Lëshimi jet lejon. Parimi i shtytjes reaktiv

Ligji i ruajtjes së momentit ka një rëndësi të madhe kur merret parasysh lëvizja e avionit.
Nën shtytje reaktiv të kuptojë lëvizjen e një trupi që ndodh kur një pjesë e tij ndahet me një shpejtësi të caktuar në lidhje me të, për shembull, kur produktet e djegies rrjedhin nga një hundë e avionit avion. Në këtë rast, të ashtuquajturat forca e reagimit duke e shtyrë trupin.
E veçanta e forcës reaktive është se ajo lind si rezultat i ndërveprimit midis pjesëve të vetë sistemit pa asnjë ndërveprim me trupat e jashtëm.
Ndërsa forca që i jep përshpejtimin, për shembull, një këmbësor, një anije ose një aeroplan, lind vetëm për shkak të ndërveprimit të këtyre trupave me tokën, ujin ose ajrin.

Kështu, lëvizja e një trupi mund të merret si rezultat i rrjedhës së një rryme lëngu ose gazi.

Lëvizja jet në natyrë e natyrshme kryesisht në organizmat e gjallë që jetojnë në një mjedis ujor.

Në teknologji, shtytja e avionëve përdoret në transportin lumor (motorët e avionëve të ujit), në industrinë e automobilave (makina garash), në çështjet ushtarake, në aviacion dhe astronautikë.
Të gjithë avionët modernë me shpejtësi të lartë janë të pajisur me motorë reaktivë, sepse... ata janë në gjendje të ofrojnë shpejtësinë e kërkuar të fluturimit.
Është e pamundur të përdoren motorë të tjerë përveç motorëve reaktivë në hapësirën e jashtme, pasi atje nuk ka asnjë mbështetje nga e cila mund të arrihet përshpejtimi.

Historia e zhvillimit të teknologjisë jet

Krijuesi i raketës luftarake ruse ishte shkencëtari i artilerisë K.I. Konstantinov. Me peshë 80 kg, rrezja e fluturimit të raketës së Konstantinov arriti në 4 km.

Ideja e përdorimit të shtytjes jet në një avion, projekti i një pajisjeje aeronautike reaktiv, u parashtrua në 1881 nga N.I. Kibalçiç.

Në vitin 1903, fizikani i famshëm K.E. Tsiolkovsky vërtetoi mundësinë e fluturimit në hapësirën ndërplanetare dhe zhvilloi një dizajn për aeroplanin e parë të raketës me një motor të lëngshëm.

K.E. Tsiolkovsky projektoi një tren me raketa hapësinore të përbërë nga një numër raketash që funksionojnë në mënyrë alternative dhe bien ndërsa karburanti konsumohet.

Parimet e motorëve reaktiv

Baza e çdo motor reaktivështë një dhomë djegieje në të cilën djegia e karburantit prodhon gazra që kanë shumë temperaturë të lartë dhe duke ushtruar presion në muret e dhomës. Gazrat dalin nga një grykë e ngushtë rakete me shpejtësi të lartë dhe krijojnë shtytje avionësh. Në përputhje me ligjin e ruajtjes së momentit, raketa fiton shpejtësi në drejtim të kundërt.

Momenti i sistemit (produktet e djegies me raketa) mbetet zero. Meqenëse masa e raketës zvogëlohet, edhe me një shpejtësi konstante të rrjedhës së gazit, shpejtësia e saj do të rritet, duke arritur gradualisht vlerën e saj maksimale.
Lëvizja e një rakete është një shembull i lëvizjes së një trupi me masë të ndryshueshme. Për të llogaritur shpejtësinë e tij përdoret ligji i ruajtjes së momentit.

Motorët reaktivë ndahen në motorë raketash dhe motorë që marrin frymë ajri.

Motorë raketash E disponueshme me karburant të ngurtë ose të lëngshëm.
Në motorët e raketave me lëndë djegëse të ngurta, karburanti, i cili përmban karburant dhe oksidues, futet me forcë brenda dhomës së djegies së motorit.
NË motorët e avionëve të lëngshëm Të projektuar për lëshimin e anijes kozmike, karburanti dhe oksiduesi ruhen veçmas në rezervuarë të veçantë dhe furnizohen në dhomën e djegies duke përdorur pompa. Ata mund të përdorin vajguri, benzinë, alkool, hidrogjen të lëngshëm etj. si lëndë djegëse dhe oksigjen të lëngshëm si agjent oksidues të nevojshëm për djegie. acid nitrik, etj.

Raketat moderne hapësinore me tre faza lëshohen vertikalisht dhe pasi kalojnë nëpër shtresat e dendura të atmosferës ato transferohen në fluturim në një drejtim të caktuar. Çdo fazë rakete ka rezervuarin e vet të karburantit dhe rezervuarin e oksiduesit, si dhe motorin e vet të avionit. Ndërsa karburanti digjet, fazat e harxhuara të raketës hidhen poshtë.

