунке представлены векторы скорости и ускорения тела. Какой из четырех векторов на правом рисунке указывает

Подробнее

ЧТО ТАКОЕ «СИЛА ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ»?

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО ТЕМЕ: ЧТО ТАКОЕ «СИЛА ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ»? Выполнил: Ученик 1 В класса МБОУ СОШ 26 г. Южно-Сахалинска Бабич Ростислав Науч. руководитель: Арестова С.В. Тема: Что такое «сила

Подробнее

где γ удельный вес; v удельный объем.

Основные вопросы: 1 Параметры течения. Основное уравнение газовой динамики. 2 Адиабатическое течение газа. Критическая скорость 3 Механизм возникновения ударной волны 4 Ударная волна при движении со сверхзвуковыми

Подробнее

Глава 3. Закон сохранения импульса

37 Глава 3. Закон сохранения импульса Задача 1. Тело массой 2 кг свободно падает без начальной скорости с высоты 5 м на горизонтальную поверхность и отскакивает от нее со скоростью 5 м/с. Найдите абсолютную

Подробнее

Закон сохранения момента импульса

Закон сохранения момента импульса Введем две новые физические величины. Сначала формально определим их а затем выявим связи и закономерности. Момент силы F относительно начала (некоторой точки пространства)

Подробнее

ВСЕМИРНОЕ ТЯГОТЕНИЕ. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ

Лекция 8 ВСЕМИРНОЕ ТЯГОТЕНИЕ. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ Термины и понятия Первая космическая скорость Вторая космическая скорость Третья космическая скорость Вес тела Гелиоцентрическая система Гравитационная

Подробнее

Курсы подготовки к ЕГЭ по физике

Курсы подготовки к ЕГЭ по физике Механика. Задание 9 Учитель физики: Бабчик И.И. Учебное заведение: МБОУ лицей 1 г. Сургут, 019 г. Задание 9. Основные вопросы 1 1. Кинематика Задача 1 Задача 7. Движение

Подробнее

Скайп конференция «Путешествие на Марс»

Скайп конференция «Путешествие на Марс» В: Сегодняшний мастер-класс, который мы хотим Вам представить, можно считать одним из первых в череде многочисленных мероприятий нашего лицея, посвященных славному

Подробнее

ИТТ Вариант 1 ОСНОВЫ ДИНАМИКИ

ИТТ- 10.2.1 Вариант 1 ОСНОВЫ ДИНАМИКИ 1. Единицей измерения какой физической величины является ньютон? А. Силы Б. Массы В. Работы Г. Энергии Д. Мощности 2. Кто открыл закон инерции? А. Гераклит Б. Аристотель

Подробнее

Вопрос N 1 Два бруска с массами m 1

Билет N 5 Билет N 4 Вопрос N 1 На тело массой m 2,0 кг начинает действовать горизонтальная сила, модуль которой линейно зависит от времени: F t, где 0.7 Н/с. Коэффициент трения k 0,1. Определить момент

Подробнее

ДВИЖЕНИЕ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ УЧЕБНО-НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ДВИЖЕНИЕ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ НОВОСИБИРСК ДВИЖЕНИЕ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ

Подробнее

Реактивное движение в природе и технике. Реферат реактивное движение Реактивное движение в природе

Реактивное движение в природе и технике

РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ

Реактивное движение — движение, возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.

Реактивная сила возникает без какого-либо взаимодействия с внешними телами.

Применение реактивного движения в природе

Многие из нас в своей жизни встречались во время купания в море с медузами. Во всяком случае, в Черном море их вполне хватает. Но мало кто задумывался, что и медузы для передвижения пользуются реактивным движением. Кроме того, именно так передвигаются и личинки стрекоз, и некоторые виды морского планктона. И зачастую КПД морских беспозвоночных животных при использовании реактивного движения гораздо выше, чем у техноизобретений.

Реактивное движение используется многими моллюсками – осьминогами, кальмарами, каракатицами. Например, морской моллюск-гребешок движется вперед за счет реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины при резком сжатии ее створок.

Осьминог

Каракатица

Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Она забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны.

Сальпа — морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем вода попадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Как только животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогда продольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается, и вода через заднее отверстие выталкивается наружу. Реакция вытекающей струи толкает сальпу вперед.

Наибольший интерес представляет реактивный двигатель кальмара. Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Кальмары достигли высшего совершенства в реактивной навигации. У них даже тело своими внешними формами копирует ракету (или лучше сказать – ракета копирует кальмара, поскольку ему принадлежит в этом деле бесспорный приоритет). При медленном перемещении кальмар пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся. Для быстрого броска он использует реактивный двигатель. Мышечная ткань – мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большой скоростью двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму. Сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяя направление движения. Двигатель кальмара очень экономичен, он способен развивать скорость до 60 – 70 км/ч. (Некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч!) Недаром кальмара называют “живой торпедой”. Изгибая сложенные пучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту или другую сторону. Поскольку такой руль по сравнению с самим животным имеет очень большие размеры, то достаточно его незначительного движения, чтобы кальмар, даже на полном ходу, легко мог увернуться от столкновения с препятствием. Резкий поворот руля – и пловец мчится уже в обратную сторону. Вот изогнул он конец воронки назад и скользит теперь головой вперед. Выгнул ее вправо – и реактивный толчок отбросил его влево. Но когда нужно плыть быстро, воронка всегда торчит прямо между щупальцами, и кальмар мчится хвостом вперед, как бежал бы рак – скороход, наделенный резвостью скакуна.

Если спешить не нужно, кальмары и каракатицы плавают, ундулируя плавниками, – миниатюрные волны пробегают по ним спереди назад, и животное грациозно скользит, изредка подталкивая себя также и струей воды, выброшенной из-под мантии. Тогда хорошо заметны отдельные толчки, которые получает моллюск в момент извержения водяных струй. Некоторые головоногие могут развивать скорость до пятидесяти пяти километров в час. Прямых измерений, кажется, никто не производил, но об этом можно судить по скорости и дальности полета летающих кальмаров. И такие, оказывается, есть таланты в родне у спрутов! Лучший пилот среди моллюсков – кальмар стенотевтис. Английские моряки называют его – флайинг-сквид («летающий кальмар»). Это небольшое животное размером с селедку. Он преследует рыб с такой стремительностью, что нередко выскакивает из воды, стрелой проносясь над ее поверхностью. К этой уловке он прибегает и спасая свою жизнь от хищников – тунцов и макрелей. Развив в воде максимальную реактивную тягу, кальмар-пилот стартует в воздух и пролетает над волнами более пятидесяти метров. Апогей полета живой ракеты лежит так высоко над водой, что летающие кальмары нередко попадают на палубы океанских судов. Четыре-пять метров – не рекордная высота, на которую поднимаются в небо кальмары. Иногда они взлетают еще выше.

Английский исследователь моллюсков доктор Рис описал в научной статье кальмара (длиной всего в 16 сантиметров), который, пролетев по воздуху изрядное расстояние, упал на мостик яхты, возвышавшийся над водой почти на семь метров.

Случается, что на корабль сверкающим каскадом обрушивается множество летающих кальмаров. Античный писатель Требиус Нигер поведал однажды печальную историю о корабле, который будто бы даже затонул под тяжестью летающих кальмаров, упавших на его палубу. Кальмары могут взлетать и без разгона.

Осьминоги тоже умеют летать. Французский натуралист Жан Верани видел, как обычный осьминог разогнался в аквариуме и вдруг задом вперед неожиданно выскочил из воды. Описав в воздухе дугу длиной метров в пять, он плюхнулся обратно в аквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только за счет реактивной тяги, но и греб щупальцами.
Мешковатые осьминоги плавают, конечно, хуже кальмаров, но в критические минуты и они могут показать рекордный для лучших спринтеров класс. Сотрудники Калифорнийского аквариума пытались сфотографировать осьминога, атакующего краба. Спрут бросался на добычу с такой быстротой, что на пленке, даже при съемке на самых больших скоростях, всегда оказывались смазки. Значит, бросок длился сотые доли секунды! Обычно же осьминоги плавают сравнительно медленно. Джозеф Сайнл, изучавший миграции спрутов, подсчитал: осьминог размером в полметра плывет по морю со средней скоростью около пятнадцати километров в час. Каждая струя воды, выброшенная из воронки, толкает его вперед (вернее, назад, так как осьминог плывет задом наперед) на два – два с половиной метра.

Реактивное движение можно встретить и в мире растений. Например, созревшие плоды “бешеного огурца” при самом легком прикосновении отскакивают от плодоножки, а из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается клейкая жидкость с семенами. Сам огурец при этом отлетает в противоположном направлении до 12 м.

Зная закон сохранения импульса можно изменять собственную скорость перемещения в открытом пространстве. Если вы находитесь в лодке и у вас есть несколько тяжёлых камней, то бросая камни в определённую сторону вы будете двигаться в противоположном направлении. То же самое будет и в космическом пространстве, но там для этого используют реактивные двигатели.

Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила.

Применение реактивного движения в технике

В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах. Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит. Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не достигла Луны. А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по стеблю боба.

В конце первого тысячелетия нашей эры в Китае изобрели реактивное движение, которое приводило в действие ракеты — бамбуковые трубки, начиненные порохом, они также использовались как забава. Один из первых проектов автомобилей был также с реактивным двигателем и принадлежал этот проект Ньютону

Автором первого в мире проекта реактивного летательного аппарата, предназначенного для полета человека, был русский революционер – народоволец Н.И. Кибальчич. Его казнили 3 апреля 1881 г. за участие в покушении на императора Александра II. Свой проект он разработал в тюрьме после вынесения смертного приговора. Кибальчич писал: “Находясь в заключении, за несколько дней до своей смерти я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и эта вера поддерживает меня в моем ужасном положении…Я спокойно встречу смерть, зная, что моя идея не погибнет вместе со мною”.

Идея использования ракет для космических полётов была предложена ещё в начале нашего столетия русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году появилась в печати статья преподавателя калужской гимназии К.Э. Циолковского “Исследование мировых пространств реактивными приборами”. В этой работе содержалось важнейшее для космонавтики математическое уравнение, теперь известное как “формула Циолковского”, которое описывало движение тела переменной массы. В дальнейшем он разработал схему ракетного двигателя на жидком топливе, предложил многоступенчатую конструкцию ракеты, высказал идею о возможности создания целых космических городов на околоземной орбите. Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести — это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.

Реактивный двигатель – это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении.

Идея К.Э.Циолковского была осуществлена советскими учёными под руководством академика Сергея Павловича Королёва. Первый в истории искусственный спутник Земли с помощью ракеты был запущен в Советском Союзе 4 октября 1957 г.

Принцип реактивного движения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль своей скорости, поэтому для космических полетов могут быть использованы только реактивные летательные аппараты, т. е. ракеты.

Устройство ракеты

В основе движения ракеты лежит закон сохранения импульса. Если в некоторый момент времени от ракеты будет отброшено какое-либо тело, то она приобретет такой же импульс, но направленный в противоположную сторону

В любой ракете, независимо от ее конструкции, всегда имеется оболочка и топливо с окислителем. Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (в данном случае это космический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы и пр.).

Основную массу ракеты составляет топливо с окислителем (окислитель нужен для поддержания горения топлива, поскольку в космосе нет кислорода).

Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления. Благодаря большой разности давлений в камере сгорания и в космическом пространстве, газы из камеры сгорания мощнойструей устремляются наружу через раструб специальной формы, называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи.

Перед стартом ракеты её импульс равен нулю. В результате взаимодействия газа в камере сгорания и всех остальных частей ракеты вырывающиёся через сопло газ получает некоторый импульс. Тогда ракета представляет собой замкнутую систему, и её общий импульс должен и после запуска равен нулю. Поэтому и оболочка ракеты совсем, что в ней находится, получает импульс, равный по модулю импульсу газа, но противоположный по направлению.

Наиболее массивную часть ракеты, предназначенную для старта и разгона всей ракеты, называют первой ступенью. Когда первая массивная ступень многоступенчатой ракеты исчерпает при разгоне все запасы топлива, она отделяется. Дальнейший разгон продолжает вторая, менее массивная ступень, и к ранее достигнутой при помощи первой ступени скорости она добавляет ещё некоторую скорость, а затем отделяется. Третья ступень продолжает наращивание скорости до необходимого значения и доставляет полезный груз на орбиту.

Первым человеком, который совершил полёт в космическом пространстве, был гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. 12 апреля 1961 г. Он облетел земной шар на корабле-спутнике «Восток»

Советские ракеты первыми достигли Луны, облетели Луну и сфотографировали её невидимую с Земли сторону, первыми достигли планету Венера и доставили на её поверхность научные приборы. В 1986 г. Два советских космических корабля «Вега-1» и «Вега-2» с близкого расстояния исследовали комету Галлея, приближающуюся к Солнцу один раз в 76 лет.

Логика природы есть самая доступная и самая полезная логика для детей.

Константин Дмитриевич Ушинский (03.03.1823–03.01.1871) – русский педагог, основоположник научной педагогики в России.

Предлагаю читателям зелёных страничек заглянуть в увлекательный мир биофизики и познакомиться с основными принципами реактивного движения в живой природе . Сегодня в программе: медуза корнерот – самая крупная медуза Чёрного моря, морские гребешки , предприимчивая личинка стрекозы-коромысла , восхитительный кальмар с его непревзойдённым реактивным двигателем и замечательные иллюстрации в исполнении советского биолога и художника-анималиста Кондакова Николая Николаевича.

По принципу реактивного движения в живой природе передвигается целый ряд животных, например медузы, морские моллюски гребешки, личинки стрекозы-коромысла, кальмары, осьминоги, каракатицы… Познакомимся с некоторыми из них поближе;-)

Реактивный способ движения медуз

Медузы – одни из самых древних и многочисленных хищников на нашей планете! Тело медузы на 98% состоит из воды и в значительной части составлено из обводнённой соединительной ткани – мезоглеи , функционирующей как скелет. Основу мезоглеи составляет белок коллаген. Студенистое и прозрачное тело медузы по форме напоминает колокол или зонтик (в диаметре от нескольких миллиметров до 2,5 м ). Большинство медуз двигаются реактивным способом , выталкивая воду из полости зонтика.

Медузы Корнероты (Rhizostomae), отряд кишечнополостных животных класса сцифоидных. Медузы (до 65 см в диаметре) лишены краевых щупалец. Края рта вытянуты в ротовые лопасти с многочисленными складками, срастающимися между собой с образованием множества вторичных ротовых отверстий. Прикосновение к ротовым лопастям может вызвать болезненные ожоги , обусловленные действием стрекательных клеток. Около 80 видов; обитают преимущественно в тропических, реже в умеренных морях. В России – 2 вида : Rhizostoma pulmo обычен в Чёрном и Азовском морях, Rhopilema asamushi встречается в Японском море.

Реактивное бегство морских моллюсков гребешков

Морские моллюски гребешки , обычно спокойно лежащие на дне, при приближении к ним их главного врага – восхитительно медлительной, но чрезвычайно коварной хищницы – морской звезды – резко сжимают створки своей раковины, с силой выталкивая из неё воду. Используя, таким образом, принцип реактивного движения , они всплывают и, продолжая открывать и захлопывать раковину, могут отплывать на значительное расстояние. Если же гребешок по какой-то причине не успевает спастись своим реактивным бегством , морская звезда обхватывает его своими руками, вскрывает раковину и поедает…

Морской Гребешок (Pecten), род морских беспозвоночных животных класса двустворчатых моллюсков (Bivalvia). Раковина гребешка округлая с прямым замочным краем. Поверхность её покрыта расходящимися от вершины радиальными ребрами. Створки раковины смыкаются одним сильным мускулом. В Чёрном море обитают Pecten maximus, Flexopecten glaber; в Японском и Охотском морях – Mizuhopecten yessoensis (до 17 см в диаметре).

Реактивный насос личинки стрекозы-коромысла

Нрав у личинки стрекозы-коромысла , или эшны (Aeshna sp.) не менее хищный, чем у её крылатых сородичей. Два, а иногда и четыре года живёт она в подводном царстве, ползает по каменистому дну, выслеживая мелких водных обитателей, с удовольствием включая в свой рацион довольно-таки крупнокалиберных головастиков и мальков. В минуты опасности личинка стрекозы-коромысла срывается с места и рывками плывёт вперёд, движимая работой замечательного реактивного насоса . Набирая воду в заднюю кишку, а затем резко выбрасывая её, личинка прыгает вперёд, подгоняемая силой отдачи. Используя, таким образом, принцип реактивного движения , личинка стрекозы-коромысла уверенными толчками-рывками скрывается от преследующей её угрозы.

Реактивные импульсы нервной «автострады» кальмаров

Во всех, приведённых выше случаях (принципах реактивного движения медуз, гребешков, личинок стрекозы-коромысла), толчки и рывки отделены друг от друга значительными промежутками времени, следовательно большая скорость движения не достигается. Чтобы увеличилась скорость движения, иначе говоря, число реактивных импульсов в единицу времени , необходима повышенная проводимость нервов , которые возбуждают сокращение мышц, обслуживающих живой реактивный двигатель . Такая большая проводимость возможна при большом диаметре нерва.

Известно, что у кальмаров самые крупные в животном мире нервные волокна . В среднем они достигают в диаметре 1 мм – в 50 раз больше, чем у большинства млекопитающих – и проводят возбуждение они со скоростью 25 м/с . А у трёхметрового кальмара дозидикуса (он обитает у берегов Чили) толщина нервов фантастически велика – 18 мм . Нервы толстые, как верёвки! Сигналы мозга – возбудители сокращений – мчатся по нервной «автостраде» кальмара со скоростью легкового автомобиля – 90 км/ч .

