Nézzünk meg néhány példát, amelyek megerősítik az impulzusmegmaradás törvényének érvényességét.

Bizonyára sokan láttátok, hogyan fújódik fel a levegő ballon, ha kioldod a lyukát megfeszítő cérnát.

Ez a jelenség az impulzus megmaradásának törvényével magyarázható.

Amíg a labda lyuka meg van kötve, a labda a benne lévő sűrített levegővel nyugalomban van, lendülete nulla.

Amikor a lyuk nyitva van, egy sűrített levegő sugár távozik belőle meglehetősen nagy sebességgel. A mozgó levegőnek van bizonyos lendülete a mozgása irányába.

A természetben a lendület megmaradásának törvénye szerint a két testből - egy golyóból és a benne lévő levegőből - álló rendszer teljes lendületének ugyanolyannak kell maradnia, mint a levegő kiáramlása előtt, vagyis egyenlőnek kell lennie nullával. Ezért a labda a légsugárral ellentétes irányban olyan sebességgel kezd el mozogni, hogy lendülete abszolút értékben megegyezik a légsugár lendületével. A labda és a levegő impulzusvektorai ellentétes irányúak. Ennek eredményeként a kölcsönható testek összimpulzusa nulla marad.

A labda mozgása egy példa a sugárhajtásra. A sugármozgás annak köszönhető, hogy egy része elválik a testtől és elmozdul, aminek következtében maga a test ellentétes irányú lendületet kap.

A seigneur keréknek nevezett eszköz forgása a sugárhajtás elvén alapul (46. ábra). A kúpos edényből a vele kommunikáló íves csövön keresztül kiáramló víz az edényt a vízsugarakban lévő vízsebességgel ellentétes irányba forgatja. Ebből következően nemcsak a gázsugár, hanem a folyadéksugár is reaktív hatással bír.

Rizs. 46. ​​Sugárhajtás bemutatása Segner kerékkel

A sugárhajtást egyes élőlények is használják mozgásukhoz, például polipok, tintahalak, tintahalak és más lábasfejűek (47. ábra). Azért mozognak, mert beszívják, majd erőteljesen kinyomják magukból a vizet. Van még olyan tintahalfaj is, amely „sugárhajtóműveik” segítségével nem csak úszni tud a vízben, hanem rövid időre ki is repül belőle, hogy gyorsan utolérje a zsákmányt, vagy megszökjön az ellenség elől.

Rizs. 47. Mozgásukra reaktív mozgást használnak a lábasfejűek: a - tintahal; b - tintahal; c - polip

Tudja, hogy a sugárhajtás elve széles körben érvényesül gyakorlati használat a repülésben és az űrhajózásban. A világűrben nincs olyan közeg, amellyel a test kölcsönhatásba léphetne, és ezáltal megváltoztathatná sebességének irányát és modulusát. Ezért csak sugárhajtású repülőgépek, azaz rakéták használhatók űrrepülésekre.

A hordozórakéta indítása a Szojuz űrhajóval

Tekintsük az úgynevezett hordozórakéták, azaz az űrbe való kilövésre tervezett rakéták eszközének és kilövésének kérdését. mesterséges műholdak Föld, űrhajók, automatikus bolygóközi állomások és egyéb hasznos teher.

Bármely rakétában, a kialakításától függetlenül, mindig van héj és üzemanyag oxidálószerrel. A 48. ábra egy rakéta keresztmetszete. Látjuk, hogy a rakéta héja tartalmaz egy hasznos terhet (jelen esetben egy űrhajóról van szó 1), egy 2. műszerteret és egy hajtóművet (6. égéskamra, 5. szivattyúk stb.).

Rizs. 48. Rakéta-séma

A rakéta zöme a 4-es üzemanyag 3-as oxidálószerrel (az oxidálószerre azért van szükség, hogy az üzemanyag égve maradjon, mivel az űrben nincs oxigén).

Az üzemanyagot és az oxidálószert az égéstérbe szivattyúzzák. Az üzemanyag ég, gázzá alakul magas hőmérsékletűés a nagy nyomás, amely egy speciálisan kialakított harangon, az úgynevezett fúvókán 7 erőteljes sugárban zúdul ki. A fúvóka célja a sugár sebességének növelése.

Mi a célja a gázsugár sebességének növelésének? A helyzet az, hogy a rakéta sebessége ettől a sebességtől függ. Ez a lendület megmaradásának törvényével kimutatható.