Motorë reaktivë aktualisht përdoret kryesisht në avionë. Dallimi i tyre kryesor nga motorët e raketave është se oksiduesi për djegien e karburantit është oksigjeni nga ajri që hyn në motor nga atmosfera.
Motorët me frymëmarrje ajri përfshijnë motorë turbokompresor me kompresor boshtor dhe centrifugal.
Ajri në motorë të tillë thithet dhe kompresohet nga një kompresor i drejtuar nga një turbinë me gaz. Gazrat që dalin nga dhoma e djegies krijojnë një shtytje reaktive dhe rrotullojnë rotorin e turbinës.

Me shpejtësi shumë të larta fluturimi, kompresimi i gazrave në dhomën e djegies mund të arrihet për shkak të rrjedhës së ajrit që vjen nga afër. Nuk ka nevojë për kompresor.

Ligjet e Njutonit ndihmojnë në shpjegimin e një fenomeni mekanik shumë të rëndësishëm - shtytje reaktiv . Ky është emri i lëvizjes së një trupi që ndodh kur një pjesë e tij ndahet prej tij me çdo shpejtësi.

Le të marrim, për shembull, një top gome për fëmijë, ta fryjmë dhe ta lëshojmë. Do të shohim që kur ajri të fillojë ta lërë atë në një drejtim, vetë topi do të fluturojë në tjetrin. Kjo është lëvizje reaktive.

Disa përfaqësues të botës së kafshëve lëvizin sipas parimit të shtytjes së avionëve, si kallamarët dhe oktapodët. Duke hedhur në mënyrë periodike ujin që thithin, ata janë në gjendje të arrijnë shpejtësi deri në 60-70 km/h. Kandil deti, sepja dhe disa kafshë të tjera lëvizin në mënyrë të ngjashme.

Shembuj të shtytjes së avionëve mund të gjenden gjithashtu në botën e bimëve. Për shembull, frutat e pjekura të një kastraveci të “çmendur”, me prekjen më të vogël, kërcejnë nga kërcelli dhe një lëng i hidhur me fara hidhet me forcë nga vrima e krijuar në vendin e kërcellit të ndarë; vetë kastravecat fluturojnë në drejtim të kundërt.

Lëvizja reaktive që ndodh kur lirohet uji mund të vërehet në eksperimentin e mëposhtëm. Hidhni ujë në një gyp qelqi të lidhur me një tub gome me një majë në formë L (Fig. 20). Do të shohim se kur uji fillon të rrjedhë nga tubi, vetë tubi do të fillojë të lëvizë dhe të devijojë në drejtim të kundërt me drejtimin e rrjedhës së ujit.

Fluturimet bazohen në parimin e shtytjes së avionëve raketa. Një raketë moderne hapësinore është një avion shumë kompleks i përbërë nga qindra mijëra e miliona pjesë. Masa e raketës është e madhe. Ai përbëhet nga masa e lëngut punues (d.m.th., gazrat e nxehtë të formuar si rezultat i djegies së karburantit dhe të emetuara në formën e një rryme avioni) dhe masa përfundimtare ose, siç thonë ata, "e thatë" e raketës që mbetet pas lëngu i punës nxirret nga raketa.

Masa "e thatë" e një rakete, nga ana tjetër, përbëhet nga masa e strukturës (d.m.th., guaska e raketës, motorët e saj dhe sistemi i kontrollit) dhe masa e ngarkesës (d.m.th., pajisjet shkencore, trupi i anija kozmike e lëshuar në orbitë, ekuipazhi dhe mbështetja e jetës së anijes së sistemit).

Me skadimin e lëngut të punës, rezervuarët e lëshuar, pjesët e tepërta të guaskës etj., fillojnë të ngarkojnë raketën me ngarkesë të panevojshme, duke e bërë të vështirë përshpejtimin. Prandaj, për të arritur shpejtësi kozmike, përdoren raketa të përbëra (ose me shumë faza) (Fig. 21). Në fillim, vetëm blloqet e fazës 1 punojnë në raketa të tilla Kur rezervat e karburantit në to mbarojnë, ato ndahen dhe faza e dytë 2 ndizet; pasi eshte shteruar karburanti ne te ndahet edhe ai dhe ndizet faza e trete 3. Nje satelit ose ndonje tjeter qe ndodhet ne koken e raketes. anije kozmike i mbuluar me një mbulesë koke 4, forma e efektshme e së cilës ndihmon në uljen e rezistencës së ajrit kur raketa fluturon në atmosferën e Tokës.

Kur një avion gazi nxirret nga një raketë me shpejtësi të madhe, vetë raketa futet në të anën e kundërt. Pse po ndodh kjo?