Благодаря кальмарам, исследования жизнедеятельности нервов ещё в начале 20 века стремительно продвинулись вперёд. «И кто знает , – пишет британский натуралист Фрэнк Лейн, – может быть, есть сейчас люди, обязанные кальмару тем, что их нервная система находится в нормальном состоянии…»

Быстроходность и манёвренность кальмара объясняется также прекрасными гидродинамическими формами тела животного, за что кальмара и прозвали «живой торпедой» .

Кальмары (Teuthoidea), подотряд головоногих моллюсков отряда десятиногих. Размером обычно 0,25-0,5 м, но некоторые виды являются самыми крупными беспозвоночными животными (кальмары рода Architeuthis достигают 18 м , включая длину щупалец).
Тело у кальмаров удлинённое, заострённое сзади, торпедообразное, что определяет большую скорость их движения как в воде (до 70 км/ч ), так и в воздухе (кальмары могут выскакивать из воды на высоту до 7 м ).

Реактивный двигатель кальмара

Реактивное движение , используемое ныне в торпедах, самолётах, ракетах и космических снарядах, свойственно также головоногим моллюскам – осьминогам, каракатицам, кальмарам . Наибольший интерес для техников и биофизиков представляет реактивный двигатель кальмаров . Обратите внимание, как просто, с какой минимальной затратой материала решила природа эту сложную и до сих пор непревзойдённую задачу;-)

В сущности, кальмар располагает двумя принципиально различными двигателями (рис. 1а ). При медленном перемещении он пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся в виде бегущей волны вдоль корпуса тела. Для быстрого броска кальмар использует реактивный двигатель . Основой этого двигателя является мантия – мышечная ткань. Она окружает тело моллюска со всех сторон, составляя почти половину объёма его тела, и образует своеобразный резервуар – мантийную полость – «камеру сгорания» живой ракеты , в которую периодически засасывается вода. В мантийной полости находятся жабры и внутренние органы кальмара (рис. 1б ).

При реактивном способе плавания животное производит засасывание воды через широко открытую мантийную щель внутрь мантийной полости из пограничного слоя. Мантийная щель плотно «застёгивается» на специальные «запонки-кнопки» после того как «камера сгорания» живого двигателя наполнится забортной водой. Расположена мантийная щель вблизи середины тела кальмара, где оно имеет наибольшую толщину. Сила, вызывающая движение животного, создаётся за счёт выбрасывания струи воды через узкую воронку, которая расположена на брюшной поверхности кальмара. Эта воронка, или сифон, – «сопло» живого реактивного двигателя .

«Сопло» двигателя снабжено специальным клапаном и мышцы могут его поворачивать. Изменяя угол установки воронки-сопла (рис. 1в ), кальмар плывёт одинаково хорошо, как вперёд, так и назад (если он плывет назад, – воронка вытягивается вдоль тела, а клапан прижат к её стенке и не мешает вытекающей из мантийной полости водяной струе; когда кальмару нужно двигаться вперёд, свободный конец воронки несколько удлиняется и изгибается в вертикальной плоскости, её выходное отверстие сворачивается и клапан принимает изогнутое положение). Реактивные толчки и всасывание воды в мантийную полость с неуловимой быстротой следуют одно за другим, и кальмар ракетой проносится в синеве океана.

Кальмар и его реактивный двигатель – рисунок 1

1а) кальмар – живая торпеда; 1б) реактивный двигатель кальмара; 1в) положение сопла и его клапана при движении кальмара назад и вперёд.

На забор воды и её выталкивание животное затрачивает доли секунды. Засасывая воду в мантийную полость в кормовой части тела в периоды замедленных движений по инерции, кальмар тем самым осуществляет отсос пограничного слоя, предотвращая таким образом срыв потока при нестационарном режиме обтекания. Увеличивая порции выбрасываемой воды и учащая сокращения мантии, кальмар легко увеличивает скорость движения.

Реактивный двигатель кальмара очень экономичен , благодаря чему он может достигать скорости 70 км/ч ; некоторые исследователи считают, что даже 150 км/ч !

Инженеры уже создали двигатель, подобный реактивному двигателю кальмара : это водомёт , действующий при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя. Почему же реактивный двигатель кальмара по-прежнему привлекает внимание инженеров и является объектом тщательных исследований биофизиков? Для работы под водой удобно иметь устройство, работающее без доступа атмосферного воздуха. Творческие поиски инженеров направлены на создание конструкции гидрореактивного двигателя , подобного воздушно-реактивному …

По материалам замечательных книг:
«Биофизика на уроках физики» Цецилии Бунимовны Кац ,
и «Приматы моря» Игоря Ивановича Акимушкина

Кондаков Николай Николаевич (1908–1999) – советский биолог, художник-анималист , кандидат биологических наук. Основным вкладом в биологическую науку стали выполненные им рисунки различных представителей фауны. Эти иллюстрации вошли во многие издания, такие как Большая Советская Энциклопедия, Красная книга СССР , в атласы животных и в учебные пособия.

Акимушкин Игорь Иванович (01.05.1929–01.01.1993) – советский биолог, писатель – популяризатор биологии , автор научно-популярных книг о жизни животных. Лауреат премии Всесоюзного общества «Знание». Член Союза писателей СССР. Наиболее известной публикацией Игоря Акимушкина является шеститомная книга «Мир Животных» .

Материалы этой статьи полезно будет применить не только на уроках физики и биологии , но и во внеклассной работе.
Биофизический материал является чрезвычайно благодатным для мобилизации внимания учащихся, для превращения абстрактных формулировок в нечто конкретное и близкое, затрагивающее не только интеллектуальную, но и эмоциональную сферу.

Литература:
§ Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики

§ § Акимушкин И.И. Приматы моря
Москва: издательство «Мысль», 1974
§ Тарасов Л.В. Физика в природе
Москва: издательство «Просвещение», 1988

Не была первым в мире реактивным двигателем. ученые наблюдали и исследовали еще до опытов Ньютона и вплоть до наших дней: Реактивное движение самолета.

Вертушка Герона

За тысячу восемьсот лет до опытов Ньютона первый паровой реактивный двигатель сделал замечательный изобретатель Герон Александрийский -древнегреческий механик, его изобретение получило название вертушка Герона . Герон Александрийский — древнегреческий механик, изобрел первую в мире паровую реактивную турбину. О Героне Александрийском нам известно немногое. Он был сыном брадобрея — парикмахера и учеником другого знаменитого изобретателя, Ктезибия . Жил Герон в Александрии примерно две тысячи сто пятьдесят лет назад. В приборе, изобретенном Героном, пар из котла, под которым горел огонь, проходил по двум трубкам в железный шар. Трубки одновременно служили осью, вокруг которой этот шар мог вращаться. Две другие трубки, изогнутые наподобие буквы «Г», были приделаны к шару так, что позволяли выходить пару наружу из шара. Когда под котлом разводили огонь, вода закипала и пар устремлялся в железный шар, а из него по изогнутым трубкам с силой вылетал наружу. Шар при этом вращался в сторону, противоположную той, в которую вылетали струи пара, это происходит согласно . Эту вертушку можно назвать первой в мире паровой реактивной турбиной.

Китайская ракета

Еще раньше, за много лет до Герона Александрийского, в Китае тоже изобрели реактивный двигатель несколько иного устройства, называемый ныне фейерверочной ракетой . Фейерверочные ракеты не следует смешивать с их тезками — сигнальными ракетами, которые применяют в армии и флоте, а также пускают в дни всенародных праздников под грохот артиллерийского салюта. Сигнальные ракеты — это просто пули, спрессованные из вещества, горящего цветным пламенем. Ими выстреливают из крупнокалиберных пистолетов — ракетниц.
Сигнальные ракеты — пули, спрессованные из вещества, горящего цветным пламенем. Китайская ракета представляет собой картонную или металлическую трубку, закрытую с одного конца и наполненную пороховым составом. Когда эту смесь поджигают, струя газов, вырываясь с большой скоростью из открытого конца трубки, заставляет ракету лететь в сторону, противоположную направлению газовой струи. Взлетать такая ракета может без помощи пистолета-ракетницы. Палочка, привязанная к корпусу ракеты, делает ее полет более устойчивым и прямолинейным.
Фейерверк с использованием китайских ракет.

Обитатели моря

В мире животных:

Здесь также встречается реактивное движение. Каракатицы, осьминоги и некоторые другие головоногие моллюски не имеют ни плавников, ни мощного хвоста, а плавают не хуже прочих обитателей моря . У этих мягкотелых существ в теле имеется довольно вместительный мешок или полость. В полость набирается вода, а затем животное с большой силой выталкивает эту воду наружу. Реакция выброшенной воды заставляет животное плыть в сторону, противоположную направлению струи.

Падающая кошка

Но самый интересный способ движения продемонстрировала обыкновенная кошка . Лет сто пятьдесят назад известный французский физик Марсель Депре заявил:

— А знаете ли, законы Ньютона не совсем верны. Тело может двигаться с помощью внутренних сил, ни на что не опираясь и ни от чего не отталкиваясь. — Где доказательства, где примеры? — протестовали слушатели. — Хотите доказательств? Извольте. Кошка, нечаянно сорвавшаяся с крыши, — вот доказательство! Как бы кошка ни падала, хоть головой вниз, на землю она обязательно встанет всеми четырьмя лапками. Но ведь падающая кошка ни на что не опирается и ни от чего не отталкивается, а переворачивается быстро и ловко. (Сопротивлением воздуха можно пренебречь — оно слишком ничтожно.)

Действительно, это знают все: кошки, падая; ухитряются всегда становиться на ноги.
Падающая кошка становится на четыре лапы. Кошки это делают инстинктивно, а человек может сделать то же самое сознательно. Пловцы, прыгающие с вышки в воду, умеют выполнять сложную фигуру — тройное сальто, то есть трижды перевернуться в воздухе, а потом вдруг выпрямиться, приостановить вращение своего тела и уже по прямой линии нырнуть в воду. Такие же движения, — без взаимодействия с каким-либо посторонним предметом, случается наблюдать в цирке во время выступления акробатов — воздушных гимнастов.
Выступление акробатов — воздушных гимнастов. Падающую кошку сфотографировали киносъемочным аппаратом и потом на экране рассматривали кадр за кадром, что делает кошка, когда летит в воздухе. Оказалось, что кошка быстро вертит лапкой. Вращение лапки вызывает ответное движение- реакцию всего туловища, и оно поворачивается в сторону, противоположную движению лапки. Все происходит в строгом соответствии с законами Ньютона, и именно благодаря им кошка становится на ноги. То же самое происходит во всех случаях, когда живое существо без всякой видимой причины изменяет свое движение в воздухе.

Водометный катер

У изобретателей появилась мысль, а почему бы не перенять у каракатиц их способ плавания. Они решили построить самоходное судно с водно-реактивным двигателем . Идея безусловно осуществимая. Правда, уверенности в удаче не было: изобретатели сомневались, получится ли такой водометный катер лучше обычного винтового. Надо было сделать опыт.
Водометный катер — самоходное судно с водно-реактивным двигателем. Выбрали старый буксирный пароход, починили его корпус, сняли гребные винты, а в машинном отделении поставили насос-водомет. Этот насос качал забортную воду и через трубу выталкивал ее за корму сильной струей. Пароход плыл, но двигался он все же медленнее винтового парохода. И это объясняется просто: обычный гребной винт вращается за кормой ничем не стесненный, вокруг него только вода; воду в водометном насосе приводил в движение почти точно такой же винт, но вращался он уже не на воде, а в тесной трубе. Возникало трение водяной струи о стенки. Трение ослабляло напор струи. Пароход с водометным движителем плыл медленнее винтового и топлива расходовал больше. Однако от постройки таких пароходов не отказались: у них нашлись важные преимущества. Судно, снабженное гребным винтом, должно сидеть в воде глубоко, иначе винт будет без толку пенить воду или вертеться в воздухе. Поэтому винтовые пароходы боятся отмелей и перекатов, они не могут плавать по мелководью. А водометные пароходы можно строить мелкосидящими и плоскодонными: им глубина не нужна — где пройдет лодка, там пройдет и водометный пароход. Первые водометные катера в Советском Союзе построены в 1953 году на Красноярской судостроительной верфи. Они предназначены для малых рек, где обычные пароходы не могут плавать.

Особенно прилежно инженеры, изобретатели и ученые занялись исследованием реактивного движения при появлении

огнестрельного оружия . Первые ружья — всевозможные пистоли, мушкеты и самопалы — при каждом выстреле сильно ударяли человека в плечо. После нескольких десятков выстрелов плечо начинало так болеть, что солдат уже не мог целиться. Первые пушки — пищали, единороги, кулеврины и бомбарды — при выстреле отпрыгивали назад, так что, случалось, калечили пушкарей-артиллеристов, если они не успевали увернуться и отскочить в сторону. Отдача орудия мешала меткой стрельбе, потому что пушка вздрагивала раньше, чем ядро или граната вылетали из ствола. Это сбивало наводку. Стрельба получалась неприцельной.
Стрельба с огнестрельного оружия. Инженеры-артиллеристы начали борьбу с отдачей более четырехсот пятидесяти лет назад. Сначала лафет снабдили сошником, который врезался в землю и служил прочным упором для пушки. Тогда думали, что если хорошенько подпереть пушку сзади, так чтобы ей некуда было откатываться, то отдача исчезнет. Но это была ошибка. Не был принят во внимание закон сохранения количества движения. Пушки ломали все подпорки, а лафеты так расшатывались, что орудие становилось непригодным для боевой работы. Тогда изобретатели поняли, что законы движения, как и всякие законы природы, нельзя переделать по-своему, их можно только «перехитрить» с помощью науки — механики. У лафета они оставили сравнительно небольшой сошник для упора, а ствол пушки положили на «салазки» так, чтобы откатывался только один ствол, а не все орудие целиком. Ствол соединили с поршнем компрессора, который ходит в своем цилиндре точно так же, как поршень паровой машины. Но в цилиндре паровой машины — пар, а в орудийном компрессоре — масло и пружина (или сжатый воздух). Когда ствол пушки откатывается назад, поршень сжимает пружину. Масло же в это время сквозь мелкие отверстия в поршне продавливается по другую сторону поршня. Возникает сильное трение, которое частично поглощает движение откатывающегося ствола, делает его более медленным и плавным. Потом сжатая пружина расправляется и возвращает поршень, а вместе с ним и ствол орудия на прежнее место. Масло нажимает на клапан, открывает его и свободно перетекает снова под поршень. Во время беглого огня ствол орудия почти непрерывно движется вперед и назад. В орудийном компрессоре отдача поглощается трением.

Дульный тормоз

Когда мощность и дальнобойность пушек возросла, компрессора оказалось недостаточно, чтобы обезвредить отдачу. В помощь ему был изобретен дульный тормоз . Дульный тормоз — это всего лишь короткая стальная труба, укрепленная на срезе ствола и служащая как бы его продолжением. Диаметр ее больше диаметра канала ствола, и поэтому она нисколько не мешает снаряду вылетать из дула. В стенках трубки по окружности прорезано несколько продолговатых отверстий.
Дульный тормоз — уменьшает отдачу огнестрельного оружия. Пороховые газы, вылетающие из ствола орудия вслед за снарядом, сразу же расходятся в стороны, и часть их попадает в отверстия дульного тормоза. Эти газы с большой силой ударяются о стенки отверстий, отталкиваются от них и вылетают наружу, но уже не вперед, а немного вкось и назад. При этом они давят на стенки вперед и толкают их, а вместе с ними и весь ствол орудия. Они помогают лафетной пружине потому, что стремятся вызвать откат ствола вперед. А в то время, пока они находились в стволе, они толкали орудие назад. Дульный тормоз значительно уменьшает и ослабляет отдачу. Другие изобретатели пошли иным путем. Вместо того чтобы бороться с реактивным движением ствола и стараться его погасить, они решили применить откат орудия с пользой для дела. Эти изобретатели создали много образцов автоматического оружия: винтовок, пистолетов, пулеметов и пушек, в которых отдача служит для того, чтобы выбрасывать использованную гильзу и перезаряжать оружие.

Реактивная артиллерия

Можно совсем не бороться с отдачей, а использовать ее: ведь действие и реакция (отдача) равносильны, равноправны, равновелики, так пусть же реактивное действие пороховых газов , вместо того чтобы отталкивать назад ствол орудия, посылает снаряд вперед в цель. Так была создана реактивная артиллерия . В ней струя газов бьет не вперед, а назад, создавая в снаряде направленную вперед реакцию. Для реактивного орудия оказывается ненужным дорогой и тяжелый ствол. Для направления полета снаряда прекрасно служит более дешевая, простая железная труба. Можно обойтись вовсе без трубы, а заставить снаряд скользить по двум металлическим рейкам. По своему устройству реактивный снаряд подобен фейерверочной ракете, он только размерами побольше. В его головной части вместо состава для цветного бенгальского огня помещается разрывной заряд большой разрушительной силы. Середина снаряда наполняется порохом, который при горении создает мощную струю горячих газов, толкающих снаряд вперед. При этом сгорание пороха может длиться значительную часть времени полета, а не только тот короткий промежуток времени, пока обычный снаряд продвигается в стволе обычной пушки. Выстрел не сопровождается таким громким звуком. Реактивная артиллерия не моложе обыкновенной артиллерии, а может быть, даже старше ее: о боевом применении ракет сообщают старинные китайские и арабские книги, написанные более тысячи лет назад. В описаниях сражений более поздних времен нет-нет, да и промелькнет упоминание о боевых ракетах. Когда английские войска покоряли Индию, индийские воины-ракетчики своими огнехвостыми стрелами наводили ужас на захватчиков-англичан, порабощавших их родину. Для англичан в то время реактивное оружие было в диковинку. Ракетными гранатами, изобретенными генералом К. И. Константиновым , мужественные защитники Севастополя в 1854-1855 годах отбивали атаки англо-французских войск.

