Razmotrimo nekoliko primjera koji potvrđuju valjanost zakona održanja impulsa.

Sigurno su mnogi od vas gledali kako se vazduh naduvavao balon, ako odvežete konac koji zateže svoju rupu.

Ovaj fenomen se može objasniti korištenjem zakona održanja impulsa.

Dok je rupa lopte vezana, lopta sa komprimiranim zrakom u njoj miruje, a njen impuls je nula.

Kada je rupa otvorena, mlaz komprimiranog zraka izlazi iz nje prilično velikom brzinom. Zrak koji se kreće ima određeni zamah usmjeren u smjeru njegovog kretanja.

Prema zakonu održanja količine gibanja u prirodi, ukupni impuls sistema koji se sastoji od dva tijela - lopte i zraka u njoj, mora ostati isti kakav je bio prije istjecanja zraka, odnosno jednak nuli. Zbog toga se lopta počinje kretati u smjeru suprotnom od vazdušnog mlaza takvom brzinom da je njen impuls po apsolutnoj vrijednosti jednak impulsu zračnog mlaza. Vektori zamaha lopte i zraka usmjereni su u suprotnim smjerovima. Kao rezultat toga, ukupni impuls tijela u interakciji ostaje jednak nuli.

Kretanje lopte je primjer mlaznog pogona. Mlazno kretanje nastaje zbog činjenice da je neki njegov dio odvojen od tijela i kreće se, uslijed čega samo tijelo dobiva suprotno usmjereni zamah.

Rotacija uređaja koji se zove seigneur točak zasniva se na principu mlaznog pogona (Sl. 46). Voda koja teče iz konične posude kroz zakrivljenu cijev koja komunicira s njom, rotira posudu u smjeru suprotnom od brzine vode u mlazovima. Posljedično, ne samo plinski mlaz, već i mlaz tekućine ima reaktivni učinak.

Rice. 46. ​​Demonstracija mlaznog pogona pomoću Segnerovog točka

Mlazno kretanje koriste i neka živa bića za svoje kretanje, kao što su hobotnice, lignje, sipe i drugi glavonošci (Sl. 47). Kreću se zbog činjenice da usisavaju, a zatim na silu potiskuju vodu iz sebe. Postoji čak i vrsta lignji koje uz pomoć svojih "mlaznih motora" mogu ne samo plivati ​​u vodi, već i nakratko izletjeti iz nje kako bi brzo prestigle plijen ili pobjegle od neprijatelja.

Rice. 47. Reaktivno kretanje za svoje kretanje koriste glavonošci: a - sipa; b - lignje; c - hobotnica

Znate da je princip mlaznog pogona širok praktična upotreba u vazduhoplovstvu i astronautici. U svemiru ne postoji medij s kojim bi tijelo moglo stupiti u interakciju i time promijeniti smjer i modul svoje brzine. Stoga se za letove u svemir mogu koristiti samo mlazni avioni, odnosno rakete.

Lansiranje lansirne letjelice sa svemirskim brodom Sojuz

Razmotrimo pitanje uređaja i lansiranja tzv. lansirnih vozila, odnosno raketa dizajniranih za lansiranje u svemir umjetni sateliti Zemlja, svemirske letjelice, automatske međuplanetarne stanice i drugi korisni tereti.

U bilo kojoj raketi, bez obzira na njen dizajn, uvijek postoji školjka i gorivo s oksidantom. Slika 48 prikazuje poprečni presjek rakete. Vidimo da se u školjku rakete nalazi korisni teret (u ovom slučaju to je svemirska letjelica 1), odeljak za instrumente 2 i motor (komora za sagorevanje 6, pumpe 5, itd.).

Rice. 48. Raketna shema

Najveći deo rakete je gorivo 4 sa oksidantom 3 (oksidator je potreban da gorivo gori, jer u svemiru nema kiseonika).

Gorivo i oksidant se upumpavaju u komoru za sagorevanje. Gorivo, sagorevajući, pretvara se u gas visoke temperature i visokog pritiska, koji juri napolje u snažnom mlazu kroz posebno oblikovano zvono, zvano mlaznica 7. Svrha mlaznice je da poveća brzinu mlaza.

Koja je svrha povećanja brzine gasnog mlaza? Činjenica je da brzina rakete ovisi o ovoj brzini. To se može pokazati korištenjem zakona održanja impulsa.