Sipas ligjit të tretë të Njutonit, forca F me të cilën raketa vepron në lëngun e punës është e barabartë në madhësi dhe e kundërt në drejtim me forcën F" me të cilën lëngu i punës vepron në trupin e raketës:

Forca F" (e cila quhet forca reaktive) e përshpejton raketën.

Nga barazia (10.1) rezulton se impulsi i dhënë trupit është i barabartë me produktin e forcës dhe kohën e veprimit të saj. Prandaj, forcat e barabarta që veprojnë në të njëjtën kohë u japin trupave impulse të barabarta. Në këtë rast, pulsi m p v p i fituar nga raketa duhet të korrespondojë me pulsin m gaz v gaz të gazrave të nxjerrë:

m р v р = m gaz v gaz

Nga kjo rrjedh se shpejtësia e raketës

Le të analizojmë shprehjen që rezulton. Shohim që shpejtësia e raketës rritet sa më shumë shpejtësi gazrat e emetuara dhe sa më i madh të jetë raporti i masës së lëngut të punës (d.m.th., masa e karburantit) me masën përfundimtare ("të thatë") të raketës.

Formula (12.2) është e përafërt. Nuk merret parasysh që me djegien e karburantit, masa e raketës fluturuese bëhet gjithnjë e më pak. Formula e saktë për shpejtësinë e raketës u mor për herë të parë në 1897 nga K. E. Tsiolkovsky dhe për këtë arsye mban emrin e tij.

Formula Tsiolkovsky ju lejon të llogaritni rezervat e karburantit të kërkuara për të dhënë një shpejtësi të caktuar rakete. Tabela 3 tregon raportin e masës fillestare të raketës m0 me masën e saj përfundimtare m, që korrespondon me shpejtësitë e ndryshme të raketës me një shpejtësi rryme gazi (në raport me raketën) v = 4 km/s.

Për shembull, për t'i dhënë një rakete një shpejtësi që tejkalon shpejtësinë e rrjedhës së gazit me 4 herë (v p = 16 km/s), është e nevojshme që masa fillestare e raketës (përfshirë karburantin) të kalojë atë përfundimtare ("e thatë"). masa e raketës me 55 herë (m 0 /m = 55). Kjo do të thotë se pjesa më e madhe e masës totale të raketës në nisje duhet të jetë masa e karburantit. Ngarkesa, në krahasim, duhet të ketë një masë shumë të vogël.

Një kontribut i rëndësishëm në zhvillimin e teorisë së shtytjes së avionit dha një bashkëkohës i K. E. Tsiolkovsky, shkencëtari rus I. V. Meshchersky (1859-1935). Ekuacioni i lëvizjes së një trupi me masë të ndryshueshme është emëruar sipas tij.

1. Çfarë është shtytja reaktiv? Jepni shembuj. 2. Në eksperimentin e treguar në figurën 22, kur uji rrjedh jashtë përmes tubave të lakuar, kova rrotullohet në drejtimin e treguar nga shigjeta. Shpjegoni fenomenin. 3. Çfarë përcakton shpejtësinë e fituar nga një raketë pas djegies së karburantit?

Për shumë njerëz, vetë koncepti i "propulsionit reaktiv" lidhet fort me arritjet moderne të shkencës dhe teknologjisë, veçanërisht fizikës, dhe në kokat e tyre shfaqen imazhe të avionëve reaktivë apo edhe anijeve kozmike që fluturojnë me shpejtësi supersonike duke përdorur motorët famëkeq të avionëve. Në fakt, fenomeni i shtytjes së avionit është shumë më i lashtë se edhe vetë njeriu, sepse ai u shfaq shumë përpara neve njerëzit. Po, shtytja e avionëve përfaqësohet në mënyrë aktive në natyrë: kandil deti dhe sepjet kanë notuar në thellësitë e detit për miliona vjet duke përdorur të njëjtin parim me të cilin fluturojnë sot avionët reaktivë supersonikë modernë.

Historia e shtytjes së avionëve

Që nga kohërat e lashta, shkencëtarë të ndryshëm kanë vëzhguar fenomenet e lëvizjes reaktive në natyrë, matematikani dhe mekaniku i lashtë grek Heron ishte i pari që shkroi për të, megjithëse ai kurrë nuk shkoi më tej se teoria.

Nëse flasim për aplikimin praktik të shtytjes reaktiv, atëherë kinezët shpikës ishin të parët. Rreth shekullit të 13-të, ata kuptuan të huazojnë parimin e lëvizjes së oktapodëve dhe sepjeve kur shpikën raketat e para, të cilat filluan t'i përdorin si për fishekzjarre ashtu edhe për operacione ushtarake (si armë luftarake dhe sinjalizuese). Pak më vonë, kjo shpikje e dobishme e kinezëve u miratua nga arabët, dhe prej tyre nga evropianët.