Ракета

Огромное преимущество перед обыкновенной артиллерией — отпадала необходимость возить за собой тяжелые пушки — привлекло к реактивной артиллерии внимание военачальников. Но столь же крупный недостаток мешал ее усовершенствованию. Дело в том, что метательный, или, как раньше говорили, форсовый, заряд умели делать только из черного пороха. А черный порох опасен в обращении. Случалось, что при изготовлении ракет метательный заряд взрывался, и гибли рабочие. Иногда ракета взрывалась при запуске, и гибли артиллеристы. Изготовлять и употреблять такое оружие было опасно. Поэтому оно и не получило широкого распространения. Начатые успешно работы, однако, не привели к постройке межпланетного корабля. Немецкие фашисты подготовили и развязали кровопролитную мировую войну.

Реактивный снаряд

Недостаток при изготовлении ракет устранили советские конструкторы и изобретатели. В годы Великой Отечественной войны они дали нашей армии превосходное реактивное оружие. Были построены гвардейские минометы — «катюши» и изобретены РС («эрэс») — реактивные снаряды .
Реактивный снаряд. По своему качеству советская реактивная артиллерия превзошла все иностранные образцы и причиняла врагам громадный урон. Защищая Родину, советский народ был вынужден поставить все достижения ракетной техники на службу обороны. В фашистских государствах многие ученые и инженеры еще до войны усиленно разрабатывали проекты бесчеловечных орудий разрушения и массовых убийств. Это они считали целью науки.

Самоуправляющиеся самолеты

Во время войны гитлеровские инженеры построили несколько сот самоуправляющихся самолетов : снарядов «ФАУ-1» и реактивных снарядов «ФАУ-2». То были сигарообразные снаряды, имевшие в длину 14 метров и в диаметре 165 сантиметров. Весила смертоносная сигара 12 тонн; из них 9 тонн — топливо, 2 тонны — корпус и 1 тонна — взрывчатое вещество. «ФАУ-2» летели со скоростью до 5500 километров в час и могли подниматься в высоту на 170-180 километров. Точностью попадания эти средства разрушения не отличались и были пригодны только для обстрела таких крупных мишеней, как большие и густонаселенные города. Немецкие фашисты выпускали «ФАУ-2» за 200-300 километров от Лондона в расчете, что город велик, — куда-нибудь да попадет! Вряд ли Ньютон мог предполагать, что его остроумный опыт и открытые им законы движения лягут в основу оружия, созданного звериной злобой к людям, и целые кварталы Лондона обратятся в развалины и станут могилами людей, захваченных налетом слепых «ФАУ».

Космический корабль

Уже много веков люди лелеяли мечту о полетах в межпланетном пространстве, о посещении Луны, загадочного Марса и облачной Венеры. На эту тему было написано множество научно-фантастических романов, повестей и рассказов. Писатели отправляли своих героев в заоблачные дали на дрессированных лебедях, на воздушных шарах, в пушечных снарядах или еще каким-нибудь невероятным образом. Однако все эти способы полета основывались на выдумках, не имевших опоры в науке. Люди только верили, что они когда-нибудь сумеют покинуть нашу планету, но не знали, как это им удастся осуществить. Замечательный ученый Константин Эдуардович Циолковский в 1903 году впервые дал научную основу идее космических путешествий . Он доказал, что люди могут покинуть земной шар и транспортным средством для этого послужит ракета, потому что ракета — единственный двигатель, который не нуждается для своего движения в какой-либо внешней опоре. Поэтому ракета способна летать в безвоздушном пространстве. Ученый Константин Эдуардович Циолковский — доказал, что люди могут покинуть земной шар на ракете. По своему устройству космический корабль должен быть подобен реактивному снаряду, только в его головной части поместится кабина для пассажиров и приборов, а все остальное пространство будет занято запасом горючей смеси и двигателем. Чтобы придать кораблю нужную скорость, требуется подходящее топливо. Порох и другие взрывчатые вещества ни в коем случае не пригодны: они и опасны и слишком быстро сгорают, не обеспечивая длительного движения. К. Э. Циолковский рекомендовал применять жидкое топливо: спирт, бензин или сжиженный водород, горящие в струе чистого кислорода или какого-либо другого окислителя. Правильность этого совета признали все, потому что лучшего топлива тогда не знали. Первая ракета с жидким горючим, весившая шестнадцать килограммов, была испытана в Германии 10 апреля 1929 года. Опытная ракета взлетела в воздух и скрылась из вида раньше, чем изобретатель и все присутствующие сумели проследить, куда она полетела. Найти ракету после опыта не удалось. На следующий раз изобретатель решил «перехитрить» ракету и привязал к ней веревку длиной четыре километра. Ракета взвилась, волоча за собой веревочный хвост. Она вытянула два километра веревки, оборвала ее и последовала за своей предшественницей в неизвестном направлении. И эту беглянку также не удалось найти. Первый успешный полет ракеты с жидким топливом состоялся в СССР 17 августа 1933 года. Ракета поднялась, пролетела положенное ей расстояние и благополучно приземлилась. Все эти открытия и изобретения основаны на законах Ньютона.

Слайд 2

Применение реактивного движения в природе

Многие из нас в своей жизни встречались во время купания в море с медузами. Но мало кто задумывался, что и медузы для передвижения пользуются реактивным движением. И зачастую КПД морских беспозвоночных животных при использовании реактивного движения гораздо выше, чем у техноизобретений.

Слайд 3

Реактивное движение используется многими моллюсками – осьминогами, кальмарами, каракатицами.

Слайд 4

Каракатица

Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Она забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны.

Слайд 5

Кальмар

Кальмары достигли высшего совершенства в реактивной навигации. У них даже тело своими внешними формами копирует ракету (или лучше сказать – ракета копирует кальмара, поскольку ему принадлежит в этом деле бесспорный приоритет)

Слайд 6

Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Он передвигается по принципу реактивного движения, вбирая в себя воду, а затем с огромной силой проталкивая ее через особое отверстие — «воронку», и с большой скоростью (около 70 км\час) двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой и он приобретает обтекаемую форму.

Слайд 7

Летающий кальмар

Это небольшое животное размером с селедку. Он преследует рыб с такой стремительностью, что нередко выскакивает из воды, стрелой проносясь над ее поверхностью. Развив в воде максимальную реактивную тягу, кальмар-пилот стартует в воздух и пролетает над волнами более пятидесяти метров. Апогей полета живой ракеты лежит так высоко над водой, что летающие кальмары нередко попадают на палубы океанских судов. Четыре-пять метров – не рекордная высота, на которую поднимаются в небо кальмары. Иногда они взлетают еще выше.

Слайд 8

Осьминог

Осьминоги тоже умеют летать. Французский натуралист Жан Верани видел, как обычный осьминог разогнался в аквариуме и вдруг задом вперед неожиданно выскочил из воды. Описав в воздухе дугу длиной метров в пять, он плюхнулся обратно в аквариум. Набирая скорость для прыжка, осьминог двигался не только за счет реактивной тяги, но и греб щупальцами.

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ:

УЧЕНИК 10 КЛ

САДОВ ДМИТРИЙ

Реактивное движение — движение, возникающее при отделении от тела с некоторой скоростью какой-либо его части.

Реактивная сила возникает без какого-либо взаимодействия с внешними телами.

Применение реактивного движения в технике

Идея использования ракет для космических полётов была предложена ещё в начале нашего столетия русским учёным Константином Эдуардовичем Циолковским. В 1903 году появилась в печати статья преподавателя калужской гимназии “Исследование мировых пространств реактивными приборами”. В этой работе содержалось важнейшее для космонавтики математическое уравнение, теперь известное как “формула Циолковского”, которое описывало движение тела переменной массы. В дальнейшем он разработал схему ракетного двигателя на жидком топливе, предложил многоступенчатую конструкцию ракеты, высказал идею о возможности создания целых космических городов на околоземной орбите. Он показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести — это ракета, т. е. аппарат с реактивным двигателем, использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.

Реактивный двигатель – это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в обратном направлении.

Идея была осуществлена советскими учёными под руководством академика Сергея Павловича Королёва. Первый в истории искусственный спутник Земли с помощью ракеты был запущен в Советском Союзе 4 октября 1957 г.

Принцип реактивного движения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль своей скорости, поэтому для космических полетов могут быть использованы только реактивные летательные аппараты, т. е. ракеты.

Устройство ракеты

В основе движения ракеты лежит закон сохранения импульса. Если в некоторый момент времени от ракеты будет отброшено какое-либо тело, то она приобретет такой же импульс, но направленный в противоположную сторону

https://pandia.ru/text/80/073/images/image004_6.jpg»>

Осьминог

Каракатица

Медуза

Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде следующим способом. Она забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывает струю воды через воронку. Каракатица направляет трубку воронки в бок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в разные стороны.

Наибольший интерес представляет реактивный двигатель кальмара. Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Кальмары достигли высшего совершенства в реактивной навигации. У них даже тело своими внешними формами копирует ракету (или лучше сказать – ракета копирует кальмара, поскольку ему принадлежит в этом деле бесспорный приоритет). При медленном перемещении кальмар пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся. Для быстрого броска он использует реактивный двигатель. Мышечная ткань – мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большой скоростью двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму. Сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать, изменяя направление движения. Двигатель кальмара очень экономичен, он способен развивать скорость до 60 – 70 км/ч. (Некоторые исследователи считают, что даже до 150 км/ч!) Недаром кальмара называют “живой торпедой”. Изгибая сложенные пучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту или другую сторону.

Реактивное движение можно встретить и в мире растений. Например, созревшие плоды “бешеного огурца” при самом легком прикосновении отскакивают от плодоножки, а из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается клейкая жидкость с семенами. Сам огурец при этом отлетает в противоположном направлении до 12 м.

Зная закон сохранения импульса можно изменять собственную скорость перемещения в открытом пространстве. Если вы находитесь в лодке и у вас есть несколько тяжёлых камней, то бросая камни в определённую сторону вы будете двигаться в противоположном направлении. То же самое будет и в космическом пространстве, но там для этого используют реактивные двигатели.

Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью. Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную силу, благодаря которой может быть обеспечено движение как в воздухе, так и в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция ружья, тем больше реактивная сила.

Тематические материалы:

Обновлено: 01.11.2020

103583

Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter

Урок физики «Реактивное движение в природе и технике»

Урок физики «Реактивное движение в природе и технике»

Автор: edu2

Методическая копилка — Физика

Интегрированный урок физики и биологии по теме: «Реактивное движение в природе и технике»

 

Цель урока:

1. Образовательная: обобщить и систематизировать знания, полученные на уроках физики; показать практическое применение закона сохранения импульса, реактивного движения для объяснения явлений в природе и технике.

2. Развивающая: способствовать развитию у школьников грамотной физической речи, мышления (умения обобщать и систематизировать, строить аналогии).

3. Воспитывающая: содействовать патриотическому, политехническому, экологическому воспитанию, воспитанию ответственности, высокой работоспособности, толерантности и эмпатии.

Оборудование: опыты по реактивному движению, видеофрагменты – “Из истории космонавтики”, “Кальмары, осьминоги”, компьютер, (компьютерные программы по физике и биологии) формула ЗСИ, таблица “Реактивное движение”, рисунки кальмара, осьминога, “бешенного огурца”, алгоритм решения задач на ЗСИ и пр.

Тип урока: урок обобщения и систематизации полученных знаний.

Формы: фронтальная, групповая работы;

и методы: наглядное практическое, исследовательское закрепление.

Здоровье сохраняющие технологии: проветривание, физкультурная пауза, разнообразные формы работы.      

Деятельность

учителя             

учащихся

I

 1 мин. Орг. момент. Приветствуют учащихся.             Готовятся к уроку.

 Рассаживаются по группам.

II

 3 мин. Актуализация темы.

 Вступительное слово учителей биологии и физики.               Слушают.

III

 8 мин. Контроль знаний.

Раздают контролирующий тест по изученному материалу (при возможности тестирование на компьютере).                Работают с компьютером ( или отвечают на вопросы теста на листочках. Сдают).

 Эксперты выписывают (или сами проверяют) оценки в сводную таблицу.

IV

 15 мин.               Основной этап.

Предлагают учащимся выступить по вопросам группы.

 Физ.минутка.  По 1 человеку от группы выступают у доски.

Р/д в технике. В\ф.

Р/д в животном мире. Опыт, в/ф.

Р/д в растительном мире.

Дополняют с места.

V

 12 мин.               Закрепление.

Предлагают решить учащимся разноуровневые задачи.

 Помогают, корректируют.

 Подводят итог урока. Решают на местах, оформляют на доске, комментируют.

 Кто решил задачу, разгадывает кроссворд.

VI

1 мин.  Домашнее задание.

Повт. § 10–13. Придумать 1–2 задачи на ЗСИ в быту.

Класс делится на 3–4 группы по РУВ (реальным учебным возможностям). Заранее каждая группа получает задание: подобрать материал, подготовить его оформление, представление и защиту по вопросам:

I группа (высокий РУВ) – “Реактивное движение в технике”.

II группа(средний РУВ) – “Реактивное движение в животном мире”.

III группа(низкий РУВ) – “Реактивное движение в растительном мире”.

IV группа – эксперты (оценивают работу учащихся)

Перед уроком все рассаживаются по группам.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент. (1 мин.) Учителя физики и биологии приветствуют присутствующих.

II. Актуализация темы. (3 мин.) Вступительное слово учителей.

Учитель биологии. Ребята! Мы с вами переступили рубеж 3-го тысячелетия. Компьютерная сеть, Интернет, мобильная связь, трансплантация органов. Принимая сегодня как должное все эти свершения человеческого гения и ничему не удивляясь. Мы тем не менее не перестаем поражаться и восхищаться творениями живой природы. Чего только нет в ее “патентном бюро”!

Учитель физики. Гидравлический привод?

У. Б. Пожалуйста, у паука.

У. Ф. Пневматический отбойный молоток?

У. Б Вот он, у земляной осы.

У.Ф. Ультразвуковой локатор?

У. Б. У летучей мыши.

У. Ф. Точный барометр?

У. Б. У лягушки, вьюна, пиявки.

У. Ф. Запахоанализатор, способный улавливать и различать 500 тыс. запахов?

У. Б. У обыкновенной дворняжки.

У. Ф. Поистине на выдумки природа богата!

У. Б. Живая природа – гениальный конструктор, инженер, технолог, великий зодчий и строитель.

У. Ф. Живая природа с незапамятных времен служила человеку источником вдохновения в его стремлении к научному и техническому прогрессу. Живые прототипы – ключ к новой технике.

У. Б. Уже не новая бионика объединяет усилия физиков и математиков, проникает вместе с биологами в тайны живых организмов, открывает новые технические принципы и на их основе создает новые инженерные устройства. При этом фундаментальные законы физики помогают объяснить процессы, происходящие в живых организмах.

У. Ф. И сегодня на уроке нам предстоит проследить эту связь физики и биологии на примере изучения темы “Реактивное движение”.

Итак, тема нашего урока “Реактивное движение в природе и технике”. Цель нашего урока обобщить и систематизировать знания, полученные на уроках физики, рассмотреть примеры реактивного движения в природе и технике, научиться объяснять эти явления с помощью законов физики.

У. Ф. Работам мы сегодня по группам:

I. группа – Р.Д. в технике.

II. группа – Р.Д. в природе (животный мир).

III. группа – Р.Д. в природе (растительный мир).

IV группа – Эксперты.

III. Контроль знаний. (8 мин.) Для начала давайте вспомним что же такое реактивное движение?

Для контроля знаний учащимся предлагается компьютерный тест (можно подготовить его на рабочих листах, а можно провести фронтальный опрос – по возможности и желанию учителя)

ТЕСТ

Импульс. Закон сохранения импульса

I. Автомобиль массой 1т движется со скоростью 20 м/с. Импульс автомобиля равен:

1) 0,5•103 Нс 2) 2•104 Нс 3) 104 Нс 4) 2•105 Нс

II. Скорость движущейся материальной точки увеличивается за некоторое время в 4 раза, а ее импульс за это же время увеличивается в

1) 2 раза 2) 4 раза 3) 8 раз 4) 16 раз

III. Первая формулировка закона сохранения импульса принадлежит

1) Галилею 2) Ньютону 3)Декарту 4) Гуку

IV. Какая из перечисленных ниже величин является векторной?

1) масса 2) путь 3) импульс 4) время

V. Импульс первой материальной точки равен , вторая материальная точка имеет импульс . Полный импульс системы двух материальных точек равен

1) Р1+Р2 2) Р1 – Р2 3)  4)

VI. Закон сохранения импульса выполняется только

1) во внешнем поле силы

2) в замкнутой системе тел

3) в неинерционной системе отсчета

4) при отсутствии силы трения

VII) Какое из выражений соответствует закону сохранения импульса для упругого взаимодействия двух тел?

1)

2)

3)

4)

*Эксперты выписывают оценки, высвеченные на экране, в сводную таблицу. (Или собирают тесты и проверяют, выписывают оценки в сводную таблицу)

IV. Основной этап урока. (15 мин.)

Предлагают учащимся выступить по вопросам группы.

* Представитель I группы демонстрирует опыт – пример реактивного движения (тележка с укрепленным на ней надутым воздушным шариком). Почему тележка начала двигаться ? (Проблемная ситуация).

* Учащиеся отвечают с места.

* Ученик у доски обобщает их ответы, рассказывает теорию реактивного движения, выводит и анализирует формулу зависимости скорости ракеты от её параметров.

* Дополнение из I группы (реактивные двигатели, водометы, из истории развития реактивной техники).

Из истории космонавтики

(Дополнение на фоне и с демонстрацией видеофрагмента “Полёт космического корабля”)

История развития реактивной техники и космонавтики связана с именами великих соотечественников К.Э. Циолковского и С.П. Королева.