Mivel a kilövés előtt a rakéta impulzusa nullával egyenlő, így a megmaradás törvénye szerint a mozgó héj és a belőle kilökődő gáz összimpulzusának is nullával kell egyenlőnek lennie. Ebből következik, hogy a héj impulzusának és a vele ellentétes irányú gázsugár impulzusának abszolút értékben egyenlőnek kell lennie. Ez azt jelenti, hogy minél gyorsabban távozik a gáz a fúvókából, annál nagyobb lesz a rakéta héjának sebessége.

A gáz kiáramlásának sebességén kívül vannak más tényezők is, amelyektől a rakéta sebessége függ.

Megvizsgáltuk az egyfokozatú rakéta berendezését és működési elvét, ahol a fokozat az üzemanyag- és oxidálószer tartályokat és a motort tartalmazó alkatrészt jelenti. Az űrrepülések gyakorlatában általában többfokozatú rakétákat alkalmaznak, amelyek sokkal nagyobb sebességet fejlesztenek ki, és hosszabb repülésekre szánják, mint az egyfokozatúak.

A 49. ábrán egy háromfokozatú rakéta diagramja látható. Miután az első fokozat üzemanyaga és oxidálószere teljesen elfogy, ezt a fokozatot a rendszer automatikusan eldobja, és a második fokozat motorja veszi át az irányítást.

Rizs. 49. Háromfokozatú rakéta vázlata

A rakéta teljes tömegének csökkentése az amúgy is szükségtelen fokozat eldobásával lehetővé teszi az üzemanyag és az oxidálószer megtakarítását, valamint a rakéta sebességének növelését. Ezután a második szakaszt ugyanúgy el kell dobni.

Ha vissza űrhajó Földre, vagy más bolygóra való leszállását nem tervezik, akkor a harmadik fokozatot az első kettőhöz hasonlóan a rakéta sebességének növelésére használják. Ha a hajónak le kell szállnia, akkor a leszállás előtt lelassítja a hajót. Ebben az esetben a rakétát 180 ° -kal elfordítják úgy, hogy a fúvóka elöl legyen. Ekkor a rakétából kiáramló gáz a mozgási sebessége ellen irányult impulzust, ami a sebesség csökkenéséhez vezet, és lehetővé teszi a leszállást.

Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij (1857-1935)
Orosz tudós és feltaláló az aerodinamika, a rakétadinamika, a repülőgép- és léghajóelmélet területén. Az elméleti asztronautika megalapítója

A rakéták űrrepülésekhez való felhasználásának ötlete a 20. század elején merült fel. Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij orosz tudós és feltaláló. Ciolkovszkij kidolgozta a rakéták mozgásának elméletét, képletet dolgozott ki a sebességük kiszámítására, és elsőként javasolta a többlépcsős rakéták használatát.

Fél évszázaddal később Ciolkovszkij ötletét szovjet tudósok dolgozták ki és hajtották végre Szergej Pavlovics Koroljev vezetésével.

Szergej Pavlovics Koroljev (1907-1966)
Szovjet tudós, rakéta- és űrrendszerek tervezője. A gyakorlati űrhajózás megalapítója

Kérdések

1. Az impulzusmegmaradás törvénye alapján magyarázza meg, miért mozog a ballon a belőle kilépő sűrített levegővel ellenkező irányba!
2. Mondjon példákat a testek sugármozgására!
3. Mi a rakéták célja? Meséljen nekünk az eszközről és a rakéta működési elvéről.
4. Mi határozza meg a rakéta sebességét?
5. Mi az előnye a többfokozatú rakétáknak az egyfokozatúakkal szemben?
6. Hogyan száll le egy űrhajó?

21. gyakorlat

1. A 2 m/s sebességgel haladó csónakból egy személy 5 kg tömegű evezőt dob ​​ki a csónak mozgásával ellentétes vízszintes 8 m/s sebességgel. Mekkora sebességgel mozgott a csónak a dobás után, ha a tömege az emberrel együtt 200 kg?
2. Mekkora sebességet ér el a rakétamodell, ha héjának tömege 300 g, a benne lévő lőpor tömege 100 g, és a gázok 100 m/s sebességgel távoznak a fúvókából? (Tekintsük a gáz azonnali kiáramlását a fúvókából.)
3. Milyen berendezésen és hogyan történik az 50. ábrán látható kísérlet? Melyik fizikai jelenség ebben az esetben bemutatja, hogy mi az és mi fizikai törvény ennek a jelenségnek a hátterében?

   Jegyzet: a gumicsövet függőlegesen helyezték el, amíg a víz át nem haladt rajta.