Budući da je impuls rakete bio jednak nuli prije lansiranja, tada, prema zakonu održanja, ukupni impuls ljuske koja se kreće i gasa izbačenog iz nje također mora biti jednak nuli. Otuda slijedi da impuls ljuske i impuls gasnog mlaza usmjerenog suprotno od njega moraju biti jednaki po apsolutnoj vrijednosti. To znači da što brže gas izlazi iz mlaznice, to će biti veća brzina školjke rakete.

Pored brzine izlaska gasa, postoje i drugi faktori od kojih zavisi brzina rakete.

Ispitivali smo uređaj i princip rada jednostepene rakete, pri čemu se pod stepenom podrazumeva deo koji sadrži rezervoare goriva i oksidatora i motor. U praksi svemirskih letova obično se koriste višestepene rakete, koje razvijaju mnogo veće brzine i predviđene su za duže letove od jednostepenih.

Na slici 49 prikazan je dijagram trostepene rakete. Nakon što se gorivo i oksidant prvog stupnja u potpunosti potroše, ova faza se automatski odbacuje i motor drugog stupnja preuzima.

Rice. 49. Šema trostepene rakete

Smanjenje ukupne mase rakete odbacivanjem već nepotrebne faze omogućava vam uštedu goriva i oksidatora i povećanje brzine rakete. Zatim se druga faza odbacuje na isti način.

Ako se vrati svemirski brod na Zemlju ili njeno slijetanje na bilo koju drugu planetu nije planirano, tada se treća faza, kao i prva dva, koristi za povećanje brzine rakete. Ako brod mora sletjeti, onda se koristi za usporavanje broda prije slijetanja. U tom slučaju, raketa se okreće za 180 ° tako da je mlaznica ispred. Tada plin koji izlazi iz rakete daje joj impuls usmjeren protiv brzine njenog kretanja, što dovodi do smanjenja brzine i omogućava sletanje.

Konstantin Eduardovič Ciolkovski (1857-1935)
Ruski naučnik i pronalazač u oblasti aerodinamike, raketne dinamike, teorije aviona i vazdušnih brodova. Osnivač teorijske astronautike

Ideja o korištenju raketa za svemirske letove iznesena je početkom 20. stoljeća. Ruski naučnik i pronalazač Konstantin Eduardovič Ciolkovski. Ciolkovsky je razvio teoriju kretanja raketa, razvio formulu za izračunavanje njihove brzine i bio je prvi koji je predložio upotrebu višestepenih raketa.

Pola veka kasnije, ideju Ciolkovskog razvili su i sproveli sovjetski naučnici pod vođstvom Sergeja Pavloviča Koroljeva.

Sergej Pavlovič Koroljov (1907-1966)
Sovjetski naučnik, dizajner raketnih i svemirskih sistema. Osnivač praktične astronautike

Pitanja

1. Na osnovu zakona održanja količine gibanja objasni zašto se balon kreće u suprotnom smjeru od komprimovanog zraka koji izlazi iz njega.
2. Navedite primjere mlaznog kretanja tijela.
3. Koja je svrha projektila? Recite nam nešto o uređaju i principu rada rakete.
4. Šta određuje brzinu rakete?
5. Koja je prednost višestepenih raketa u odnosu na jednostepene?
6. Kako slijeće svemirska letjelica?

Vježba 21

1. Iz čamca koji se kreće brzinom od 2 m/s, osoba baca veslo mase 5 kg horizontalnom brzinom od 8 m/s suprotno kretanju čamca. Kojom brzinom se čamac kretao nakon bacanja, ako je njegova masa zajedno sa osobom 200 kg?
2. Koju brzinu će dobiti model rakete ako je masa njene školjke 300 g, masa baruta u njoj 100 g, a gasovi izlaze iz mlaznice brzinom od 100 m/s? (Smatrajte oticanje gasa iz mlaznice trenutnim.)
3. Na kojoj opremi i kako se izvodi eksperiment prikazan na slici 50? Koji fizički fenomen u ovom slučaju pokazuje šta je i šta fizički zakon leži u osnovi ovog fenomena?

   Bilješka: gumena cijev je postavljena okomito dok voda nije prošla kroz nju.