Практической космонавтике более 35 лет. Время меняет темп жизни. Каждая эпоха характеризуется определенными научными открытиями и их практическим использованием.

Космическая промышленность

Современное состояние космонавтики, когда на орбитальных станциях в длительных космических полетах работают космонавты, когда по маршруту Земля – орбитальная станция курсируют пилотируемые и автоматические пассажирские и грузовые транспортные корабли, содержание работ, которые выполняют космонавты, позволяет говорить об исключительном народно-хозяйственном и научном значении практического Космоса.

Объективный и тщательный контроль за состояние Земной атмосферы возможен только из Космоса. Искусственные спутники связи, космическая метеослужба, космическая геологоразведка и многое другое уже сейчас решают важные государственные вопросы с охраной природы.

Заметим, что из Космоса впервые получены сведения о величине нефтяных пятен в океане, о том, что редеют джунгли в Амазонии, о загрязнении озера Байкал, об интенсивном наступлении пустынь на леса и степи.

Все это стало возможным благодаря изучению и внедрению в практику теории реактивного движения.

На Земле из-за гравитации практически невозможно добиться получения чистых материалов. В условиях невесомости это осуществить очень легко. Можно получить чистые сплавы, к тому же на материал не будут влиять стенки плавильной печи, как на Земле.

Специалисты уже разрабатывают идей развертывания в космосе производства подшипников, ведь шарики для них должны быть идеально круглыми и без химических примесей – это важно для увеличения срока службы механизмов.

Особое значение для электронной промышленности имеют искусственные кристаллы. Так вот, в космосе их можно выращивать практически любых размеров, чего нельзя сделать на Земле из-за силы тяжести. Полупроводниковые кристаллы используются практически везде – например, в нашем телевизоре, микроволновой печи, компьютере. Космическое производство сделает искусственные кристаллы намного дешевле, да и выращивать их станет проще.

* Представитель II группы (животный мир) рассказывает о кальмарах (на фоне видеофрагмента по биологии).

Живые ракеты

Реактивное движение, используемое ныне в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно осьминогам, кальмарам, каракатицам, медузам – все они, без исключения, используют для плавания реакцию (отдачу) выбрасываемой струи воды. Именно это дало повод назвать кальмаров биологическими ракетами. В мышцах кальмара в результате сложных превращений химическая энергия превращается в механическую.

При реактивном способе плавания животное производит засасывание воды через широко открытую мантийную щель в мантийную полость. Сила, вызывающая движение животного, создается за счет выбрасывания струи воды через узкое сопло, которое расположено на брюшной поверхности кальмара. Это сопло снабжено специальным клапаном, и мышцы могут его поворачивать. Изменяя угол установки воронки, кальмар плывет одинаково хорошо вперед, назад и в сторону.

Инженеры уже создали двигатель, подобный двигателю кальмара. Его называют водометом. В нем вода засасывается в камеру. А затем выбрасывается из нее через сопло; судно движется в сторону, противоположную направлению выброса струи. Вода засасывается при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя.

Почему же двигатель кальмара по-прежнему привлекает внимание инженеров, является объектом тщательных исследований биоников?

У кальмара засасывание воды и ее выбрасывание происходит за счет сокращения мышц, возбуждаемых нервами. Чтобы увеличить скорость движения, т.е. число реактивных импульсов в единицу времени, необходима повышенная проводимость нервов, которой обладают кальмары вследствие большого диаметра нервов.

Известно, что у кальмара самые крупные в животном мире нервные волокна (диаметр 1 мм) они проводят возбуждение со скоростью 25 м/с. Этим объясняется большая скорость движения кальмаров (до 70 км/ч). Поиски инженеров направлены на создание конструкции такого гидрореактивного двигателя. Который бы, как и кальмар, не нуждался в дополнительном засасывающем устройстве.

* Дополнение II группы.

* Представители III группы дают информацию с места о реактивном движении в растительном мире.

“Бешеный огурец”

(Сообщение на фоне видеофрагмента по биологии)

Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений. Например, созревшие плоды “бешеного” огурца при самом лёгком прикосновении отскакивают от плодоножки и из образовавшегося отверстия с силой выбрасывается горькая жидкость с семенами; сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении.

Демонстрация опыта (Отклонение гибкого вертикального шланга, по которому течёт вода).

Ученик демонстрирует опыт, предлагает классу объяснить его, обобщает ответы.

V. Закрепление. (12 мин.)

Учащимся предлагаются задачи по группам.

Учитель физики акцентирует внимание учащихся на физическом смысле рассматриваемых моментов, на умении работать с векторными величинами.

Ученики комментируют у доски.

Ребятам, которые решили задачи, предлагается кроссворд “Бионика”.

Кроссворд

Растение семейства тыквенных, зрелые плоды которого семена свои разбрасывают очень далеко.

Представитель головоногих, выбрасывающий при опасности “облако” чернильной жидкости.

Легендарное чудовище “о восьми ногах” из головоногих.

Ученый, чьи законы помогли открыть реактивное движение.

Закон сохранения какой величины используется в реактивном движении?

Устройство, работающее по принципу реактивного движения.

Кишечнополостные, передвигающиеся с помощью реактивного толчка.

Эксперты дают анализ решения задач, ответов учащихся, анализируют сводную таблицу, представленную на доске.

Учителя подводят итог урока, благодарят ребят за работу.

Предлагают учащимся отметить на листах задания оставшиеся непонятными, дать оценку урока.

Ваше отношение к уроку:

Понравился да, нет  (ненужное зачеркнуть)

Оценка учителя ____________

Самооценка ____________

Д.З.: повторить § 10–13

Придумать 1–2 задачи на ЗСИ в быту.Ф.И.  уч-ся         оценка               

тест      

задачи

кроссворд        

итог

                                                                                 

Поделиться

Обзор воздействия на здоровье вредных выбросов реактивных двигателей в аэропортах и ​​вокруг них | Здоровье окружающей среды

1.

Утелл М.Дж., Фрэмптон М.В. Острые последствия загрязнения окружающего воздуха для здоровья: гипотеза ультрамелких частиц. J Aerosol Med-Depos Clear Eff Lung. 2000. 13 (4): 355–9.

CAS Google ученый

2.

Поуп К.А., Тернер М.К., Бернетт Р.Т., Джерретт М., Гапстур С.М., Дайвер В.Р., Кревски Д., Брук Р.Д. Связь между загрязнением воздуха мелкими частицами, кардиометаболическими расстройствами и смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний.Circ Res. 2015; 116 (1): 108 – U258.

CAS Статья Google ученый

3.

Kunzli N, Bridevaux PO, Liu LJS, Garcia-Esteban R, Schindler C, Gerbase MW, Sunyer J, Keidel D, Rochat T., Team S. Загрязнение воздуха, связанное с дорожным движением, коррелирует с астмой у взрослых. никогда не курильщики. Грудная клетка. 2009. 64 (8): 664–70.

CAS Статья Google ученый

4.

Neupane B, Jerrett M, Burnett RT, Marrie T., Arain A, Loeb M.Долгосрочное воздействие загрязнения окружающего воздуха и риск госпитализации с внебольничной пневмонией у пожилых людей. Am J Res Crit Care Med. 2010. 181 (1): 47–53.

CAS Статья Google ученый

5.

Масиол М., Харрисон Р.М. Выбросы выхлопных газов авиационных двигателей и другие связанные с аэропортами вклады в загрязнение окружающего воздуха: обзор. Atmos Environ. 2014; 95: 409–55.

CAS Статья Google ученый

6.

Харрисон Р.М., Масиол М., Вардулакис С. Гражданская авиация, загрязнение воздуха и здоровье человека. Environ Res Lett. 2015; 10 (4): 041001.

Артикул CAS Google ученый

7.

Hsu H-H, Adamkiewicz G, Houseman EA, Zarubiak D, Spengler JD, Levy JI. Вклад прилетов и вылетов самолетов в подсчет ультратонких частиц возле международного аэропорта Лос-Анджелеса. Sci Total Environ. 2013; 444: 347–55.

CAS Статья Google ученый

8.

Winther M, Kousgaard U, Ellermann T., Massling A, Nøjgaard JK, Ketzel M. Выбросы NOx, масса и количество частиц от главных двигателей самолетов, ВСУ и погрузочно-разгрузочного оборудования в аэропорту Копенгагена. Atmos Environ. 2015; 100: 218–29.

CAS Статья Google ученый

9.

Стейси Б. Измерение ультрамелких частиц в аэропортах: обзор. Atmos Environ. 2019; 198: 463–77.

CAS Статья Google ученый

10.

Ричи Дж., Стилл К., Росси Дж. 3-й, Беккедал М., Бобб А., Арфстен Д. Биологические последствия и последствия для здоровья воздействия керосинового топлива для реактивных двигателей и присадок. Журнал токсикологии и гигиены окружающей среды, часть B. Crit Rev.2003; 6 (4): 357–451.

CAS Google ученый

11.

Mattie DR, Sterner TR. Прошлые, настоящие и возникающие проблемы токсичности реактивного топлива. Toxicol Appl Pharmacol. 2011. 254 (2): 127–32.

CAS Статья Google ученый

12.

Плейл Д.Д., Смит Л.Б., Зелник С.Д. Личное воздействие паров и выхлопных газов реактивного топлива JP-8 на авиабазах. Перспектива здоровья окружающей среды. 2000. 108 (3): 183–92.

CAS Статья Google ученый

13.

Эджеги П.П., Хауф-Кабало Л., Гибсон Р., Раппапорт С.М. Бензол и нафталин в воздухе и дыхании как индикаторы воздействия реактивного топлива. Occup Environ Med. 2003. 60 (12): 969–76.

CAS Статья Google ученый

14.

Ван С., Янг Р.С., Сан Н.Н., Виттен М.Л. Высвобождение цитокинов in vitro из пневмоцитов крыс типа II и альвеолярных макрофагов после воздействия реактивного топлива JP-8 в совместном культивировании. Токсикология. 2002. 173 (3): 211–9.

CAS Статья Google ученый

15.

Пфафф Дж., Партон К., Кларк Ланц Р., Чен Х., Хейс А.М., Виттен М.Л. Вдыхание реактивного топлива jp-8 изменяет функцию легких и уровень вещества p у крыс fischer 344. J Appl Toxicol.1995. 15 (4): 249–56.

CAS Статья Google ученый

16.

Пфафф Дж. К., Толлингер Б. Дж., Ланц Р. К., Чен Х., Хейс А. М., Виттен М. Л.. Нейтральная эндопептидаза (НЭП) и ее роль в патологическом изменении легких при вдыхании реактивного топлива JP-8. Toxicol Ind Health. 1996. 12 (1): 93–103.

CAS Статья Google ученый

17.

Фехтер Л.Д., Гирхарт С., Фултон С., Кэмпбелл Дж., Фишер Дж., На К., Кокер Д., Нельсон-Миллер А., Мун П., Пуятос Б.Топливо для реактивных двигателей JP-8 может способствовать ухудшению слуха в результате последующего шумового воздействия на крыс. Toxicol Sci. 2007. 98 (2): 510–25.

CAS Статья Google ученый

18.

Фехтер Л.Д., Фишер Дж. У., Чепмен Г. Д., Мокаши В. П., Ортиз П. А., Ребулет Дж. Э., Стаббс Дж. Е., Лир А. М., Макинтурф С. М., Прю С. Л. и др. Субхроническое воздействие реактивного топлива JP-8 повышает уязвимость крыс к потере слуха, вызванной шумом. J. Toxicol Environ Health A. 2012; 75 (5): 299–317.

CAS Статья Google ученый

19.

Кауфман Л.Р., ЛеМастерс Г.К., Олсен Д.М., Суккоп П. Влияние одновременного шума и воздействия реактивного топлива на потерю слуха. J Occup Environ Med. 2005. 47 (3): 212–8.

Артикул Google ученый

20.

Файф Т.Д., Робб Майя, Стинерсон К.К., Саха К.С.. Двусторонняя вестибулярная дисфункция, связанная с хроническим воздействием военного реактивного топлива Тип Восьмой.Топливо. 2018; 9: 351.

Google ученый

21.

Харрис Д.Т., Сакиестева Д., Титоне Д., Робледо Р.Ф., Янг Р.С., Виттен М. Иммунотоксичность, вызванная реактивным топливом. Toxicol Ind Health. 2000. 16 (7–8): 261–5.

CAS Статья Google ученый

22.

Harris DT, Sakiestewa D, Titone D, Young RS, Witten M. Воздействие реактивного топлива JP-8 приводит к немедленной иммунотоксичности, которая накапливается с течением времени.Toxicol Ind Health. 2002. 18 (2): 77–83.

CAS Статья Google ученый

23.

Mattie DR, Sterner TR, Reddy G, Steup DR, Zeiger E, Wagner DJ, Kurtz K, Daughtrey WC, Wong BA, Dodd DE, et al. Оценка токсичности и профессионального воздействия синтетического парафинового керосина Фишера-Тропша. J. Toxicol Environ Health A. 2018; 81 (16): 774–91.

CAS Статья Google ученый

24.

Lighty JS, Veranth JM, Sarofim AF. Аэрозоли горения: факторы, определяющие их размер, состав и влияние на здоровье человека. J Air Waste Manag Assoc. 2000. 50 (9): 1565–618.

CAS Статья Google ученый

25.

Хаммес К., Шмидт М.В.И., Смерник Р.Дж., Карри Л.А., Болл В.П., Нгуен Т.Х., Лушуарн П., Хоуэл С., Густафссон О., Эльмквист М. и др. Сравнение методов количественной оценки для измерения образующегося при пожаре (черного / элементарного) углерода в почвах и отложениях с использованием эталонных материалов из почвы, воды, отложений и атмосферы.Glob Biogeochem Cycles. 2007; 21 (3): GB3016. https://doi.org/10.1029/2006GB002914.

26.

Сингх А., Раджпут П., Шарма Д., Зарин М.М., Сингх Д. Черный углерод и элементарный углерод в результате сжигания послеуборочных сельскохозяйственных отходов на Индо-Гангской равнине. J Adv Meteorol. 2014; 2014: 10.

Google ученый

27.

Costabile F, Angelini F, Barnaba F, Gobbi GP. Разделение черного углерода между ультратонкими и мелкодисперсными частицами в городском аэропорту vs.городская фоновая среда. Atmos Environ. 2015; 102: 136–44.

CAS Статья Google ученый

28.

Кёкен М.П., ​​Моерман М., Зандвельд П., Хенцинг Дж. С., Хук Г. Общее и определенное количество частиц и концентрации черного углерода в городских районах вблизи аэропорта Схипхол (Нидерланды). Atmos Environ. 2015; 104: 132–42.

CAS Статья Google ученый

29.

Мазахери М., Джонсон Г.Р., Моравска Л. Инвентаризация выбросов твердых частиц и газов в результате работы двигателей большой тяги в аэропорту. Atmos Environ. 2011. 45 (20): 3500–7.

CAS Статья Google ученый

30.

Стейси Б., Харрисон Р.М., Поуп Ф. Оценка концентраций и распределения ультрамелких частиц по размерам в лондонском аэропорту Хитроу. Atmos Environ. 2019; 222: 117148.

Артикул CAS Google ученый

31.

Liati A, Schreiber D, Alpert PA, Liao Y, Brem BT, Corral Arroyo P, Hu J, Jonsdottir HR, Ammann M, Dimopoulos Eggenschwiler P. Авиационная сажа от обычного топлива и биотоплива во время наземного холостого хода и в условиях набора высоты: Electron микроскопия и рентгеновская микроспектроскопия. Загрязнение окружающей среды. 2019; 247: 658–67.

CAS Статья Google ученый

32.

Shirmohammadi F, Sowlat MH, Hasheminassab S, Saffari A, Ban-Weiss G, Sioutas C.Уровни выбросов количества частиц, массы и черного углерода Международным аэропортом Лос-Анджелеса (LAX) и их влияние на качество воздуха в Лос-Анджелесе. Atmos Environ. 2017; 151: 82–93.

CAS Статья Google ученый

33.

Campagna M, Frattolillo A, Pili S, Marcias G, Angius N, Mastino CC, Cocco P, Buonanno G. Воздействие ультрамелкодисперсных частиц на окружающую среду внутри и поблизости военного аэропорта. Атмосфера. 2016; 7 (10): 138.

Артикул Google ученый

34.

Westerdahl D, Fruin SA, Fine PL, Sioutas C. Международный аэропорт Лос-Анджелеса как источник ультратонких частиц и других загрязнителей для близлежащих населенных пунктов. Atmos Environ. 2008. 42 (13): 3143–55.

CAS Статья Google ученый

35.

Канепари С., Паделла Ф., Астолфи М.Л., Маркони Э., Перрино К. Концентрация элементов в атмосферных твердых частицах: оценка вклада наночастиц.Aerosol Air Qual Res. 2013. 13 (6): 1619–29.

CAS Статья Google ученый

36.

Bendtsen KM, Brostrøm A, Koivisto AJ, Koponen I, Berthing T, Bertram N, Kling KI, Dal Maso M, Kangasniemi O, Poikkimäki M, et al. Частицы выбросов в аэропортах: характеристика воздействия и токсичность после интратрахеального введения мышам. Токсикол частиц волокна. 2019; 16 (1): 23.

Артикул CAS Google ученый

37.

Рахим М.Ф., Пал Д., Ария ПА. Физико-химические исследования аэрозолей в аэропорту Монреаля Трюдо: важность переносимых по воздуху наночастиц, содержащих металлические загрязнители. Загрязнение окружающей среды. 2019; 246: 734–44.

CAS Статья Google ученый

38.

Вандер Вал Р.Л., Брюг В.М., Хуанг С.Х. Твердые частицы авиационного двигателя: макро-, микро- и наноструктура по данным ПЭМВР и химия с помощью XPS. Пламя горения. 2014. 161 (2): 602–11.