4. Végezze el az 50. ábrán látható kísérletet. Amikor a gumicső a lehető legnagyobb mértékben eltér a függőlegestől, ne öntse a vizet a tölcsérbe. Amíg a csőben maradt víz kifolyik, figyelje meg, hogyan fog változni: a) a vízsugárban lévő víz hatótávolsága (az üvegcső lyukához viszonyítva); b) a gumicső helyzete. Magyarázza meg mindkét változást.

Rizs. ötven

Nézzünk meg néhány példát, amelyek megerősítik az impulzusmegmaradás törvényének érvényességét.

Bizonyára sokan láttátok, hogy egy levegővel felfújt léggömb mozgásba lendül, ha kioldja a lyukát megfeszítő cérnát.

Ez a jelenség az impulzus megmaradásának törvényével magyarázható.

Amíg a labda lyuka meg van kötve, a labda a benne lévő sűrített levegővel nyugalomban van, lendülete nulla.

Amikor a lyuk nyitva van, egy sűrített levegő sugár távozik belőle meglehetősen nagy sebességgel. A mozgó levegőnek van bizonyos lendülete a mozgása irányába.

A természetben érvényben lévő impulzusmegmaradás törvénye szerint a két testből - egy golyóból és a benne lévő levegőből - álló rendszer teljes lendületének ugyanolyannak kell maradnia, mint a levegő kiáramlása előtt volt, azaz egyenlőnek kell lennie nullával. Ezért a labda a légsugárral ellentétes irányban olyan sebességgel kezd el mozogni, hogy lendülete abszolút értékben megegyezik a légsugár lendületével. A labda és a levegő impulzusvektorai ellentétes irányúak. Ennek eredményeként a kölcsönható testek összimpulzusa nulla marad.

A labda mozgása egy példa a sugárhajtásra. A sugármozgás annak köszönhető, hogy egy része elválik a testtől és elmozdul, aminek következtében maga a test ellentétes irányú lendületet kap.

A Seigneur-keréknek nevezett eszköz forgása a sugárhajtás elvén alapul (ábra). A kúpos edényből a vele kommunikáló íves csövön keresztül kiáramló víz az edényt a vízsugarakban lévő vízsebességgel ellentétes irányba forgatja. Ebből következően nemcsak a gázsugár, hanem a folyadéksugár is reaktív hatással bír.

Rizs. A sugárhajtás bemutatása Segner kerékkel

A sugárhajtást egyes élőlények is használják mozgásukhoz, például polipok, tintahalak, tintahalak és más lábasfejűek (ábra). Azért mozognak, mert beszívják, majd erőteljesen kinyomják magukból a vizet. Van még olyan tintahalfaj is, amely „sugárhajtóműveik” segítségével nem csak úszni tud a vízben, hanem rövid időre ki is repül belőle, hogy gyorsan utolérje a zsákmányt, vagy megszökjön az ellenség elől.

Rizs. Mozgásukra reaktív mozgást használnak a lábasfejűek: a - tintahal; b - tintahal; c - polip

Tudja, hogy a sugárhajtás elve széles körben alkalmazható a repülésben és az űrhajózásban. A világűrben nincs olyan közeg, amellyel a test kölcsönhatásba léphetne, és ezáltal megváltoztathatná sebességének irányát és modulusát. Ezért csak sugárhajtású repülőgépek, azaz rakéták használhatók űrrepülésekre.

A hordozórakéta indítása a Szojuz űrhajóval

Tekintsük az úgynevezett hordozórakéták, vagyis mesterséges földi műholdak, űrhajók, automatikus bolygóközi állomások és egyéb hasznos rakományok világűrbe juttatására szolgáló rakéták tervezésének és kilövésének kérdését.

Bármely rakétában, a kialakításától függetlenül, mindig van héj és üzemanyag oxidálószerrel. Az ábrán egy rakéta keresztmetszete látható. Látjuk, hogy a rakéta héja tartalmaz egy hasznos terhet (jelen esetben egy űrhajóról van szó 1), egy 2. műszerteret és egy hajtóművet (6. égéskamra, 5. szivattyúk stb.).

Rizs. rakéta diagram

A rakéta zöme a 4-es üzemanyag 3-as oxidálószerrel (az oxidálószerre azért van szükség, hogy az üzemanyag égve maradjon, mivel az űrben nincs oxigén).

Az üzemanyagot és az oxidálószert az égéstérbe szivattyúzzák. Az üzemanyag égéskor magas hőmérsékletű és nagy nyomású gázzá alakul, amely egy speciálisan kialakított harangon, a 7-es fúvókán keresztül erőteljes sugárban tör ki. A fúvóka célja a sugár sebességének növelése.