Sigurisht, raketat e para konvencionale të avionëve kishin një dizajn relativisht primitiv dhe për disa shekuj praktikisht nuk u zhvilluan fare. Një përparim në këtë çështje ndodhi vetëm në shekullin e 19-të.

Kush e zbuloi lëvizjen jet?

Ndoshta dafinat e zbuluesit të shtytjes së avionëve në "epokën e re" mund t'i jepen Nikolai Kibalchich, jo vetëm një shpikës i talentuar rus, por edhe një vullnetar revolucionar me kohë të pjesshme. Ai krijoi projektin e tij për një motor reaktiv dhe një avion për njerëzit ndërsa ishte ulur në një burg mbretëror. Kibalchich u ekzekutua më vonë për aktivitetet e tij revolucionare dhe projekti i tij mbeti duke mbledhur pluhur në raftet në arkivat e policisë sekrete cariste.

Më vonë, puna e Kibalchich në këtë drejtim u zbulua dhe u plotësua nga veprat e një shkencëtari tjetër të talentuar K. E. Tsiolkovsky. Nga viti 1903 deri në 1914, ai botoi një sërë veprash në të cilat vërtetoi bindshëm mundësinë e përdorimit të shtytjes reaktiv për të krijuar anije kozmike për eksplorimin e hapësirës së jashtme. Ai gjithashtu formoi parimin e përdorimit të raketave me shumë faza. Deri më sot, shumë nga idetë e Tsiolkovsky janë përdorur në shkencën e raketave.

Shembuj të shtytjes reaktiv në natyrë

Me siguri, gjatë notit në det, keni parë kandil deti, por vështirë se keni menduar që këto krijesa të mahnitshme (dhe gjithashtu të ngadalta) lëvizin falë shtytjes reaktiv. Domethënë, duke kontraktuar kupolën e tyre transparente, ata shtrydhin ujin, i cili shërben si një lloj "motori reaktiv" për kandil deti.

Sepja ka një mekanizëm të ngjashëm lëvizjeje - përmes një hinke të veçantë përpara trupit dhe përmes një të çare anësore, ai tërheq ujin në zgavrën e gushës dhe më pas e hedh me energji jashtë përmes hinkës së drejtuar prapa ose anash (në varësi të drejtimi i lëvizjes që i nevojitet sepjes).

Por motori më interesant reaktiv i krijuar nga natyra gjendet tek kallamarët, të cilët me të drejtë mund të quhen "silurët e gjallë". Në fund të fundit, edhe trupi i këtyre kafshëve i ngjan një rakete në formën e saj, megjithëse në të vërtetë gjithçka është pikërisht e kundërta - kjo raketë, me dizajnin e saj, kopjon trupin e një kallamari.

Nëse kallamari duhet të bëjë një kërcim të shpejtë, ai përdor motorin e tij jet natyral. Trupi i tij është i rrethuar nga një mantel, ind i veçantë muskulor dhe gjysma e vëllimit të gjithë kallamarit është në zgavrën e mantelit, në të cilën thith ujin. Pastaj ai hedh ashpër rrjedhën e mbledhur të ujit përmes një gryke të ngushtë, ndërsa i palos të gjitha dhjetë tentakulat mbi kokën e tij në mënyrë të tillë që të marrë një formë të efektshme. Falë lundrimit të tillë të avancuar reaktiv, kallamarët mund të arrijnë një shpejtësi mbresëlënëse prej 60-70 km në orë.

Ndër pronarët e një motori reaktiv në natyrë ka edhe bimë, përkatësisht i ashtuquajturi "kastravec i çmendur". Kur frutat e tij piqen, në përgjigje të prekjes më të vogël, ajo gjuan glutenin me fara

Ligji i Propulsionit Jet

Kallamarët, "kastravecat e çmendur", kandili i detit dhe sepjet e tjera kanë përdorur shtytje reaktive që nga kohërat e lashta, pa menduar për këtë. thelbi fizik, do të përpiqemi të kuptojmë se cili është thelbi i lëvizjes reaktive, çfarë lloj lëvizjeje quhet reaktive dhe t'i japim një përkufizim.

Për të filluar, mund të drejtoheni në një eksperiment të thjeshtë - nëse është e zakonshme tullumbace Fryjeni atë me ajër dhe, pa u ndalur, lëreni të fluturojë, do të fluturojë shpejt derisa të konsumohet furnizimi me ajër. Ky fenomen shpjegohet me ligjin e tretë të Njutonit, i cili thotë se dy trupa ndërveprojnë me forca të barabarta në madhësi dhe të kundërta në drejtim.

Kjo do të thotë, forca e ndikimit të topit në rrjedhat e ajrit që ikin prej tij është e barabartë me forcën me të cilën ajri e shtyn topin larg vetvetes. Një raketë punon në një parim të ngjashëm me një top, i cili nxjerr një pjesë të masës së tij me shpejtësi të madhe, ndërsa merr përshpejtim të fortë në drejtim të kundërt.