CAS Статья Google ученый

39.

Мур Р.Х., Торнхилл К.Л., Вайнциерл Б., Зауэр Д., Д’Асколи Э., Ким Дж., Лихтентерн М., Шайбе М., Битон Б., Бейерсдорф А.Дж. и др. Смешивание биотоплива снижает выбросы частиц авиационными двигателями в крейсерских условиях. Природа. 2017; 543 (7645): 411–5.

CAS Статья Google ученый

40.

Агравал Х., Савант А.А., Янсен К., Уэйн Миллер Дж., Кокер ДР. Определение характеристик выбросов химических веществ и твердых частиц авиационными двигателями.Atmos Environ. 2008. 42 (18): 4380–92.

CAS Статья Google ученый

41.

Targino AC, Machado BLF, Krecl P. Концентрации и личное воздействие частиц черного углерода в аэропортах и ​​на коммерческих рейсах. Transport Res. 2017; 52: 128–38.

Google ученый

42.

Фусими А., Сайто К., Фудзитани Ю., Такегава Н. Идентификация смазочного масла для струйных двигателей как основного компонента наночастиц выхлопных газов самолетов.Atmos Chem Phys. 2019; 19 (9): 6389–99.

CAS Статья Google ученый

43.

Li W, Wang Y, Kannan K. Возникновение, распространение и воздействие на человека 20 фосфорорганических эфиров в воздухе, почве, хвои, речной воде и образцах пыли, собранных вокруг аэропорта в штате Нью-Йорк, США . Environ Int. 2019; 131: 105054.

CAS Статья Google ученый

44.

Solbu K, Daae HL, Thorud S, Ellingsen DG, Lundanes E, Molander P. Воздействие переносимых по воздуху органофосфатов, происходящих из гидравлических и турбинных масел, среди авиационных техников и погрузчиков. J Environ Monitor. 2010. 12 (12): 2259–68.

CAS Статья Google ученый

45.

Харрисон В., Маккензи Росс SJ. Возникающая проблема: токсичные пары в салонах самолетов. Cortex. 2016; 74: 297–302.

Артикул Google ученый

46.

Michaelis SBJ, Howard CV. Аэротоксический синдром: новое профессиональное заболевание? Панорама общественного здравоохранения. 2017; 3 (2): 198–211.

Google ученый

47.

Бойл К.А. Оценка выбросов твердых частиц от реактивных двигателей: анализ химических и физических характеристик и потенциального воздействия на прибрежную среду и здоровье человека. Транспорт Res Record. 1996; 1517 (1): 1–9.

Артикул Google ученый

48.

Абегглен М., Брем Б.Т., Элленридер М., Дурдина Л., Риндлисбахер Т., Ван Дж., Ломанн Ю., Серау Б. Химическая характеристика свежевыброшенных твердых частиц из выхлопных газов самолетов с использованием масс-спектрометрии отдельных частиц. Atmos Environ. 2016; 134: 181–97.

CAS Статья Google ученый

49.

Ширмохаммади Ф., Ловетт С., Соулат М.Х., Мусави А., Верма В., Шафер М.М., Шауэр Дж. Дж., Сиутас К. Химический состав и окислительно-восстановительная активность PM0.25 рядом с международным аэропортом Лос-Анджелеса и сравнение с городским движением. Sci Total Environ. 2018; 610–611: 1336–46.

Артикул CAS Google ученый

50.

He R-W, Shirmohammadi F, Gerlofs-Nijland ME, Sioutas C, Cassee FR. Провоспалительная реакция на PM0,25 от выбросов аэропорта и городского транспорта. Sci Total Environ. 2018; 640–641: 997–1003.

Артикул CAS Google ученый

51.

Turgut ET, Gaga EO, Jovanovic G, Odabasi M, Artun G, Ari A, Urosevic MA. Элементная характеристика эмиссии самолетов авиации общего назначения с использованием мешков из мха. Environ Sci Pollut Res Int. 2019; 26 (26): 26925–38.

CAS Статья Google ученый

52.

Кавалло Д., Урсини С.Л., Карелли Дж., Иавиколи I, Чиерво А, Перникони Б., Рондиноне Б, Гисмонди М., Иавиколи С. Профессиональное воздействие на персонал аэропорта: характеристика и оценка генотоксических и окислительных эффектов.Токсикология. 2006. 223 (1–2): 26–35.

CAS Статья Google ученый

53.

Лай Ч., Чуанг Кей, Чанг Дж.В. Характеристики ПАУ, связанных с нано- / ультратонкими частицами, в окружающем воздухе в международном аэропорту. Environ Sci Pollut Res. 2013. 20 (3): 1772–80.

CAS Статья Google ученый

54.

Чен Й.К., Ли В-Дж., Уанг С.-Н, Ли С.-Х, Цай П-Дж. Характеристики выбросов полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) вертолетным двигателем UH-1H и их влияние на окружающую среду.Atmos Environ. 2006. 40 (39): 7589–97.

CAS Статья Google ученый

55.

Европейская комиссия: Загрязнение атмосферного воздуха полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ). Документ с изложением позиции. https://ec.europa.eu/environment/archives/; 2001.

Google ученый

56.

Занони И., Остуни Р., Марек Л. Р., Барреси С., Барбалат Р., Бартон Г. М., Грануччи Ф., Каган Дж. К.. CD14 контролирует индуцированный ЛПС эндоцитоз Toll-подобного рецептора 4.Клетка. 2011. 147 (4): 868–80.

CAS Статья Google ученый

57.

Федеральное управление гражданской авиации. Выберите справочные материалы и аннотированную библиографию по теме опасных загрязнителей воздуха (HAP), связанных с самолетами, аэропортами и авиацией. В: Управление окружающей среды и энергетики Федерального авиационного управления; 2003.

Google ученый

58.

Мокаллед Т., Жерар Дж. А., Аббуд М., Ляуд С., Насреддин Р., Ле Кальве С.Оценка качества воздуха в помещении технического обслуживания в международном аэропорту Бейрут им. Рафика Харири. Atmos Pollut Res. 2019; 10 (3): 701–11.

CAS Статья Google ученый

59.

Янссен Н., Ламмер М., Мейтланд-ван де Зее А., ван де Зи С., Кёкен Р., Блом М., ван ден Балк П., ван Динтер Д., Хук Г., Камстра К. и др. Onderzoek naar de gezondheidseffecten van kortdurende blootstelling aan ultrafijn stof rond Schiphol 2019–0084 edn.Нидерланды: официальные отчеты RIVM; 2019. стр. 188.

60.

Stafoggia M, Cattani G, Forastiere F, Di Menno di Bucchianico A, Gaeta A, Ancona C. Концентрации числа частиц вблизи городского аэропорта Рим-Чампино. Atmos Environ. 2016; 147: 264–73.

CAS Статья Google ученый

61.

Масиол М., Харрисон Р.М. Количественная оценка воздействия на качество воздуха лондонского аэропорта Хитроу (Великобритания) с 2005 по 2012 год. Atmos Environ.2015; 116: 308–19.

CAS Статья Google ученый

62.

Stettler MEJ, Eastham S, Barrett SRH. Воздействие аэропортов Великобритании на качество воздуха и здоровье населения. Часть I: Выбросы. Atmos Environ. 2011. 45 (31): 5415–24.

CAS Статья Google ученый

63.

Mokalled T, Le Calvé S, Badaro-Saliba N, Abboud M, Zaarour R, Farah W., Adjizian-Gérard J. Определение воздействия деятельности аэропорта Бейрута на качество местного воздуха — Часть I: Кадастр выбросов NO2 и летучие органические соединения.Atmos Environ. 2018; 187: 435–44.

CAS Статья Google ученый

64.

Rissman J, Arunachalam S, BenDor T, West JJ. Воздействие авиационной эмиссии на справедливость и здоровье в международном аэропорту Хартсфилд-Джексон в Атланте. Городской ландшафтный план. 2013; 120: 234–47.

Артикул Google ученый

65.

Худда Н., Гулд Т., Хартин К., Ларсон ТВ, Фруин С.А. Выбросы из международного аэропорта увеличивают числовую концентрацию частиц в 4 раза на расстоянии 10 км с подветренной стороны.Environ Sci Technol. 2014. 48 (12): 6628–35.

CAS Статья Google ученый

66.

Шленкер В., Уокер В. Аэропорты, загрязнение воздуха и современное здоровье. Rev Econ Stud. 2015; 83 (2): 768–809.

Артикул Google ученый

67.

Pecorari E, Mantovani A, Franceschini C, Bassano D, Palmeri L, Rampazzo G. Анализ влияния метеорологии на дисперсию и осаждение выхлопных газов самолетов с использованием модели лагранжевых частиц.Sci Total Environ. 2016; 541: 839–56.

CAS Статья Google ученый

68.

Schmid O, Stoeger T. Площадь поверхности — это биологически наиболее эффективный показатель дозы для острой токсичности наночастиц в легких. J Aerosol Sci. 2016; 99: 133–43.

CAS Статья Google ученый

69.

МАИР. Выхлопы дизельных и бензиновых двигателей и некоторые нитроарены. https: // монографии.iarc.fr/agents-classified-by-the-iarc/. В: База данных монографий Международного агентства по исследованию рака, т. 105; 2010.

Google ученый

70.

Салви С., Бломберг А., Руделл Б., Келли Ф., Сандстрём Т., Холгейт С., Фрю А. Острая воспалительная реакция в дыхательных путях и периферической крови после кратковременного воздействия дизельного выхлопа у здоровых добровольцев. Am J Respir Crit Care Med. 1999. 159 (3): 702–9.

CAS Статья Google ученый

71.

Hashimoto AH, Amanuma K, Hiyoshi K, Sugawara Y, Goto S, Yanagisawa R, Takano H, Masumura K, Nohmi T., Aoki Y. Мутации в легких у трансгенных мышей с дельтой gpt после вдыхания выхлопных газов дизельного топлива. Environ Mol Mutagene. 2007. 48 (8): 682–93.

CAS Статья Google ученый

72.

Brightwell J, Fouillet X, Cassano-Zoppi AL, Bernstein D, Crawley F, Duchosal F, Gatz R, Perczel S, Pfeifer H. Опухоли дыхательных путей у крыс и хомяков после хронического вдыхания выхлопных газов двигателя выбросы.J Appl Toxicol. 1989. 9 (1): 23–31.

CAS Статья Google ученый

73.

Sabre AT, Bornholdt J, Dybdahl M, Sharma AK, Loft S, Vogel U, Wallin H. Фактор некроза опухоли не требуется при генотоксичности, вызванной частицами, и воспалении легких. Arch Toxicol. 2005. 79 (3): 177–82.

CAS Статья Google ученый

74.

Sabre AT, Jacobsen NR, Bornholdt J, Kjaer SL, Dybdahl M, Risom L, Loft S, Vogel U, Wallin H.Экспрессия цитокинов у мышей, подвергшихся воздействию частиц выхлопных газов дизельного топлива при вдыхании. Роль фактора некроза опухоли. Токсикол частиц волокна. 2006; 3: 4.

Артикул CAS Google ученый

75.

Husain M, Kyjovska ZO, Bourdon-Lacombe J, Sabre AT, Jensen KA, Jacobsen NR, Williams A, Wallin H, Halappanavar S, Vogel U, et al. Наночастицы технического углерода вызывают изменения двухфазной экспрессии генов, связанные с воспалительными реакциями в легких мышей C57BL / 6 после однократной интратрахеальной инстилляции.Toxicol Appl Pharmacol. 2015. 289 (3): 573–88.

CAS Статья Google ученый

76.

Сабер А.Т., Йенсен К.А., Якобсен Н.Р., Биркедал Р., Миккельсен Л., Моллер П., Лофт С., Валлин Х., Фогель У. Воспалительные и генотоксические эффекты наночастиц, предназначенных для включения в краски и лаки. Нанотоксикология. 2012; 6 (5): 453–71.

CAS Статья Google ученый

77.

Сабер А.Т., Ламсон Дж. С., Якобсен Н. Р., Равн-Харен Дж., Хугард К. С., Найенди А. Н., Уолберг П., Мэдсен А. М., Джексон П., Валлин Н. и др. Реакция острой фазы легких, индуцированная частицами, коррелирует с притоком нейтрофилов, связывая вдыхаемые частицы и риск сердечно-сосудистых заболеваний. PLoS One. 2013; 8 (7): e69020.

CAS Статья Google ученый

78.

Якобсен Н.Р., Моллер П., Йенсен К.А., Фогель У., Ладефогед О., Лофт С., Валлин Х. Воспаление легких и генотоксичность после воздействия наночастиц на легкие у мышей ApoE — / -.Токсикол частиц волокна. 2009; 6: 2.

Артикул CAS Google ученый

79.

Кийовска З.О., Якобсен Н.Р., Сабер А.Т., Бенгтсон С., Джексон П., Валлин Х., Фогель У. Разрывы цепей ДНК, острая фазовая реакция и воспаление после воздействия в легкие путем закапывания частиц выхлопных газов дизельного топлива NIST1650b мышам. Мутагенез. 2015; 30 (4): 499–507.

CAS Статья Google ученый

80.

Vermeulen R, Silverman DT, Garshick E, Vlaanderen J, Portengen L, Steenland K. Оценки «воздействие-реакция» для выхлопных газов дизельных двигателей и смертности от рака легких на основе данных трех профессиональных групп. Перспектива здоровья окружающей среды. 2014. 122 (2): 172–7.

Артикул Google ученый

81.

Ge C, Peters S, Olsson A, Portengen L, Schüz J, Almansa J, Ahrens W., Bencko V, Benhamou S., Boffetta P, et al. Воздействие выхлопных газов дизельного двигателя, курение и подтипные риски рака легких: объединенный анализ воздействия-реакции 14 исследований случай-контроль.Am J Respir Crit Care Med. 2020; 202: 402–11.

Артикул Google ученый

82.

МАИР. Преамбула к монографиям МАИР. Январь 2019 изд. https://monographs.iarc.fr/iarc-monographs-preamble-preamble-to-the-iarc-monographs/: Международное агентство по изучению рака; 2019.

83.

Чайлдерс Дж. У., Уизерспун С. Л., Смит Л. Б., Плейл Дж. Д.. Комплексное измерение в реальном времени потенциального воздействия на человека полициклических ароматических углеводородов, связанных с частицами, из выхлопных газов самолетов.Перспектива здоровья окружающей среды. 2000. 108 (9): 853–62.

CAS Статья Google ученый

84.

Iavicoli I, Carelli G, Bergamaschi A. Оценка воздействия содержащихся в воздухе полициклических ароматических углеводородов в итальянском аэропорту. J Occup Environ Med. 2006. 48 (8): 815–22.

CAS Статья Google ученый

85.

Pirhadi M, Mousavi A, Sowlat MH, Janssen NAH, Cassee FR, Sioutas C.Относительный вклад деятельности крупного международного аэропорта и других городских источников в числовые концентрации частиц (PNC) на близлежащем участке мониторинга. Загрязнение окружающей среды. 2020; 260: 114027.

CAS Статья Google ученый

86.

Буонанно Г., Бернабеи М., Авино П., Стабиле Л. Профессиональное воздействие переносимых по воздуху частиц и других загрязнителей на авиационной базе. Загрязнение окружающей среды. 2012; 170: 78–87.

CAS Статья Google ученый

87.

Møller KL, Thygesen LC, Schipperijn J, Loft S, Bonde JP, Mikkelsen S, Brauer C. Профессиональное воздействие сверхмелкозернистых частиц среди сотрудников аэропорта — сочетание персонального мониторинга и глобальной системы позиционирования. PLOS ONE. 2014; 9 (9): e106671.

Артикул CAS Google ученый

88.

Мари-Десвернь С., Дубоссон М., Тури Л., Циммерманн Э., Год-Мом М., Леклерк Л., Дюран С., Клерляйн М., Молинари Н., Вашье И. и др. Оценка воздействия наночастиц и металлов на работников аэропорта с помощью конденсата выдыхаемого воздуха.J Breath Res. 2016; 10 (3): 036006.

Артикул Google ученый

89.

Рен Дж., Лю Дж., Цао Х, Ли Ф, Ли Дж. Сверхмелкие частицы в салоне ожидающего коммерческого авиалайнера в международном аэропорту Тяньцзинь, Китай. Внутренняя встроенная среда. 2017; 27 (9): 1247–58.

Артикул Google ученый

90.

Рен Дж., Цао Х, Лю Дж. Влияние атмосферных твердых частиц на качество воздуха в помещении в зданиях аэровокзала: первое полевое исследование в аэропорту Тяньцзинь, Китай.Atmos Environ. 2018; 179: 222–6.

CAS Статья Google ученый

91.

Лопес М., Руссо А., Монхардино Дж., Гувейя С., Феррейра Ф. Мониторинг ультрамелкодисперсных частиц в городской зоне, окружающей гражданский аэропорт. Atmos Pollut Res. 2019; 10 (5): 1454–63.

Артикул Google ученый

92.

Марсиас Г., Казула М.Ф., Урас М., Фальки А., Миоцци Е., Согне Е., Пили С., Пилиа И., Фаббри Д., Мелони Ф. и др.Профессиональные мелкие / сверхмелкозернистые частицы и воздействие шума у ​​авиационного персонала, работающего на рулежных дорожках аэропорта. Среды. 2019; 6 (3): 35.

Артикул Google ученый

93.

Мокаллед Т., Аджизиан Жерар Дж., Аббуд М., Трокке С., Нассреддин Р., Лицо V, Ле Кальве С. Трассеры летучих органических соединений, обнаруженные в результате действий самолетов в международном аэропорту Бейрута имени Рафика Харири. Atmos Pollut Res. 2019; 10 (2): 537–51.