4. Uradite eksperiment prikazan na slici 50. Kada gumena cijev odstupi što je više moguće od vertikale, prestanite ulijevati vodu u lijevak. Dok voda koja je ostala u cijevi istječe, promatrajte kako će se promijeniti: a) domet vode u mlazu (u odnosu na rupu u staklenoj cijevi); b) položaj gumene cijevi. Objasnite obje promjene.

Rice. pedeset

Razmotrimo nekoliko primjera koji potvrđuju valjanost zakona održanja impulsa.

Sigurno su mnogi od vas gledali kako se balon naduvan vazduhom pokreće ako odvežete konac koji zateže njegovu rupu.

Ovaj fenomen se može objasniti korištenjem zakona održanja impulsa.

Dok je rupa lopte vezana, lopta sa komprimiranim zrakom u njoj miruje, a njen impuls je nula.

Kada je rupa otvorena, mlaz komprimiranog zraka izlazi iz nje prilično velikom brzinom. Zrak koji se kreće ima određeni zamah usmjeren u smjeru njegovog kretanja.

Prema zakonu održanja količine gibanja koji je na snazi ​​u prirodi, ukupni impuls sistema koji se sastoji od dva tijela - lopte i zraka u njoj, mora ostati isti kao što je bio prije istjecanja zraka, odnosno jednak nuli. Zbog toga se lopta počinje kretati u smjeru suprotnom od vazdušnog mlaza takvom brzinom da je njen impuls po apsolutnoj vrijednosti jednak impulsu zračnog mlaza. Vektori zamaha lopte i zraka usmjereni su u suprotnim smjerovima. Kao rezultat toga, ukupni impuls tijela u interakciji ostaje jednak nuli.

Kretanje lopte je primjer mlaznog pogona. Mlazno kretanje nastaje zbog činjenice da je neki njegov dio odvojen od tijela i kreće se, uslijed čega samo tijelo dobiva suprotno usmjereni zamah.

Rotacija uređaja koji se zove Seigneur točak zasniva se na principu mlaznog pogona (Sl.). Voda koja teče iz konične posude kroz zakrivljenu cijev koja komunicira s njom, rotira posudu u smjeru suprotnom od brzine vode u mlazovima. Posljedično, ne samo plinski mlaz, već i mlaz tekućine ima reaktivni učinak.

Rice. Demonstracija mlaznog pogona pomoću Segnerovog točka

Mlazno kretanje koriste i neka živa bića za svoje kretanje, kao što su hobotnice, lignje, sipe i drugi glavonošci (Sl.). Kreću se zbog činjenice da usisavaju, a zatim na silu potiskuju vodu iz sebe. Postoji čak i vrsta lignji koje uz pomoć svojih "mlaznih motora" mogu ne samo plivati ​​u vodi, već i nakratko izletjeti iz nje kako bi brzo prestigle plijen ili pobjegle od neprijatelja.

Rice. Reaktivno kretanje za svoje kretanje koriste glavonošci: a - sipa; b - lignje; c - hobotnica

Znate da princip mlaznog pogona nalazi široku praktičnu primjenu u avijaciji i astronautici. U svemiru ne postoji medij s kojim bi tijelo moglo stupiti u interakciju i time promijeniti smjer i modul svoje brzine. Stoga se za letove u svemir mogu koristiti samo mlazni avioni, odnosno rakete.

Lansiranje lansirne letjelice sa svemirskim brodom Sojuz

Razmotrimo pitanje dizajna i lansiranja takozvanih raketa-nosača, odnosno raketa namijenjenih lansiranju umjetnih zemaljskih satelita, svemirskih letjelica, automatskih međuplanetarnih stanica i drugih korisnih tereta u svemir.

U bilo kojoj raketi, bez obzira na njen dizajn, uvijek postoji školjka i gorivo s oksidantom. Na slici je prikazan poprečni presjek rakete. Vidimo da se u školjku rakete nalazi korisni teret (u ovom slučaju to je svemirska letjelica 1), odeljak za instrumente 2 i motor (komora za sagorevanje 6, pumpe 5, itd.).

Rice. raketni dijagram

Najveći deo rakete je gorivo 4 sa oksidantom 3 (oksidator je potreban da gorivo gori, jer u svemiru nema kiseonika).