Ligji i ruajtjes së momentit dhe shtytjes së avionit

Fizika shpjegon procesin e shtytjes së avionëve. Momenti është produkt i masës së trupit dhe shpejtësisë së tij (mv). Kur një raketë është në qetësi, momenti dhe shpejtësia e saj janë zero. Kur një rrymë avion fillon të nxirret prej saj, atëherë pjesa tjetër, sipas ligjit të ruajtjes së momentit, duhet të fitojë një shpejtësi të tillë me të cilën momenti i përgjithshëm do të jetë ende i barabartë me zero.

Formula e shtytjes reaktiv

Në përgjithësi, lëvizja e avionit mund të përshkruhet me formulën e mëposhtme:
m s v s +m р v р =0
m s v s =-m р v р

ku m s v s është impulsi i krijuar nga rryma e gazit, m p v p është impulsi i marrë nga raketa.

Shenja minus tregon se drejtimi i lëvizjes së raketës dhe forca e lëvizjes së avionit janë të kundërta.

Shtytja e avionit në teknologji - parimi i funksionimit të një motori reaktiv

Në teknologjinë moderne, shtytja e avionëve luan një rol shumë të rëndësishëm, pasi motorët e avionëve lëvizin aeroplanët dhe anijet kozmike. Vetë dizajni i motorit reaktiv mund të ndryshojë në varësi të madhësisë dhe qëllimit të tij. Por në një mënyrë apo tjetër, secili prej tyre ka

furnizimi me karburant,
dhoma për djegien e karburantit,
një hundë, detyra e së cilës është të përshpejtojë rrjedhën e avionit.

Kështu duket një motor jet.

Propulsion reaktiv, video

Dhe së fundi, një video zbavitëse rreth eksperimenteve fizike me shtytje jet.

Fenomeni i zmbrapsjes, shtytja e avionit, formula e Meshchersky, Tsiolkovsky.

Fenomeni i zmbrapsjes vërehet kur një trup, nën ndikimin e forcave të brendshme, ndahet në dy pjesë që fluturojnë larg njëra-tjetrës.
Shembull i thjeshtë: Gazrat e pluhurit nxirren nga tyta e armës me anë të një predhe. Predha fluturon në një drejtim dhe arma, nëse nuk është e siguruar, rrokulliset mbrapa - ka pësuar zmbrapsje. Para se të qëllonte arma, ne kishim një "trup" të përbërë nga vetë arma dhe predha brenda tytës. Trupi origjinal "u shpërbë" - nën ndikimin e forcave të brendshme u "thye" në dy pjesë (një armë dhe një predhë), duke lëvizur në mënyrë të pavarur.
Le të imagjinojmë foton e mëposhtme. Një burrë që qëndron mbi akull të rrëshqitshëm hedh një gur në një drejtim të caktuar. Pasi të ketë përjetuar zmbrapsjen, personi do të fillojë të rrëshqasë nëpër akull në drejtim të kundërt.
"Trupi" i një njeriu + një gur, nën ndikimin e përpjekjes muskulore të një personi, "u thye" në dy pjesë - në një burrë dhe një gur. Vini re se njeriu me gurin u vendos në akull të rrëshqitshëm për të reduktuar ndjeshëm forcën e fërkimit dhe për t'u përballur me një situatë ku shuma e forcave të jashtme është afër zeros dhe vetëm forcat e brendshme punojnë - njeriu vepron mbi gurin, duke e hedhur atë. , dhe guri vepron sipas ligjit të tretë të Njutonit për person. Si rezultat, vërehet fenomeni i kthimit.
Ky fenomen mund të shpjegohet duke përdorur ligjin e ruajtjes së momentit. Duke mos marrë parasysh çdo situatë jetësore, le të shqyrtojmë dy trupa me masa m 1 Dhe m 2, në qetësi në lidhje me një kornizë inerciale të referencës (le të jetë Toka). Ne do të supozojmë se efekti në trup nga forcat e jashtme mund të neglizhohet. Le të supozojmë se si rezultat i veprimit të forcave të brendshme sistemi u shpërbë - një trup me masë m 1 fitoi shpejtësi v 1, dhe trupi ka masë m 2− shpejtësia v 2. Para prishjes, momenti i sistemit ishte zero ( p = 0); pas kalbjes mund të përfaqësohet si

Nga ligji i ruajtjes së momentit del se

Nga këtu marrim:

Siç do të prisnit, vektorët v 1 Dhe v 2 drejtohen në drejtim të kundërt. Nëse, për shembull, v 1− shpejtësia me të cilën një person në akull hodhi një gur me masë m 1, Kjo v 2− shpejtësia e një personi me masë m 2, të cilën e ka fituar si rezultat i dhënies. Sepse m 1<< m 2 , atëherë nga (1) rrjedh se