CAS Статья Google ученый

94.

Лин С., Манси Дж. П., Хердт-Лосавио М., Хванг С.А., Чивероло К., МакГарри К., Джентиле Т.Дж. Жилая близость к крупным аэропортам и потенциальное воздействие на здоровье в штате Нью-Йорк. Int Arch Occup Environ Health. 2008. 81 (7): 797–804.

CAS Статья Google ученый

95.

Сенкайи С.Н., Саттлер М.Л., Роу Н., Чен В.П. Исследование связи между заболеваемостью детской лейкемией и аэропортами в Техасе. Atmos Pollut Res. 2014. 5 (2): 189–95.

Артикул CAS Google ученый

96.

Penn SL, Boone ST, Harvey BC, Heiger-Bernays W., Tripodis Y, Arunachalam S, Levy JI. Моделирование изменчивости ущерба здоровью, связанного с загрязнением воздуха, в результате выбросов отдельных аэропортов. Environ Res. 2017; 156: 791–800.

CAS Статья Google ученый

97.

Генри Р.К., Мохан С., Яздани С. Оценка потенциального воздействия аэропортов на качество воздуха на детей, посещающих близлежащие школы.Atmos Environ. 2019; 212: 128–35.

CAS Статья Google ученый

98.

Møller KL, Brauer C, Mikkelsen S, Loft S, Simonsen EB, Koblauch H, Bern SH, Alkjr T., Hertel O, Becker T, et al. Когорта аэропорта Копенгагена: загрязнение воздуха, ручная обработка багажа и здоровье. BMJ Open. 2017; 7 (5): e012651.

Артикул Google ученый

99.

Møller KL, Brauer C, Mikkelsen S, Bonde JP, Loft S, Helweg-Larsen K, Thygesen LC.Сердечно-сосудистые заболевания и долгосрочное профессиональное воздействие ультрамелкодисперсных частиц: когортное исследование работников аэропорта. Int J Hygiene EnvironHealth. 2019; 223: 214–9.

Артикул Google ученый

100.

Лемастерс Г.К., Ливингстон Г.К., Локки Дж. Э., Олсен Д. М., Шукла Р., Нью Дж., Селеван С. Г., Йин Дж. Х. Генотоксические изменения после воздействия низкоуровневого растворителя и топлива на обслуживающий персонал самолета. Мутагенез. 1997. 12 (4): 237–43.

CAS Статья Google ученый

101.

Tunnicliffe WS, O’Hickey SP, Fletcher TJ, Miles JF, Burge PS, Ayres JG. Легочная функция и респираторные симптомы у работников аэропорта. Occup Environ Med. 1999. 56 (2): 118–23.

CAS Статья Google ученый

102.

Ян Си-И, Ву Т-Н, Ву Дж-Дж, Хо Си-К, Чанг П-И. Неблагоприятные респираторные и раздражающие последствия для здоровья работников аэропорта на Тайване. J Toxicol Environ Health, Часть A. 2003; 66 (9): 799–806.

CAS Статья Google ученый

103.

Уилан Э.А., Лоусон С.С., Граевски Б., Петерсен М.Р., Пинкертон Л.Е., Уорд Э.М., Шнорр TM. Распространенность респираторных симптомов среди бортпроводниц и учителей. Occup Environ Med. 2003; 60 (12): 929.

CAS Статья Google ученый

104.

Радикан Л., Блер А., Стюарт П., Вартенберг Д. Смертность рабочих по обслуживанию самолетов, подвергшихся воздействию трихлорэтилена и других углеводородов и химикатов: расширенное наблюдение. J Occup Environ Med.2008. 50 (11): 1306–19.

CAS Статья Google ученый

105.

Эрдем О., Саял А., Экен А., Акай С., Айдын А. Оценка генотоксических и окислительных эффектов у рабочих, подвергшихся воздействию топлива для реактивных двигателей. Int Arch Occup Environ Health. 2012. 85 (4): 353–61.

CAS Статья Google ученый

106.

Visser O, van Wijnen JH, van Leeuwen FE. Заболеваемость раком в районе амстердамского аэропорта Схипхол в 1988–2003 годах: популяционное экологическое исследование.BMC Public Health. 2005; 5: 127.

Артикул Google ученый

107.

Habre R, Zhou H, Eckel SP, Enebish T, Fruin S, Bastain T, Rappaport E, Gilliland F. Краткосрочные эффекты воздействия ультратонких частиц в аэропорту на функцию легких и воспаление у взрослых с астмой . Environ Int. 2018; 118: 48–59.

CAS Статья Google ученый

108.

Ламмерс А., Янссен НАХ, Бурэ А.Дж., Бергер М., Лонго С., Виджверберг С.Ю., Нееринкс, А.Х., Мейтланд — ван дер Зее, А.Х., Касси, Франция.Влияние кратковременного воздействия сверхмелкозернистых частиц возле аэропорта на здоровых людей. Environ Int. 2020; 141: 105779.

CAS Статья Google ученый

109.

He R-W, Gerlofs-Nijland ME, Boere J, Fokkens P, Leseman D, Janssen NAH, Cassee FR. Сравнительная токсичность сверхмелкозернистых частиц вокруг крупного аэропорта в модели клеток эпителия бронхов человека (Calu-3) на границе раздела воздух-жидкость. Toxicol Vitro. 2020; 68: 104950.

CAS Статья Google ученый

110.

Ferry D, Rolland C, Delhaye D, Barlesi F, Robert P, Bongrand P, Vitte J. Частицы выхлопных газов струи изменяют созревание дендритных клеток человека. Inflam Res. 2011; 60 (3): 255–63.

CAS Статья Google ученый

111.

Jonsdottir HR, Delaval M, Leni Z, Keller A, Brem BT, Siegerist F, Schönenberger D, Durdina L, Elser M, Burtscher H, et al.Выбросы нелетучих частиц из газотурбинных двигателей самолетов на холостом ходу вызывают окислительный стресс в клетках бронхов. Commun Biol. 2019; 2 (1): 90.

Артикул Google ученый

112.

Zhou Y, Levy JI. Неоднородность выбросов токсичных веществ в атмосферу между аэропортами, связанная с индивидуальными пороговыми значениями риска рака и рисками для населения. Здоровье окружающей среды. 2009; 8 (1): 22.

Артикул CAS Google ученый

113.

ВОЗ. Загрязнение атмосферного (наружного) воздуха. http://who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor)-air-quality-and-health. По состоянию на январь 2021 г.

114.

Ye RD, Sun L. Новые функции сывороточного амилоида А при воспалении. J Leukocyte Biol. 2015; 98 (6): 923–9.

CAS Статья Google ученый

115.

Ye Y, Yue M, Jin X, Chen S, Li Y. Влияние пероральной толерантности на роль интраэпителиальных лимфоцитов тонкого кишечника при колите у мышей, вызванном сульфатом натрия декстрана.Int J Colorectal Dis. 2012. 27 (5): 583–93.

Артикул Google ученый

116.

Ян РБ, Марк М.Р., Грей А., Хуанг А., Се М.Х., Чжан М., Годдард А., Вуд В.И., Герни А.Л., Годовски П.Дж. Toll-подобный рецептор-2 опосредует индуцированную липополисахаридом клеточную передачу сигналов. Природа. 1998. 395 (6699): 284–8.

CAS Статья Google ученый

117.

Stone V, Miller MR, Clift MJD, Elder A, Mills NL, Moller P, Schins RPF, Vogel U, Kreyling WG, Alstrup Jensen K, et al.Наноматериалы и ультрамелкие частицы окружающей среды: возможность обмена токсикологическими знаниями. Перспектива здоровья окружающей среды. 2017; 125 (10): 106002.

Артикул Google ученый

118.

Карвалью Р.Н., Арукве А., Айт-Айсса С., Бадо-Ниллес А., Бальзамо С., Баун А., Белкин С., Блаха Л., Брион Ф, Конти Д. и др. Смеси химических загрязнителей в концентрациях, безопасных по европейскому законодательству: насколько они безопасны? Toxicol Sci. 2014. 141 (1): 218–33.

CAS Статья Google ученый

119.

Нотон С.Х., Терри А.В. мл. Нейротоксичность при остром и повторяющемся воздействии органофосфатов. Токсикология. 2018; 408: 101–12.

CAS Статья Google ученый

120.

Сингх С., Шарма Н. Неврологические синдромы после отравления фосфорорганическими соединениями. Neurol India. 2000. 48 (4): 308–13.

CAS Google ученый

121.

Ховард С., Джонсон Д., Мортон Дж., Михаэлис С., Саппли Д., Бердон Дж. Кумулятивное воздействие фонового аэрозоля наночастиц является частью причинного механизма аэротоксического синдрома, т. 2018; 2018.

Google ученый

122.

Castaneda AR, Bein KJ, Smiley-Jewell S, Pinkerton KE. Мелкодисперсные частицы (PM2,5) усиливают аллергическую сенсибилизацию у мышей BALB / c. J Toxicol Env Health Часть A. 2017; 80 (4): 197–207.

CAS Статья Google ученый

123.

Иноуэ К.И., Такано Х. Усиление воздействия наночастиц на иммуноопосредованное воспаление легких. Sci World J. 2011; 11: 382–90.

CAS Статья Google ученый

124.

Stone V, Johnston H, Clift MJD. Загрязнение воздуха, токсикология ультратонких частиц и наночастиц: клеточные и молекулярные взаимодействия. IEEE Trans Nanobiosci. 2007. 6 (4): 331–40.

Артикул Google ученый

125.

Spira-Cohen A, Chen LC, Kendall M, Lall R, Thurston GD. Личное воздействие загрязнения воздуха, связанного с дорожным движением, и острых респираторных заболеваний среди школьников Бронкса, страдающих астмой. Перспектива здоровья окружающей среды. 2011. 119 (4): 559–65.

Артикул Google ученый

Жидкости | Бесплатный полнотекстовый | Численное моделирование самоходного установившегося реактивного движения при промежуточных числах Рейнольдса: влияние размера отверстия на реактивное движение животного

1.Введение

Довольно много морских животных плавают, используя реактивную тягу, при которой тяга создается за счет выброса воды из отверстия для достижения движения тела в противоположном направлении [1,2]. К ним относятся кальмары [3,4,5,6,7,8], наутилус [9,10,11], медузы [12,13,14,15,16], сальпы [17,18,19] и т. Д. Эффективность реактивного движения животного обычно оценивается количественно с использованием эффективности тяги Фруда (η _FPE ), определяемой как отношение полезной мощности, создаваемой против лобового сопротивления, к общей реактивной мощности [1,2].Например, с помощью измерений давления мантийной полости кальмар Illex illecebrosus имеет η _FPE в диапазоне 0,29–0,38 [2,20]. Кальмар Loligo pealei также имел среднее значение η _FPE , равное 0,56 [6]. Для измерения струйного течения кальмаров Doryteuthis pealeii paralarva использовался метод велосиметрии изображений частиц с временным разрешением (PIV); данные о струйном потоке были впоследствии проанализированы, чтобы показать среднее значение η _FPE , равное 0,44 [21]. Было показано, что несколько видов медуз, образующих в следе струи, имеют η _FPE в диапазоне 0.09–0.18, в то время как несколько других видов медуз, которые образуют дискретные вихревые кольца без замыкающих струй, имели η _FPE в диапазоне 0.29–0.53 [22]. Было показано, что в пределе вязкого вихревого кольца небольшая медуза Sarsia tubulosa имеет среднее значение η _FPE , равное 0,38 [21]. Значения η _FPE были также оценены для обыкновенного осьминога Octopus vulgaris (0,22), наутилуса Nautilus pompilius (0,15) и каракатицы Sepia officinalis (0,16) [23]. Поскольку η _FPE равно 0.75 для типичного волнообразного плавания костистых тел, реактивное движение животных менее эффективно по сравнению с плаванием рыб [2]. С другой стороны, большинство морских реактивных животных имеют небольшой диаметр сопла / воронки / сифона (d _{отверстие} ) по сравнению с с их шириной поперечного сечения корпуса (d), т. е. небольшим отношением диаметра отверстия струи к ширине поперечного сечения корпуса, определяемым как Ω ≡ d _{отверстие} / d и называемым отношением отверстий. Например, взрослые особи кальмаров Loligo pealei с длинными плавниками имеют значение Ω, равное ~ 0.10 по измерениям среднего диаметра сопла 0,8 см и средней ширины мантии 8,1 см [7]. Наблюдалось, что мелководный короткий кальмар Lolliguncula brevis при плавании хвостом вперед изменял диаметр своего отверстия от 0,51 до 0,05 см, одновременно сокращая диаметр мантии с 2,55 до 2,35 см за один цикл (рис. 5A в [24]). таким образом, имея Ω, равное ~ 0,11, которое было рассчитано с использованием значений среднего диаметра. Кальмар Doryteuthis pealeii paralarvae, по измерениям, имел средний диаметр сопла 0.24 мм и средней шириной мантии 1,0 мм [21], что дает значение Ω ~ 0,24. Было показано, что у реактивных осьминогов, наутилусов и каракатиц коэффициент воронки, определяемый как α ≡ (максимальная площадь поперечного сечения воронки) / (общий объем) ^2/3 , находится в диапазоне 0,014–0,037 [ 23]. Эти значения α в сочетании со значениями соотношения сторон тела, определяемого как e (ширина d поперечного сечения тела) / (длина тела L), использовались для оценки значений Ω. Снова были получены небольшие значения Ω, т.е. ~ 0,15 для обыкновенного осьминога Octopus vulgaris (оценка из α = 0.014 и e = 0,4), ~ 0,19 для наутилуса Nautilus pompilius с камерами (оценка из α = 0,035 и e = 0,76) и ~ 0,27 для каракатицы обыкновенной Sepia officinalis (оценка из α = 0,037 и e = 0,27). с тем же импульсом струи, выброс небольшой массы жидкости с высокой скоростью требует больше энергии и, следовательно, менее эффективен, чем выброс большой массы жидкости с низкой скоростью, как следует из простых теоретических рассуждений [5,7,25]. Таким образом, малый диаметр сопла струи относительно размера корпуса (т.е.е. малое соотношение отверстий Ω) означает низкий КПД. Тем не менее, для плавания с заданной скоростью корпусу с реактивным двигателем с меньшим диаметром отверстия для реактивного двигателя требуется меньшая масса или объемный расход, чем для корпуса с реактивным двигателем такого же размера с большим диаметром отверстия для реактивного двигателя. Поскольку объем животного ограничивает объем воды, который может быть вытеснен для создания тяги [2], общий объем воды, доступный для струи, физически ограничивает выполнение реактивного движения животным. То, что у реактивных животных есть малое соотношение отверстий Ω, вероятно, является адаптацией к этому физическому ограничению.

Настоящее исследование мотивировано вышеупомянутыми наблюдениями за реактивным движением животных, имеющим низкую эффективность тяги Фруда и малое передаточное число отверстий. В частности, в настоящем исследовании используется подход вычислительной гидродинамики (CFD) для моделирования потока, создаваемого самоходным осесимметричным телом, которое устойчиво плывет с помощью одноструйного двигателя с задним соплом. Самоходная установившаяся реактивная тяга, т. Е. Баланс между полной реактивной тягой и сопротивлением корпуса, достигается расчетным путем с использованием итерационного метода проб и ошибок.Комплексное параметрическое исследование выполняется путем изменения соотношения отверстий Ω, соотношения сторон тела e и размера тела. Исследовано влияние размера сопла струи на характер наложенных полей течения и коэффициенты сопротивления. Влияние размера сопла на характеристики реактивного движения проиллюстрировано путем оценки и сравнения эффективности движителя Фруда, квазипропульсивной эффективности и показателей характеристик реактивного движения (см. Определения ниже) для различных соотношений диафрагм, соотношений сторон корпуса и размеров корпуса. .

Несмотря на кажущуюся простоту, CFD-моделирование самоходной установившейся реактивной тяги при промежуточных числах Рейнольдса ранее не описывалось. Моделирование CFD, однако, выполнялось для реактивного движения животных в основном двумя способами: (1) положение тела фиксировано, в то время как плавательное движение предписывается набегающим потоком с постоянной скоростью (например, [26,27]), в этом случае самодвижение не гарантируется; и (2) деформация тела, которая порождает струйный поток, задается, в то время как нестационарное плавательное движение определяется путем решения уравнения движения (e.г., [28,29,30,31]). Среди этих работ только Ref. В [31] рассматривались различные размеры сопла для самоходной импульсной реактивной тяги, которая включает нестационарное взаимодействие между вихрями, генерируемыми соплом, и вихрями, образующимися на теле. В исследовании сделан вывод о том, что скорость плавания увеличивается с увеличением скорости струи и частоты пульсации, но за счет снижения эффективности силовой установки, без выявления влияния размера отверстия струи. Настоящее исследование, однако, рассматривает самоходный стационарный реактивный двигатель, в котором завихренность струи и завихренность тела находятся в равновесии, тем самым пытаясь изолировать влияние размера отверстия струи от сложной динамики вихря и взаимодействия жидкости и структуры в импульсном режиме. реактивный двигатель.

4. Обсуждение

Настоящее исследование с помощью моделирования CFD было напрямую мотивировано тем фактом, что большинство морских водометных животных имеют низкую эффективность движения по Фруду и малое отношение диаметра сопла к ширине поперечного сечения тела (то есть малое Ω). Несмотря на очень сложную биологическую реальность реактивного движения животных, в настоящем исследовании использовалась высоко идеализированная модель CFD, которая предполагает установившиеся осесимметричные потоки для промежуточных Re в порядке 1–1000. При этом модель смогла численно достичь самоходного установившегося плавания, т.е.е., баланс между полной реактивной тягой и сопротивлением корпуса с использованием итерационного метода проб и ошибок. Также было проведено всестороннее параметрическое исследование, которое систематически изменяет соотношение отверстий Ω, число Рейнольдса Re и соотношение сторон тела e, пытаясь изучить их влияние первого порядка на реактивное движение животных.