Gorivo i oksidant se upumpavaju u komoru za sagorevanje. Gorivo, kada se sagori, pretvara se u gas visoke temperature i visokog pritiska, koji u snažnom mlazu izbija kroz posebno oblikovano zvono, zvano mlaznica 7. Svrha mlaznice je da poveća brzinu mlaza.

Koja je svrha povećanja brzine gasnog mlaza? Činjenica je da brzina rakete ovisi o ovoj brzini. To se može pokazati korištenjem zakona održanja impulsa.

Budući da je impuls rakete bio jednak nuli prije lansiranja, tada, prema zakonu održanja, ukupni impuls ljuske koja se kreće i gasa izbačenog iz nje također mora biti jednak nuli. Otuda slijedi da impuls ljuske i impuls gasnog mlaza usmjerenog suprotno od njega moraju biti jednaki po apsolutnoj vrijednosti. To znači da što brže gas izlazi iz mlaznice, to će biti veća brzina školjke rakete.

Pored brzine izlaska gasa, postoje i drugi faktori od kojih zavisi brzina rakete.

Ispitivali smo uređaj i princip rada jednostepene rakete, pri čemu se pod stepenom podrazumeva deo koji sadrži rezervoare goriva i oksidatora i motor. U praksi svemirskih letova obično se koriste višestepene rakete, koje razvijaju mnogo veće brzine i predviđene su za duže letove od jednostepenih.

Na slici je prikazan dijagram trostepene rakete. Nakon što se gorivo i oksidant prvog stupnja u potpunosti potroše, ova faza se automatski odbacuje i drugi stupanj preuzima motor.

Rice. Dijagram trostepene rakete

Smanjenje ukupne mase rakete odbacivanjem već nepotrebne faze omogućava vam uštedu goriva i oksidatora i povećanje brzine rakete. Zatim se druga faza odbacuje na isti način.

Ako se ne planira povratak letjelice na Zemlju ili njeno slijetanje na bilo koju drugu planetu, onda se treća faza, kao i prva dva, koristi za povećanje brzine rakete. Ako brod mora sletjeti, onda se koristi za usporavanje broda prije slijetanja. U tom slučaju, raketa se okreće za 180 ° tako da je mlaznica ispred. Tada plin koji izlazi iz rakete daje joj impuls usmjeren protiv brzine njenog kretanja, što dovodi do smanjenja brzine i omogućava sletanje.

Konstantin Eduardovič Ciolkovski (1857-1935)
Ruski naučnik i pronalazač u oblasti aerodinamike, raketne dinamike, teorije aviona i vazdušnih brodova. Osnivač teorijske astronautike

Ideja o korištenju raketa za svemirske letove iznesena je početkom 20. stoljeća. Ruski naučnik i pronalazač Konstantin Eduardovič Ciolkovski. Ciolkovsky je razvio teoriju kretanja raketa, razvio formulu za izračunavanje njihove brzine i bio je prvi koji je predložio upotrebu višestepenih raketa.

Pola veka kasnije, ideju Ciolkovskog razvili su i sproveli sovjetski naučnici pod vođstvom Sergeja Pavloviča Koroljeva.

Sergej Pavlovič Koroljov (1907-1966)
Sovjetski naučnik, dizajner raketnih i svemirskih sistema. Osnivač praktične astronautike

Zadaća.

Zadatak 1. Odgovorite na pitanja.

1. Na osnovu zakona održanja količine gibanja objasni zašto se balon kreće u suprotnom smjeru od komprimovanog zraka koji izlazi iz njega.
2. Navedite primjere mlaznog kretanja tijela.
3. Koja je svrha projektila? Recite nam nešto o uređaju i principu rada rakete.
4. Šta određuje brzinu rakete?
5. Koja je prednost višestepenih raketa u odnosu na jednostepene?
6. Kako slijeće svemirska letjelica?

Zadatak 2. Riješite rebus.

Uz lekciju je priložen fajl „Zanimljivo je!“. Možete preuzeti fajl u bilo koje vrijeme koje vam odgovara.

Korišteni izvori: http://www.tepka.ru/fizika_9/21.html

Pitanja.

1. Na osnovu zakona održanja količine gibanja objasni zašto se balon kreće u suprotnom smjeru od komprimovanog zraka koji izlazi iz njega.