Mi a célja a gázsugár sebességének növelésének? A helyzet az, hogy a rakéta sebessége ettől a sebességtől függ. Ez a lendület megmaradásának törvényével kimutatható.

Mivel a kilövés előtt a rakéta impulzusa nullával egyenlő, így a megmaradás törvénye szerint a mozgó héj és a belőle kilökődő gáz összimpulzusának is nullával kell egyenlőnek lennie. Ebből következik, hogy a héj impulzusának és a vele ellentétes irányú gázsugár impulzusának abszolút értékben egyenlőnek kell lennie. Ez azt jelenti, hogy minél gyorsabban távozik a gáz a fúvókából, annál nagyobb lesz a rakéta héjának sebessége.

A gáz kiáramlásának sebességén kívül vannak más tényezők is, amelyektől a rakéta sebessége függ.

Megvizsgáltuk az egyfokozatú rakéta berendezését és működési elvét, ahol a fokozat az üzemanyag- és oxidálószer tartályokat és a motort tartalmazó alkatrészt jelenti. Az űrrepülések gyakorlatában általában többfokozatú rakétákat alkalmaznak, amelyek sokkal nagyobb sebességet fejlesztenek ki, és hosszabb repülésekre szánják, mint az egyfokozatúak.

Az ábrán egy háromfokozatú rakéta diagramja látható. Miután az első fokozat üzemanyaga és oxidálószere teljesen elfogy, ezt a fokozatot a rendszer automatikusan eldobja, és a második fokozat motorja veszi át az irányítást.

Rizs. Egy háromfokozatú rakéta diagramja

A rakéta teljes tömegének csökkentése az amúgy is szükségtelen fokozat eldobásával lehetővé teszi az üzemanyag és az oxidálószer megtakarítását, valamint a rakéta sebességének növelését. Ezután a második szakaszt ugyanúgy el kell dobni.

Ha nem tervezik az űrhajó visszatérését a Földre vagy más bolygóra való leszállását, akkor a harmadik fokozatot az első kettőhöz hasonlóan a rakéta sebességének növelésére használják. Ha a hajónak le kell szállnia, akkor a leszállás előtt lelassítja a hajót. Ebben az esetben a rakétát 180 ° -kal elfordítják úgy, hogy a fúvóka elöl legyen. Ekkor a rakétából kiáramló gáz a mozgási sebessége ellen irányult impulzust, ami a sebesség csökkenéséhez vezet, és lehetővé teszi a leszállást.

Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij (1857-1935)
Orosz tudós és feltaláló az aerodinamika, a rakétadinamika, a repülőgép- és léghajóelmélet területén. Az elméleti asztronautika megalapítója

A rakéták űrrepülésekhez való felhasználásának ötlete a 20. század elején merült fel. Konsztantyin Eduardovics Ciolkovszkij orosz tudós és feltaláló. Ciolkovszkij kidolgozta a rakéták mozgásának elméletét, képletet dolgozott ki a sebességük kiszámítására, és elsőként javasolta a többlépcsős rakéták használatát.

Fél évszázaddal később Ciolkovszkij ötletét szovjet tudósok dolgozták ki és hajtották végre Szergej Pavlovics Koroljev vezetésével.

Szergej Pavlovics Koroljev (1907-1966)
Szovjet tudós, rakéta- és űrrendszerek tervezője. A gyakorlati űrhajózás megalapítója

Házi feladat.

Feladat 1. Válaszolj a kérdésekre!

1. Az impulzusmegmaradás törvénye alapján magyarázza meg, miért mozog a ballon a belőle kilépő sűrített levegővel ellenkező irányba!
2. Mondjon példákat a testek sugármozgására!
3. Mi a rakéták célja? Meséljen nekünk az eszközről és a rakéta működési elvéről.
4. Mi határozza meg a rakéta sebességét?
5. Mi az előnye a többfokozatú rakétáknak az egyfokozatúakkal szemben?
6. Hogyan száll le egy űrhajó?

2. feladat Oldja meg a rebust!

A leckéhez csatoljuk az „Érdekes!” fájlt. A fájlt bármikor letöltheti az Ön számára megfelelő időben.

Felhasznált források: http://www.tepka.ru/fizika_9/21.html

Kérdések.

1. Az impulzusmegmaradás törvénye alapján indokolja meg, hogy a ballon miért mozog a belőle kilépő sűrített levegővel ellenkező irányba!