Результаты моделирования показывают, что поле потока, обусловленное плаванием, коэффициенты сопротивления, эффективность плавания и показатель характеристик водометного движения сильно зависят как от соотношения отверстий Ω, так и от числа Рейнольдса Re и, в меньшей степени, от соотношения сторон тела e (как показано на дополнительных рисунках S1 – S3).Наиболее заметно, как эффективность тяги Фруда, так и квазидвигательная эффективность значительно снижаются по мере уменьшения соотношения отверстий Ω (т. Е. По мере уменьшения размера отверстия струи). Напротив, показатель характеристик водометного движения существенно возрастает по мере уменьшения соотношения отверстий Ω (т. Е. При уменьшении размера сопла), что позволяет предположить, что при заданном объемном расходе струи меньшее сопло может поддерживать более быстрое плавание, чем сопло. Можно использовать более крупное сопло, хотя и с меньшей эффективностью плавания.Точно так же, чтобы плавать с той же скоростью, меньшее сопло требует меньшего объемного расхода струи, чем большее сопло. Эти результаты подтверждают мнение о том, что большинство реактивных животных с относительно небольшими размерами форсунок могут быть приспособлением к физическим ограничениям, связанным с ограниченным общим объемом воды, доступной для струйной очистки, и при этом им необходимо соревноваться за высокую скорость плавания. В стационарном реактивном двигателе завихренность струи и завихренность тела находятся в равновесии, а их пространственное распределение и взаимная компенсация сильно зависят от соотношения отверстий Ω.Независимо от Re, площадь контакта между отрицательной завихренностью тела и положительной завихренностью струи увеличивается с увеличением Ω (рис. 4b, f и рис. 5b, f). В результате с увеличением Ω отрицательная завихренность тела больше ограничивается телом, и одновременно положительная завихренность струи меньше распространяется вниз по потоку, тем самым уменьшая след и увеличивая эффективность силовой установки Фруда. Это дает простое объяснение повышенной эффективности плавания с увеличением Ω в условиях стационарного реактивного движения самоходки.Предполагается, что даже в самоходной импульсной реактивной двигательной установке, которая включает в себя нестационарное взаимодействие между вихрями, генерируемыми струей и излучаемыми телом, влияние размера сопла на эволюцию и подавление этих вихрей и, следовательно, на характеристики следа по-прежнему должно происходить. быть важным; однако детальная неустойчивая динамика остается неизученным вопросом исследований.

Как подтверждено настоящим исследованием, существует компромисс для реактивных животных, при котором плавание с высокой тягой, достигаемое за счет небольшого соотношения отверстий (Ω), значительно снижает эффективность плавания.В то время как большинство животных-водометов, таких как кальмары и вытянутые медузы, используют реактивную тягу для достижения высоких скоростей плавания и ускорения, чтобы уклоняться от хищников или быстро перемещаться, некоторые животные, такие как сальпы, используют реактивную тягу для кормления в подвешенном состоянии. Обнаружено, что животные, которые используют реактивную тягу, чтобы убежать от хищников и изменить положение, имеют очень маленькие соотношения отверстий и, фактически, у них есть динамические структуры, такие как велумы, которые дополнительно сужают их отверстия во время фаз сокращения плавания, что минимизирует их соотношение отверстий.Для таких пловцов эффективность не так важна.

Однако реактивные животные, которые должны непрерывно плавать, чтобы кормиться, должны обеспечивать максимальную эффективность. Это отражается в большом соотношении отверстий (Ω), наблюдаемом среди реактивных двигателей сальп. Например, сальпа Pegea confoederata имела максимальный диаметр предсердного сифона 1,23 см и ширину тела 2,84 см, а сальпа Cyclosalpa affinis имела максимальный диаметр сифона предсердия 1,18 см и ширину тела 2,80 см ( оба оценены на основе данных, представленных на рисунке 2 и в таблице 1 работы.[19]). Таким образом, у сальп больше Ω (> 0,42), чем у других реактивных животных. Сальпы также отличаются в другом аспекте от тех реактивных животных, которые используют одно и то же отверстие для впрыскивания и наполнения: сальпы плывут вперед, втягивая воду через оральный сифон, а затем вытесняя ее через предсердный сифон, и они плывут назад, переключая два сифона. сифоны для забора и сброса воды [17,18,19]. За счет использования двух сифонов для втягивания и вытеснения воды, сальпы менее ограничены в общем объеме воды, доступной для водометного движения, что дает больше места для использования сифонов большего размера для достижения более высокой эффективности плавания.Фактически, сальпы были определены как наиболее эффективные реактивные животные [17,18]. Большой интерес для будущих исследований представляет изучение гидродинамики сальп, которые используют два относительно больших сифона для соответственно втягивания и вытеснения воды, чтобы лучше понять уникальный способ движения сальп и механизм подачи суспензии.

инженеров Массачусетского технологического института впервые подняли в воздух самолет без движущихся частей | MIT News

С тех пор, как более 100 лет назад взлетел первый самолет, практически каждый самолет в небе летал с помощью движущихся частей, таких как пропеллеры, лопасти турбины или вентиляторы, издающие постоянное воющее гудение.

Теперь инженеры Массачусетского технологического института построили и взлетели на первом в мире самолете без движущихся частей. Вместо пропеллеров или турбин легкий самолет приводится в движение «ионным ветром» — бесшумным, но мощным потоком ионов, который создается на борту самолета и генерирует тягу, достаточную для приведения самолета в движение в устойчивом, устойчивом полете.

В отличие от самолетов с газотурбинными двигателями, летательные аппараты не зависят от ископаемого топлива. И в отличие от беспилотных летательных аппаратов с пропеллерным приводом, новая конструкция абсолютно бесшумна.

«Это первый в истории продолжительный полет самолета без движущихся частей в двигательной установке», — говорит Стивен Барретт, доцент кафедры аэронавтики и космонавтики Массачусетского технологического института. «Это потенциально открыло новые и неизведанные возможности для самолетов, которые тише, механически проще и не выделяют выбросы сгорания».

Он ожидает, что в ближайшем будущем такие силовые установки с ионным ветром можно будет использовать для управления менее шумными дронами. В дальнейшем он предполагает, что ионная силовая установка в сочетании с более традиционными системами сгорания позволит создать более экономичные гибридные пассажирские самолеты и другие большие летательные аппараты.

Барретт и его команда из Массачусетского технологического института опубликовали свои результаты сегодня в журнале Nature .

Хобби-ремесла

Барретт говорит, что вдохновение для создания ионного самолета команды отчасти исходит от фильма и телесериала «Звездный путь», которые он с жадностью смотрел в детстве. Его особенно привлекали футуристические корабли-шаттлы, которые легко скользили по воздуху, казалось, без движущихся частей и почти без шума или выхлопа.

«Это заставило меня подумать, что в долгосрочной перспективе у самолетов не должно быть пропеллеров и турбин», — говорит Барретт.«Они должны быть больше похожи на шаттлы из« Звездного пути , », которые светятся синим светом и летают бесшумно».

Около девяти лет назад Барретт начал искать способы создания силовой установки для самолетов без движущихся частей. В конце концов он натолкнулся на «ионный ветер», также известный как электроаэродинамическая тяга — физический принцип, который впервые был идентифицирован в 1920-х годах и описывает ветер или тягу, которая может возникать при пропускании тока между тонким и толстым электродом.Если приложено достаточное напряжение, воздух между электродами может создать тягу, достаточную для приведения в движение небольшого самолета.

В течение многих лет электроаэродинамическая тяга в основном была проектом любителей, и конструкции по большей части ограничивались небольшими настольными «подъемниками», привязанными к большим источникам напряжения, которые создают достаточно ветра для небольшого корабля, чтобы ненадолго зависнуть в воздухе. . В основном предполагалось, что будет невозможно произвести достаточно ионного ветра, чтобы продвинуть более крупный самолет в непрерывном полете.

«Это была бессонная ночь в отеле, когда у меня была синдром смены часовых поясов, и я подумал об этом и начал искать способы сделать это», — вспоминает он. «Я провел несколько предварительных расчетов и обнаружил, что да, это может стать жизнеспособной двигательной установкой», — говорит Барретт. «И оказалось, что потребовалось много лет работы, чтобы добраться от этого до первого испытательного полета».

Ионы в полете

Окончательный дизайн команды напоминает большой легкий планер.Самолет, который весит около 5 фунтов и имеет 5-метровый размах крыла, несет на себе множество тонких проводов, которые нанизаны как горизонтальные ограждения вдоль и под передним концом крыла самолета. Провода действуют как положительно заряженные электроды, в то время как аналогично расположенные более толстые провода, идущие вдоль задней части крыла самолета, служат отрицательными электродами.

В фюзеляже самолета установлена ​​стопка литий-полимерных батарей. В состав группы ионных самолетов Барретта входили члены исследовательской группы силовой электроники профессора Дэвида Перро в Исследовательской лаборатории электроники, которые разработали источник питания, который преобразует выходное напряжение батарей в достаточно высокое напряжение для приведения в движение самолета.Таким образом, батареи подают электричество 40 000 вольт для положительной зарядки проводов через легкий преобразователь энергии.

Когда на провода подано напряжение, они притягивают и отрывают отрицательно заряженные электроны от окружающих молекул воздуха, как гигантский магнит, притягивающий железные опилки. Оставшиеся молекулы воздуха ионизируются и, в свою очередь, притягиваются к отрицательно заряженным электродам в задней части самолета.

Когда вновь образованное облако ионов движется к отрицательно заряженным проводам, каждый ион сталкивается миллионы раз с другими молекулами воздуха, создавая тягу, которая толкает самолет вперед.

Неискаженные кадры камеры с глайда 2 без питания, с аннотациями положения и энергии слежения камеры. Предоставлено: Стивен Барретт

Команда, в которую также входили сотрудники лаборатории Линкольна Томас Себастьян и Марк Вулстон, совершила несколько тестовых полетов через спортзал в Атлетическом центре Дюпон при Массачусетском технологическом институте — самом большом помещении, которое они могли найти для проведения своих экспериментов. Команда пролетела на самолете на расстояние 60 метров (максимальное расстояние в тренажерном зале) и обнаружила, что самолет производит достаточную ионную тягу, чтобы поддерживать полет все время.Они повторили полет 10 раз с аналогичными характеристиками.

Неискаженные кадры камеры с полета 9, с аннотациями положения и энергии слежения камеры. Ускорено в 2 раза. Предоставлено: Стивен Барретт

«Это был самый простой из возможных самолетов, который мы могли спроектировать и который мог доказать концепцию, что ионный самолет может летать», — говорит Барретт. «Это все еще далеко от самолета, который мог бы выполнить полезную миссию. Он должен быть более эффективным, дольше летать и летать на улице.»

Новая конструкция -« большой шаг »к демонстрации возможности движения ионного ветра, по словам Франка Плурабу, старшего научного сотрудника Института механики жидкости в Тулузе, Франция, который отмечает, что исследователи ранее не могли летать. что-нибудь тяжелее нескольких граммов.

«Сила результатов является прямым доказательством того, что устойчивый полет дрона с ионным ветром является устойчивым», — говорит Плурабу, который не принимал участия в исследовании. «[Вне использования дронов] трудно предположить, насколько это может повлиять на тягу самолета в будущем.Тем не менее, это на самом деле не слабость, а, скорее, путь к будущему прогрессу в области, которая сейчас вот-вот лопнет ».

Команда Барретта работает над повышением эффективности своей конструкции, чтобы производить больше ионного ветра с меньшим напряжением. Исследователи также надеются увеличить плотность тяги конструкции — количество тяги, создаваемой на единицу площади. В настоящее время для управления легким самолетом команды требуется большая площадь электродов, которые, по сути, составляют силовую установку самолета.В идеале Барретт хотел бы спроектировать самолет без видимой двигательной установки или отдельных поверхностей управления, таких как рули направления и рули высоты.

«Дорога сюда заняла много времени, — говорит Барретт. «Переход от базового принципа к чему-то, что действительно летает, — это долгий путь к описанию физики, затем к созданию дизайна и его работе. Теперь возможности для такой двигательной установки вполне реальны ».

Это исследование было частично поддержано линией автономных систем лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института, профессором Амаром Г.Исследовательский грант Bose и Альянс исследований и технологий Сингапура и Массачусетского технологического института (SMART). Работа также финансировалась кафедрами развития карьеры Чарльза Старка Дрейпера и Леонардо в Массачусетском технологическом институте.

GE превратила самый мощный в мире реактивный двигатель в электростанцию ​​мощностью 65 мегаватт

GE использует самый большой в мире реактивный двигатель и превращает его в силовую установку. Бьющееся сердце машины исходит от GE90-115B, который является самым большим и мощным реактивным двигателем, способным производить 127 900 фунтов тяги, согласно Книге рекордов Гиннеса.Электрогенератор, который GE называет LM9000, сможет вырабатывать колоссальные 65 мегаватт — этого достаточно для снабжения 6 500 домов — и выйти на полную мощность за 10 минут. «Мы выбрали лучшие технологии в GE и построили самый большой и самый мощный авиационный двигатель из когда-либо созданных», — говорит Маурицио Чофини из GE Oil & Gas, технический директор проекта.
Идея использования реактивных двигателей для производства электроэнергии существует уже давно. Слово «авиационный» является намеком на наследие машины, а это означает, что конструкторы позаимствовали технологию, первоначально разработанную их коллегами из аэрокосмической отрасли из GE Aviation.

Эта технология также является хорошим примером того, что GE называет магазином GE — системой обмена технологиями, исследованиями и опытом между своими многочисленными предприятиями. Сегодня города и заводы работают на авиационных двигателях, а также на нефтяных платформах и кораблях.

Изображение вверху: GE90 — самый мощный реактивный двигатель в мире. Этот двигатель, прикрепленный к лучшему летному испытанию Boeing 747 компании GE Aviation, заставляет взлетать камни за взлетно-посадочной полосой, когда самолет набирает обороты, чтобы взлететь из Центра управления полетами GE в Викторвилле, Калифорния, расположенного в пустыне Мохаве.Кредит в формате GIF: GE Aviation. Выше и ниже: LM9000 использует основную технологию двигателя, но также включает детали, напечатанные на 3D-принтере. Он может генерировать 65 мегаватт. Изображение предоставлено: GE Oil & Gas

В конце 1950-х годов инженеры построили первое поколение авиационных двигателей GE под названием LM100 из вертолетного двигателя. Следующая машина, LM1500, имела внутренние компоненты первого сверхзвукового двигателя GE — J79 — и вырабатывала более 10 000 киловатт. GE Power продолжала совершенствовать конструкцию, создавая авиационные производные от двигателя CF6, который используется в Air Force One и многих других Boeing 747, а также двигателя F404, используемого на военных самолетах F / A-18 Hornet и F-117 Nighthawk.Авиационные системы, основанные на этих двигателях, вырабатывают электроэнергию в отдаленных уголках мира, а также приводят в действие самый быстрый в мире пассажирский паром.

Но LM9000 выводит технологию на новый уровень. Подразделение GE Oil & Gas разработало машину для питания крупных заводов по производству сжиженного природного газа (СПГ). «Завод СПГ похож на гигантский холодильник, но вместо того, чтобы производить лед и сохранять продукты в прохладном состоянии, он превращает природный газ в жидкость, понижая температуру до минус 160 градусов по Цельсию», — говорит Тайо Монтгомери, инженер по работе с клиентами в GE Oil & Газ.Он говорит, что LM9000 настолько мощный, что позволяет операторам заводов СПГ возобновлять производство без предварительного слива хладагента со всего завода. «У него достаточно мощности и пускового момента, чем можно просто встать и уйти».

По данным GE, двигатели GE90 налетали 41 миллион часов с момента их первого ввода в эксплуатацию в середине 1990-х годов и имеют надежность вылета 99,98%. Они также очень легкие и относительно простые в обслуживании. «На капитальное обслуживание газовых турбин, обычно устанавливаемых на старых заводах по производству СПГ, может уйти до 24 дней», — говорит Монтгомери.«Но мы можем заменить всю турбину LM9000 за 24 часа».

Команда внесла другие изменения, чтобы оптимизировать LM9000 для промышленных приложений. Они переключили систему сгорания машины с реактивного топлива на природный газ. Машина также будет иметь камеру сгорания, напечатанную на 3D-принтере, инновационный дизайн которой позволит машине соответствовать требованиям по снижению выбросов во всем мире.

Под капотом инженеры тщетно будут искать коробку передач. Это связано с тем, что в конструкции используется архитектура турбины «свободной мощности», которая позволяет машине эффективно работать в широком диапазоне значений мощности и скорости.

В результате «LM9000 обеспечит высочайшую доступность при минимальной стоимости владения для приложений СПГ», — говорит Притам Баласубраманьям, менеджер по продукции новой машины в GE Oil & Gas. Он говорит, что LM9000 вырабатывает на 20 процентов больше энергии, может работать на 50 процентов дольше без обслуживания и выделяет на 40 процентов меньше выбросов NOx, чем существующие модели этого класса. Он говорит, что это сочетание может помочь заводам по производству СПГ снизить производственные затраты на 20 процентов.

Первую турбину планируется ввести в эксплуатацию в первой половине 2019 года.

3 Авиационные газотурбинные двигатели | Исследование силовых установок и энергетических систем коммерческих самолетов: сокращение глобальных выбросов углерода

будущее. Кроме того, общий коэффициент давлений ² газовых турбин со временем увеличился, чтобы улучшить термодинамический КПД. В то же время, однако, размер компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины уменьшился, что усугубило проблемы меньшего размера.