Tani supozoni se një tufë trupash me masa M Dhe m lëviz në mënyrë të njëtrajtshme dhe drejtvizore me shpejtësi në raport me një kornizë referimi stacionare (inerciale). Si rezultat i veprimit të forcave të brendshme (natyra e tyre nuk ka rëndësi në këtë rast), ligamenti shpërbëhet; trup me masë m fiton shpejtësi u në raport me një trup me masë M, në mënyrë që shpejtësia e tij në raport me kornizën fikse të referencës të dalë e barabartë

Shpejtësia e një trupi me masë M në këtë kornizë referimi e paraqesim si

Duke e konsideruar sistemin e trupave si të mbyllur, do të përdorim ligjin e ruajtjes së momentit, sipas të cilit

Pasi hapim kllapat dhe shkurtojmë termat identikë, marrim relacionin

Nga (2) është e qartë se drejtimet e vektorëve v 1 Dhe u përballë.
Një rast i veçantë interesant është kur vektori drejtohet drejt vektorit v. Në këtë rast, një trup në masë M do të vazhdojë të lëvizë në drejtim të vektorit pas shpërbërjes së ligamentit v, ndërsa moduli i shpejtësisë së tij do të rritet për shkak të kthimit dhe do të jetë i barabartë me v + um/M.
Nga fenomeni i zmbrapsjes kalojmë në shqyrtimin e shtytjes së avionit duke përdorur shembullin e lëvizjes së një rakete. Në termat më të përgjithshëm, kjo lëvizje shpjegohet mjaft thjeshtë. Kur karburanti digjet, gazrat dalin nga gryka e raketës me një shpejtësi shumë të lartë. Për shkak të zmbrapsjes, raketa lëviz në drejtim të kundërt me drejtimin e rrjedhjes së gazit nga hunda.
Le të shënojmë me v shpejtësinë e raketës në raport me Tokën në një moment të caktuar kohor t. Shpejtësia e raketës në moment t + Δt shënoj me v + Δv. Ndryshimi i shpejtësisë së raketës ndodhi si rezultat i faktit se një masë gazi u hodh prej saj. ΔM me shpejtësi u në lidhje me raketën. Shpejtësia u quhet shpejtësia e shkarkimit. Në fund të periudhës kohore Δt masa e raketës së bashku me karburantin u ul me ΔM. Intervali Δt supozojmë se është mjaft e vogël saqë mund të supozojmë se masa e raketës me karburant është konstante gjatë një intervali të caktuar dhe në fund të tij ndryshon befas si rezultat i një lëshimi të menjëhershëm të masës së gazit. ΔM(më vonë do të kalojmë në kufirin në Δt → 0 dhe në këtë mënyrë të zëvendësojë çlirimin impulsiv të gazrave me daljen e tyre të vazhdueshme nga gryka e raketës). Nëse masa e raketës me karburant për momentin t e barabartë me M, atëherë për momentin t + Δt do të jetë e barabartë M−ΔM.
Pra, në një moment në kohë t ka një raketë me karburant që ka masë M dhe shpejtësinë në raport me Tokën. Për momentin t + Δt ka, Së pari, një raketë shtytëse që ka masë M−ΔM dhe shpejtësia v + Δv në lidhje me Tokën dhe, së dyti, një pjesë e gazit që ka masë ΔM dhe shpejtësia v+u në lidhje me Tokën. Duke neglizhuar ndërveprimin e raketës me trupat e jashtëm, ne përdorim ligjin e ruajtjes së momentit dhe shkruajmë:

Duke zgjeruar kllapat, marrim

Punimet Mv, dhe gjithashtu ΔMv janë duke u reduktuar. Puna ΔMΔv mund të neglizhohet, pasi këtu shumëzohen dy sasi të vogla; Siç thuhet zakonisht, një produkt i tillë është një sasi e rendit të dytë të vogëlsisë. Si rezultat, relacioni (4) shndërrohet në formën (krahaso me (3)):

Le t'i ndajmë të dyja anët e kësaj barazie me Δt; marrim

Le ta kemi parasysh atë

dhe pastaj kalojmë në të dy anët e barazisë (5) në kufirin në Δt → 0.