2. Mondjon példákat testek sugármozgására!

A természetben példaként említhető a növények sugárhajtása: egy veszett uborka érett termése; és állatok: tintahal, polip, medúza, tintahal stb. (az állatok úgy mozognak, hogy kidobják a szívott vizet). A gépészetben a sugárhajtás legegyszerűbb példája az segner kerék, több összetett példák a következők: rakéták mozgatása (űr, por, katonai), sugárhajtóműves vízi járművek (hidromotorkerékpárok, csónakok, motoros hajók), légi sugárhajtóműves légi járművek (sugárhajtóműves repülőgépek).

3. Mi a rakéták célja?

A rakétákat a tudomány és a technológia különböző területein használják: katonai ügyekben, belföldön tudományos kutatás, az űrhajózásban, a sportban és a szórakoztatásban.

4. A 45. ábra segítségével sorolja fel bármely űrrakéta fő részeit.

Űrhajó, műszerrekesz, oxidálószer tartály, üzemanyagtartály, szivattyúk, égéstér, fúvóka.

5. Ismertesse a rakéta elvét!

Az impulzusmegmaradás törvényének megfelelően a rakéta azért repül, mert bizonyos lendületű gázok nagy sebességgel kilökődnek belőle, és a rakéta ugyanolyan nagyságú, de ellenkező irányba irányított impulzust kap. . A gázok egy fúvókán keresztül távoznak, amelyben az üzemanyag magas hőmérsékletre és nyomásra ég le. A fúvóka az üzemanyagot és az oxidálószert kapja, amelyet szivattyúk szivattyúznak oda.

6. Mi határozza meg a rakéta sebességét?

A rakéta sebessége elsősorban a gázok kiáramlásának sebességétől és a rakéta tömegétől függ. A gázok kiáramlásának sebessége az üzemanyag típusától és az oxidálószer típusától függ. Egy rakéta tömege például attól függ, hogy milyen sebességet akarnak neki mondani, vagy attól, hogy milyen messzire kell repülnie.

7. Mi az előnye a többfokozatú rakétáknak az egyfokozatúakkal szemben?

A többfokozatú rakéták nagyobb sebességet képesek kifejleszteni és messzebbre repülni, mint az egyfokozatúak.

8. Hogyan száll le az űrhajó?

Az űrhajó leszállását úgy hajtják végre, hogy sebessége a felszínhez közeledve csökken. Ezt fékrendszer alkalmazásával érik el, amely lehet ejtőernyős fékrendszer vagy rakétahajtóművel is végrehajtható a fékezés, miközben a fúvóka lefelé (Föld, Hold, stb. felé) van irányítva, aminek köszönhetően a sebesség megnő. kialszik.

Feladatok.

1. A 2 m/s sebességgel haladó csónakból egy személy 5 kg tömegű evezőt dob ​​ki 8 m/s vízszintes sebességgel a csónak mozgásával ellentétes irányban. Mekkora sebességgel mozgott a csónak a dobás után, ha a tömege az ember tömegével együtt 200 kg?

2. Mekkora sebességet ér el a rakétamodell, ha héjának tömege 300 g, a benne lévő lőpor tömege 100 g, és a gázok 100 m/s sebességgel távoznak a fúvókából? (Tekintsük a gáz azonnali kiáramlását a fúvókából).

3. Milyen berendezéseken és hogyan történik a 47. ábrán látható kísérlet? Milyen fizikai jelenséget mutatunk be ebben az esetben, mi az, és milyen fizikai törvény áll a jelenség hátterében?
Jegyzet: a gumicsövet függőlegesen helyezték el, amíg a víz át nem haladt rajta.

Egy tölcsért, amelyhez alulról csavart fúvókával rögzített gumicső volt, tartó segítségével rögzítettük egy állványra, alá pedig egy tálcát helyeztek el. Ezután felülről vizet öntöttek a tölcsérbe a tartályból, miközben a vizet a csőből a tálcába öntötték, és maga a cső elmozdult függőleges helyzetből. Ez a tapasztalat a lendület megmaradásának törvényén alapuló sugárhajtás illusztrációjaként szolgál.

4. Végezze el a 47. ábrán látható kísérletet. Amikor a gumicső a lehető legnagyobb mértékben eltér a függőlegestől, ne öntsön vizet a tölcsérbe. Amíg a csőben maradt víz kifolyik, figyelje meg, hogyan fog változni: a) a vízsugárban lévő víz hatótávolsága (az üvegcső lyukához viszonyítva); b) a gumicső helyzete. Magyarázza meg mindkét változást.

a) a vízsugárban a víz repülési tartománya csökken; b) ahogy a víz kifolyik, a cső megközelíti a vízszintes helyzetet. Ezek a jelenségek annak a ténynek tulajdoníthatók, hogy a csőben a víznyomás csökkenni fog, és ezáltal a víz kilökésének lendülete is.