По мере повышения эффективности самолета и двигателя для полета требуется меньше мощности, так что объем двигателя и мощность, требуемые при неизменных характеристиках самолета, в будущем будут уменьшаться.

Возможность улучшения

С тех пор, как в конце 1940-х годов были построены первые авиационные газовые турбины, общий КПД — от расхода топлива до движущей силы — повысился примерно с 10 процентов до текущего значения, приближаясь к 40 процентам (см. Рис. 3.2). Вероятно, что скорость улучшения этих двигателей может продолжаться примерно на 7 процентов в десятилетие в течение следующих нескольких десятилетий при условии достаточных инвестиций в технологии. Потенциал общего улучшения лучше всего рассматривать с точки зрения составляющих КПД: термодинамической эффективности двигателя и тягового КПД движителя.

Как отмечалось выше, неясно, насколько близко к теоретическим пределам может быть возможно создание газовой турбины для коммерческого самолета, учитывая важные ограничения авиации в отношении безопасности, веса, надежности и стоимости. Несколько авторов рассмотрели вопрос о практических пределах для газовых турбин простого цикла с учетом потенциала новых материалов, архитектур двигателей и технологий компонентов. Их оценки индивидуальных пределов термодинамического и пропульсивного КПД несколько различаются (и могут по-разному разделить потери между термодинамическим и пропульсивным КПД), но они согласны с тем, что улучшение общего КПД на 30-35 процентов по сравнению с лучшими двигателями сегодня может быть достигнуто.Как показано на рисунке 3.7, термодинамический КПД двигателя может составлять 65-70 процентов, а тяговый КПД — 90-95 процентов.

Газотурбинные двигатели

нуждаются в значительном улучшении, при этом общий КПД повышается на 30 или более процентов по сравнению с лучшими двигателями, находящимися в эксплуатации на сегодняшний день. Улучшения будут происходить за счет множества относительно небольших приращений, а не одной прорывной технологии.

Некоторые исследования показывают, что улучшение характеристик турбомашин и снижение потерь на охлаждение может улучшить термодинамический КПД на 19 процентов и 6 процентов соответственно. ³ Такой значительный выигрыш не достигается простым внедрением новой технологии в существующие двигатели. Скорее, это требует оптимизации цикла с учетом конкретных уровней рабочих характеристик компонентов, температурных возможностей и охлаждения. Практические циклы с промежуточным охлаждением или рекуперацией могут повысить эффективность еще на 4. ⁴ Усовершенствованные вентиляторы и гребные винты также могут повысить эффективность тяги на 10 процентов. ⁵ Конечно, практические ограничения тягового КПД не могут быть рассмотрены только на уровне двигателя без ссылки на конфигурацию самолета и интеграцию силовой установки, как обсуждалось в главе 2.

Подводя итог, можно сказать, что авиационные газотурбинные двигатели имеют значительные возможности для улучшения, с потенциалом повышения общего КПД на 30 или более процентов по сравнению с лучшими двигателями, находящимися в эксплуатации на сегодняшний день, с потенциалом улучшения пропульсивного КПД примерно в два раза выше термодинамического КПД. Этот уровень производительности потребует многих технологических улучшений и будет происходить в виде ряда относительно небольших приращений, несколько процентов или меньше, а не за счет одной прорывной технологии.В следующем разделе обсуждаются многие из этих технологий.

___________________

² Общий коэффициент давления — это отношение давления на выходе компрессора к давлению на входе компрессора.

³ D.K. Холл, 2011 г., «Пределы производительности осевых ступеней турбомашин», М.С. диссертация, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс,

⁴ Дж. Уурр, 2013, «Будущие архитектуры и технологии гражданских авиационных двигателей», представленный на 10-й Европейской конференции по турбомашинному оборудованию, http: // www.etc10.eu/mat/Whurr.pdf.

⁵ Д. Карлсон, 2009, «Возрождение двигателей: новые циклы, новые архитектуры и возможности для развития рабочей силы», представленный на 19-й конференции ISABE Международного общества дыхательных двигателей, Монреаль, Канада.

Приготовьтесь к новому поколению высокопроизводительных силовых установок

16 августа 2021 г.

Краткая история силовых установок самолетов, от поршневых двигателей до первых реактивных двигателей и турбовентиляторных двигателей, а теперь и передовых разработок GE.

Первые самолеты были оснащены поршневыми двигателями, вращающими гребные винты, и когда десятилетия спустя появились газотурбинные двигатели, они быстро доказали, что способны поднимать самолет выше, дальше и быстрее. Цикл повторился с ТРДД в 1960-х и 1970-х годах.

И все же, какой бы великолепной ни была новая технология на момент ее разработки, кое-что лучшее в конечном итоге превосходит ее. Так обстоит дело с Adaptive Cycle Engine от GE, новой двигательной технологией, которая может обеспечивать либо мощность, либо эффективность по запросу.

Адаптивная конструкция двигателя включает трехпотоковую архитектуру, которая вместе позволяет улучшить тягу на 10 процентов и топливную экономичность на 25 процентов. Эффективное управление температурой — способность более эффективно рассеивать тепло — также повышает боевую эффективность.

Использование передовых технологий изготовления компонентов, таких как компоненты с керамической матрицей (CMC), композиты с полимерной матрицей (PMC) и аддитивное производство, позволяет использовать меньше деталей. В результате снижаются затраты на содержание F-35.Самолет будет иметь большую дальность полета и время ожидания без необходимости дозаправки в воздухе, а также увеличенную скорость и способность нести более тяжелые боеприпасы.

«Двигатели времен холодной войны были разработаны, чтобы противостоять Советам на Восточном фронте в Европе», — отмечает Дэвид Твиди, генеральный директор по передовым продуктам GE Edison Works. «При проектировании основное внимание уделялось тому, чтобы выжать максимальную тягу на каждый фунт воздушного потока».

Производительность ценилась выше эффективности, потому что дальность полета не была главной проблемой.

Однако после операции «Буря в пустыне» по изгнанию Ирака из Кувейта в 1991 году планировщики начали рассматривать дальность действия как все более важную роль. Самолеты ВМС, летевшие с авианосцев в Персидском заливе, не имели возможности нанести удар вглубь территории Ирака. Истребители ВВС, летевшие из Саудовской Аравии, Катара и Иордании, нуждались в дозаправке, как только они набирали высоту. Тем не менее, сочетание малозаметности и высокоточных боеприпасов позволило Соединенным Штатам и их партнерам по коалиции за несколько недель довести армию Ирака — тогда четвертой по величине в мире — до развала, подготовив почву для последовавшего за этим короткого и сокрушительного наземного нападения.

Мир наблюдал.

“США противники обратили внимание », — сказал Твиди. Они увидели ценность скрытности и производительности, но также искали способы противостоять этим стратегическим преимуществам США. «Но один из способов победить скрытность и точность — это заставить противника держать свои авианосцы и танкеры так далеко, чтобы тактические истребители не могли добраться до театра боевых действий, не смогли подобраться достаточно близко, чтобы выполнить свою миссию», — сказал Твиди. . «Вот как наши противники стремились свести на нет наше преимущество.”

Однако в сотрудничестве с ВВС США компания GE XA100 переписывает книгу об авиационной мощи. Технологию турбовентиляторных двигателей можно оптимизировать для выполнения одной из двух задач. Удлинение турбовентиляторного двигателя увеличивает тягу, а расширение апертуры двигателя повышает его эффективность. XA100 может реконфигурировать себя по требованию, переключаясь с топливной экономичности для увеличения дальности и времени ожидания на высокую тягу для воздушного боя.

Для GE это еще один шаг в естественном развитии. «Начало деятельности GE в авиационном бизнесе созрело и развивалось в 1920-х и 30-х годах, так что к началу Второй мировой войны многие поршневые двигатели использовали турбокомпрессоры GE для повышения производительности», — сказал Твиди.

К тому времени и Германия, и Англия начали разработку технологии газотурбинных двигателей, но британцы, сосредоточенные на подготовке к войне, передали свой прототип США. GE провела испытания своего первого турбореактивного двигателя в 1942 году, и его реактивные двигатели устанавливали двигатель на F-86 Sabre. во время Корейской войны и F-4 Phantoms и F-5 Tigers в эпоху войны во Вьетнаме.

По словам Твиди, разработка двигателя

носит циклический характер. «Вы вкладываете деньги на исследования и разработки в технологию в течение многих лет, прежде чем сможете ее использовать.Затем наступает переломный момент, когда вы действительно начинаете понимать технологию и можете значительно улучшить возможности своих продуктов », — объясняет он. «В конце концов, однако, вы приходите к тому моменту, когда технология становится зрелой, и вам нужно делать что-то принципиально иное».

Когда это произошло в 1960-х годах, американские исследователи разработали турбовентиляторную технологию, которая используется в большинстве современных ведущих самолетов. Теперь, полвека спустя, энергетическая промышленность Соединенных Штатов находится на пороге нового прорыва.

«Мы думаем, что такой же скачок поколений — это то, что мы предлагаем здесь с XA100», — говорит Твиди.

Реактивный двигатель

— обзор

V.A Jet Fuels

В отличие от поршневых двигателей, в реактивных двигателях в качестве топлива почти исключительно используется осветительный керосин. Первым в истории реактивным топливом было JP-1 (Реактивное топливо-1, в 1944 году). Это был керосин с температурой замерзания 60,5 ° C и температурой вспышки 43 ° C. Его доступность была ограничена 3% от средней сырой нефти.JP-2 (1945) был отклонен из-за неудовлетворительных характеристик по вязкости и горючести. JP-3 (1947–1951) имел высокое давление паров, сравнимое с таковым у авиационных бензинов. Это, в сочетании с тем фактом, что самолеты с газотурбинным двигателем летают на больших высотах, чем самолеты с поршневыми двигателями, привело к потерям топлива из-за выкипания и запирания пара. JP-4 (1951–1995), обозначаемый как Jet B или с кодом НАТО F-40, представлял собой керосин-бензиновую смесь с максимальным давлением паров 2–3 фунта на квадратный дюйм, чтобы уменьшить испарение топлива и запирание пара.Он имеет температуру застывания -60,5 ° C и температуру вспышки -18 ° C (температура вспышки не включена в спецификации для этого топлива). В середине 1980-х годов из соображений безопасности использовалась антистатическая добавка. JP-4 был основным боевым топливом для всех стран НАТО в течение многих лет, но недавно от него отказались из-за его высокой нестабильности. JP-5 (с 1952 г. по настоящее время), обозначаемый кодом НАТО F-44, используется военно-воздушными силами США. По соображениям безопасности минимальная температура вспышки составляет 60 ° C. Температура застывания составляет -46 ° C, антистатические добавки отсутствуют.JP-6 (1956 г.) был разработан для самолета XB-70; он аналогичен JP-5, но имеет более низкую температуру застывания (-54 ° C) и повышенную термическую стабильность. Нет никаких спецификаций относительно температуры вспышки для этого топлива. JP-7 (1960 г.) разработан для самолета SR-71; он имеет низкое давление пара и прекрасную термическую стабильность на больших высотах и ​​скоростях выше 3 Маха. Он имеет температуру застывания -44 ° C и минимальную температуру вспышки 60 ° C.

JP-8 впервые был использован в 1978 году и обозначается кодом НАТО F-34.JP-8 — это то же топливо, что и Jet A1, но улучшено за счет использования ингибиторов обледенения, присадок, улучшающих смазывающую способность, и антистатических присадок. Преобразование авиационного топлива на JP-8 было начато в основном из соображений безопасности и завершено в 1995 году.

JPTS (Jet Propellant Thermally Stable, 1956) был разработан для использования в самолетах U-2 и представляет собой керосин с температурой застывания −54. ° C. Топливо усилено термостойкими присадками и имеет минимальную температуру вспышки 43 ° C.

Типичные характеристики реактивного топлива, используемого в военных или гражданских авиалиниях, приведены в Таблице XIX.

ТАБЛИЦА XIX. Типичные свойства авиационного топлива

5 Требуется

	Выдающее агентство: Спецификация:		USAF MIL-T-56241-Amd. 1		USAF MIL-T-83133A-Amd.
	Дата ревизии: Обозначение марки: Тип топлива:		1980 JP-4 Широкоформатный	1980 JP-5 Керосин	1980 JP-9097 Керосин Метод испытания ASTM
Состав	Сера, меркаптан (мас.%)	макс.	0,001	0,001	0,001	D-1323
	Сера, общая (мас.%)	макс.	0,4	0,4	0,3	D-1266
	Ароматические углеводороды (об.%)	макс.	25	25	25	D-1319
Летучесть	Дистилляция
	Темп.10% Рек. (° C)	макс.	Отчет	205	205	D-86
	Темп. 20% Рек. (° C)	макс.	145	Отчет	Отчет
	Темп. 50% Рек. (° C)	макс.	190	Отчет	Отчет
	Темп. 90% Рек. (° C)	макс.	245	Отчет	Отчет
	Конечная точка (° C)	макс.	270	290	300
	Остаток (об.%)	макс.	1,5		1,5
	Потери при перегонке (об.%)	макс.	1,5		1,5
	Плотность, 15 ° C (кг / м 3 )	макс.	751–802	788–845	775–840	D-1298
	Давление пара при 37.8 ° C, кПа		14–21			D-323 / D-2551
Текучесть	Температура замерзания, ° C	макс.	−58	−46	−50	D-2386
	Вязкость при -20 ° C (сСт)	макс.	—	8,5	8,0	D-445
Сгорание	Чистая теплота сгорания, МДж / кг	мин.	42,8	42.6	42,8	D-240
	Анилин-гравитационный продукт	мин.	5250	4500		D-1405
	Точка дымообразования	мин.	20,0	19,0	19,0	D-1322
Коррозия	Коррозия медной ленты (2 часа при 100 ° C)	макс.	1b	1b	1b	D-130
Стабильность	JFTOT AP (мм рт. Ст.)	макс.	25	25	25	D-3241
	Цветовой код трубки JFTOT	макс.	& lt; 3	& lt; 3	& lt; 3
Загрязнения	Существующая смола (мг / 100 мл)	макс.	7	7	7	D-381
	Твердые частицы	макс.	1	1	1	D-2276
	Интерфейс реакции воды	макс.	1b	1b	1b	D-1094
	Индекс водоотделения Модифицированный	мин.	70	85	70	D-2550
	Время фильтрации (минут)	макс.	15	—	—
Добавки	Защита от обледенения (об.%)		0,10–0,15	0,10–0,15	0,10–0,1516 5103		Антиоксидант		Требуется	Требуется	Опция	3527 FED STD 791
	Ингибитор коррозии		Требуется
910 915 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910 910	Опция
	Антистатическая		Обязательно		Обязательно
Другое	* Кодовый номер НАТО		Ф-40	Ф-44	Ф-34; F35

Воздействие на топливо условий высокотемпературного термического окисления приводит к образованию твердых частиц, лаков и смол, которые закупоривают клапаны и фильтры и ухудшают характеристики форсунок форсунок. В крайнем случае, коксование может вызвать серьезное загрязнение форсунок и камер сгорания, что приведет, например, к повторному зажиганию. Повышение термической стабильности «обычного», например, керосинового топлива типа JP8 с температурой 100 ° F за счет использования недорогих пакетов присадок было предметом U.Программа S. Air Force «JP8 + 100» с 1989 года основана на том, что достижения в области систем военной истребительной авиации потребуют топлива с более чем 50% улучшенной теплоотводящей способностью по сравнению с обычным топливом JP-8.

В ходе этой программы сотни коммерческих добавок были испытаны на характеристики повышения термической стабильности или снижения осаждения. Программа продемонстрировала, что термическая стабильность реактивных топлив (особенно JP-8) действительно может быть улучшена за счет использования определенных добавок и смесей присадок, используемых в относительно низких концентрациях.Кроме того, летные испытания выявили значительное сокращение затрат на техническое обслуживание, связанных с топливом, благодаря более чистому сгоранию.

Однако одним из аспектов введения предпочтительных термостабильных присадок, который вызвал некоторую озабоченность, является связанное с этим влияние на отделение воды и твердых частиц от топлива «JP-8 + 100», хотя с эксплуатационной точки зрения это сводится к минимуму за счет внесение добавки «+100» как можно ближе к обшивке самолета. В результате крупные нефтяные компании оценивают новые многофункциональные присадки, которые повышают термическую стабильность топлива для реактивных двигателей без ущерба для других необходимых элементов качества авиационного топлива, а именно разделения воды и твердых частиц.Более того, JP-8 + 100 станет основой для будущих реактивных топлив как для военных, так и для гражданских самолетов, требующих термостойкости до 482 ° C.

Этот тип присадки может в будущем использоваться в гражданском применении и позволит разработчикам газовых турбин будущего использовать повышенный радиатор в топливе и производить более мощные и более эффективные двигательные установки. Вслед за добавками «+100» существуют возможности использования добавок для улучшения рабочих характеристик за счет изменения точки замерзания / точки текучести, а также выбросов дыма / сажи.

В ближайшем будущем могут быть введены добавки, снижающие сопротивление трубопроводу, для использования в распределении авиакеросина. Эти добавки представляют собой полимеры с очень высокой молекулярной массой, которые уже используются в трубопроводах для транспортного сектора для некоторых других нефтепродуктов. Они действуют за счет уменьшения турбулентности и, следовательно, потерь энергии между внутренней поверхностью трубопровода и протекающей через него текучей средой. Для данного размера насоса они позволяют перекачивать больше жидкости. Возник интерес к использованию этих добавок, потому что их дешевле использовать, чем прокладывать трубы большего размера или устанавливать больше насосов, когда поставки в аэропорт достигли своего предела.

Новые продукты, такие как синтезированный авиационный керосин, появляются на рынке все чаще, и больше заводов по переработке, вероятно, будут построены там, где есть запасы природного газа, удаленные от этого рынка.

No related posts.