Kufiri

ka një nxitim të menjëhershëm të raketës.
Madhësia ΔM/dt le ta quajmë mesatare për një periudhë kohore Δt konsumi i karburantit. Madhësia

konsumi i menjëhershëm i karburantit për një moment në kohë t. Duke marrë parasysh komentet e bëra, (6) do të marrë formularin

Nxitimi a(t) shkaktuar nga dhuna

që quhet forcë reaktive. Është proporcionale me konsumin e karburantit dhe shpejtësinë e rrjedhës së gazit dhe drejtohet në kundërshtim me shpejtësinë e rrjedhës.
Nëse një raketë fluturuese ndikohet nga diçka tjetër përveç forcës reaktive Fp(t), disa forcë të jashtme F(t), pastaj vijon relacioni (7).
zëvendësohet me raportin:

Kjo marrëdhënie është një përgjithësim i ligjit të dytë të Njutonit për lëvizjen e një trupi me masë të ndryshueshme. U quajt formula Meshchersky (sipas shkencëtarit rus Ivan Vsevolodovich Meshchersky, i cili studioi mekanikën e trupave me masë të ndryshueshme).

Nxjerrja e formulës(Formula Tsiolkovsky), duke lidhur masën dhe shpejtësinë e raketës.
Le të supozojmë se karburanti digjet në pjesë të veçanta duke peshuar ΔM = M/N, Ku M− masa e raketës përpara se të nxirret një pjesë prej saj ΔM, A N− një numër mjaft i madh. Pas djegies së pjesës së parë, masa e raketës do të jetë e barabartë me

Pas djegies së pjesës së dytë, masa përsëri do të ulet me (1/N)–th pjesë, por tashmë nga masa M 1, dhe do të bëhen të barabartë

Duke argumentuar në të njëjtën mënyrë më tej, gjejmë masën e raketës pas djegies n-të porcione

Le të shqyrtojmë tani se si ndryshon shpejtësia e raketës në këtë rast. Me një shpejtësi të rrjedhës së produktit të djegies të barabartë me u, peshë ΔM mbart vrullin Δp = uΔM. Në përputhje me ligjin e ruajtjes së momentit, raketa do të marrë të njëjtën madhësi, por impuls të drejtuar në të kundërt, si rezultat i së cilës shpejtësia e saj do të rritet me

Kështu, nëse në fillim raketa ishte në qetësi, atëherë pas djegies së pjesës së parë me një masë ΔM 1 = M 0 /N, e cila kishte vrull Δp 1 = M 0 u/N, shpejtësia e raketës do të bëhet e barabartë

Pas djegies së pjesës së dytë të karburantit peshon ΔM 2 = M 1 / N, e cila e largoi impulsin Δp 2 /(M 1 − M 1 /N) dhe do të arrijë në

Duke vazhduar më tej arsyetimin, marrim shpejtësinë e raketës pas djegies n-të porcionet:

Pastaj masa e raketës arrin shpejtësinë v

indeks n hiqet në vijim sepse nuk është më i nevojshëm.
Në fakt, karburanti në një raketë digjet jo në pjesë të veçanta, por vazhdimisht. Për të shkuar te një formulë që përshkruan më saktë rastin real, duhet të merrni parasysh N një numër jashtëzakonisht i madh. Në këtë rast, njësia e eksponentit të shprehjes së fundit mund të neglizhohet, pas së cilës do të marrë formën

ose me rritje të pakufizuar N

Kjo formulë është nxjerrë K.E. Tsiolkovsky dhe mban emrin e tij. Kjo tregon qartë se raketa mund të arrijë shpejtësi të lartë, por masa e mbetur do të jetë shumë më e vogël se ajo origjinale.

Problemi 1
Nga një raketë që peshon M, duke lëvizur me shpejtësi v, një pjesë e karburantit derdhet m me shpejtësi u në lidhje me raketën. Sa do të jetë shpejtësia e raketës? Çfarë shpejtësie do të ketë raketa pas lëshimit? 2, 3, k porcionet?

Zgjidhje

Le të përdorim ligjin e ruajtjes së momentit. Është më i përshtatshëm për ta shkruar atë në një kornizë referimi që lëviz me shpejtësinë fillestare të raketës v(meqenëse shpejtësia e nxjerrjes së karburantit u jepet në raport me raketën). Në projeksion mbi drejtimin e lëvizjes së raketës marrim

nga vjen shpejtësia e raketës?

Në një kornizë referimi të palëvizshme, shpejtësia e raketës pas lëshimit të pjesës së parë të karburantit është e barabartë në madhësi me

Ne do të shqyrtojmë lëshimin e pjesës së dytë të karburantit në një sistem që lëviz me një shpejtësi v 1. Nga ligji i ruajtjes së momentit kemi

dhe në një sistem të palëvizshëm

Pas k emetimet, shpejtësia e raketës do të jetë e barabartë me

Për krahasim, le të gjejmë edhe shpejtësinë e raketës vk/ me një peshim të lëshimit të karburantit një herë k m me të njëjtën shpejtësi u në lidhje me raketën.
Për ta bërë këtë, ne do të përdorim ligjin e ruajtjes së momentit, por do ta shkruajmë menjëherë në lidhje me një kornizë fikse referimi:

ku

Është e lehtë ta shohësh këtë v k / > v k. Ky rezultat shoqërohet me supozimin se shkalla e nxjerrjes së karburantit nga një raketë në një kornizë referimi të palëvizshme është konstante dhe e barabartë me v−u. Në realitet, ndërsa raketa përshpejtohet, shkalla e nxjerrjes së karburantit zvogëlohet ( shpejtësi konstante nxjerrje në raport me raketën). Prandaj formula e parë për vk përshkruan më saktë situatën reale.