2. Navedite primjere mlaznog kretanja tijela.

U prirodi se kao primjer može navesti mlazni pogon u biljkama: zreli plodovi ludog krastavca; i životinje: lignje, hobotnice, meduze, sipa itd. (životinje se kreću tako što izbacuju vodu koju sisaju). U inženjerstvu je najjednostavniji primjer mlaznog pogona segner wheel, više složeni primjeri su: kretanje raketa (svemirska, barutana, vojna), vodena vozila sa mlaznim motorom (hidromotocikli, čamci, motorni brodovi), vazdušna vozila sa vazdušno-mlaznim motorom (mlazni avioni).

3. Koja je svrha projektila?

Rakete se koriste u raznim oblastima nauke i tehnologije: u vojnim poslovima, u naučno istraživanje, u astronautici, u sportu i zabavi.

4. Koristeći sliku 45, navedite glavne dijelove bilo koje svemirske rakete.

Svemirska letjelica, odeljak za instrumente, rezervoar za oksidator, rezervoar za gorivo, pumpe, komora za sagorevanje, mlaznica.

5. Opišite princip rakete.

U skladu sa zakonom održanja količine gibanja, raketa leti zbog činjenice da se iz nje velikom brzinom istiskuju plinovi s određenim impulsom, a raketi se daje impuls iste veličine, ali usmjeren u suprotnom smjeru . Gasovi se izbacuju kroz mlaznicu u kojoj gorivo sagorijeva dostižući visoku temperaturu i pritisak. Mlaznica prima gorivo i oksidant koji tamo pumpaju pumpe.

6. Šta određuje brzinu rakete?

Brzina rakete prvenstveno zavisi od brzine izlivanja gasova i mase rakete. Brzina istjecanja plinova ovisi o vrsti goriva i vrsti oksidatora. Masa rakete zavisi, na primer, od toga koju brzinu žele da joj kažu ili koliko daleko mora da leti.

7. Koja je prednost višestepenih raketa u odnosu na jednostepene?

Višestepene rakete su sposobne da razviju veću brzinu i lete dalje od jednostepenih.

8. Kako slijeće letjelica?

Slijetanje letjelice vrši se na način da se njena brzina smanjuje kako se približava površini. To se postiže korišćenjem kočionog sistema, koji može biti padobranski ili kočenje pomoću raketnog motora, dok je mlaznica usmerena nadole (prema Zemlji, Mesecu i sl.), zbog čega se brzina je ugašen.

Vježbe.

1. Iz čamca koji se kreće brzinom od 2 m/s, osoba baca veslo mase 5 kg s horizontalnom brzinom od 8 m/s suprotno kretanju čamca. Kojom brzinom se čamac kretao nakon bacanja, ako je njegova masa zajedno sa masom osobe 200 kg?

2. Koju brzinu će dobiti model rakete ako je masa njene školjke 300 g, masa baruta u njoj 100 g, a gasovi izlaze iz mlaznice brzinom od 100 m/s? (Smatrajte oticanje gasa iz mlaznice trenutnim).

3. Na kojoj opremi i kako se izvodi eksperiment prikazan na slici 47? Koji je fizički fenomen prikazan u ovom slučaju, šta je to i koji fizički zakon leži u osnovi ovog fenomena?
Bilješka: gumena cijev je postavljena okomito dok voda nije prošla kroz nju.

Lijevak na koji je odozdo pričvršćena gumena cijev s uvijenom mlaznicom na kraju pričvršćen je na stativ pomoću držača, a ispod je postavljena tacna. Zatim se, odozgo, voda izlila u lijevak iz posude, dok je voda izlila iz cijevi u ladicu, a sama cijev se pomaknula iz okomitog položaja. Ovo iskustvo služi kao ilustracija mlaznog pogona zasnovanog na zakonu održanja impulsa.

4. Uradite eksperiment prikazan na slici 47. Kada gumena cijev odstupi što je više moguće od vertikale, prestanite da sipate vodu u lijevak. Dok voda koja je ostala u cijevi istječe, promatrajte kako će se promijeniti: a) domet vode u mlazu (u odnosu na rupu u staklenoj cijevi); b) položaj gumene cijevi. Objasnite obje promjene.

a) domet leta vode u mlazu će se smanjiti; b) kako voda istječe, cijev će se približiti horizontalnom položaju. Ove pojave nastaju zbog činjenice da će se smanjiti pritisak vode u cijevi, a time i impuls kojim se voda izbacuje.