Problemi 2
Raketa ka masë para lëshimit m 0 = 120 kg. Në cilën lartësi do të kalojë raketa t = 15 s pas fillimit të motorëve të tij? Llogaritni konsumin e karburantit μ = 4 kg/s dhe shpejtësia e rrjedhjes së gazit në raport me raketën u = 1000 m/s të përhershme. 1) Konsideroni fushën gravitacionale të Tokës si homogjene, 2) Konsideroni fushën gravitacionale të Tokës si johomogjene.

Zgjidhje

1) Boshti z drejtuar vertikalisht lart
Le të shkruajmë ekuacionin Meshchersky në fushën uniforme gravitacionale të Tokës në formë

Ku m = m 0 − μt, A v 0− shpejtësia e raketës në momentin e kohës t. Duke ndarë variablat, marrim ekuacionin

Zgjidhja e këtij ekuacioni që plotëson kushtin fillestar v 0 = 0 në t = 0, ka formën

Ndarja përsëri e variablave dhe marrë parasysh se kushti fillestar z 0 = 0 në t = 0, gjejmë

Duke zëvendësuar vlerat numerike, ne e gjejmë atë përmes 15 s pas lëshimit, raketa do të jetë në një lartësi prej rreth 3500 m, ndërsa do të ketë një shpejtësi 540 m/s.

2) Le të marrim parasysh faktin se johomogjeniteti i fushës gravitacionale të Tokës në lartësitë në shqyrtim është i vogël. Prandaj, për të llogaritur lëvizjen në këtë rast, është e përshtatshme të përdoret metoda e përafrimeve të njëpasnjëshme.
Le R− rrezja e Tokës. Le të paraqesim forcën gravitacionale në formë

Ku M- masa e Tokës, λ = z/R<< 1 .
Kur një raketë lëviz në një fushë jo uniforme me një ligj të caktuar ndryshimi në masën e saj, shpejtësia e raketës mund të përfaqësohet si shuma: v = v 0 + v /, Ku v/<< v 0 . Ne shkruajmë në mënyrë të ngjashme z = z 0 + z /, Ku z/<< z 0 . Zëvendësimi i këtyre shprehjeve për v, z Dhe F ne gjejmë në ekuacionin Meshchersky

Në ekuacionin rezultues lëmë vetëm termat e rendit të parë të vogëlsisë, duke e hequr termin e fundit në anën e djathtë (tremat jo të vegjël mblidhen deri në zero). Arrijmë te ekuacioni

Ku z 0 të përcaktuara me formulën (2). Tani është e lehtë të ndash variablat dhe të gjesh

Anijet kozmike shumëtonëshe fluturojnë në qiell dhe kandil deti transparent, xhelatinoz, sepjet dhe oktapodët manovrojnë me shkathtësi në ujërat e detit - çfarë kanë të përbashkët? Rezulton se në të dyja rastet përdoret parimi i shtytjes së avionit për të lëvizur. Kjo është tema që i kushtohet artikullit tonë sot.

Le të shohim në histori

Më së shumti Informacioni i parë i besueshëm për raketat daton në shekullin e 13-të. Ato u përdorën nga indianët, kinezët, arabët dhe evropianët në luftime si armë luftarake dhe sinjalizuese. Më pas pasuan shekuj të harresës pothuajse të plotë të këtyre pajisjeve.

Në Rusi, ideja e përdorimit të një motori reaktiv u ringjall falë punës së revolucionarit Nikolai Kibalchich. I ulur në birucat mbretërore, ai zhvilloi një projekt rus të një motori reaktiv dhe një avioni për njerëzit. Kibalchich u ekzekutua dhe projekti i tij mblodhi pluhur për shumë vite në arkivat e policisë sekrete cariste.

Idetë themelore, vizatimet dhe llogaritjet e këtij njeriu të talentuar dhe të guximshëm u zhvilluan më tej në veprat e K. E. Tsiolkovsky, i cili propozoi përdorimin e tyre për komunikimet ndërplanetare. Nga viti 1903 deri në vitin 1914, ai botoi një sërë veprash në të cilat vërtetoi bindshëm mundësinë e përdorimit të shtytjes reaktiv për eksplorimin e hapësirës dhe justifikoi mundësinë e përdorimit të raketave me shumë faza.

Shumë prej zhvillimeve shkencore të Tsiolkovskit përdoren ende në shkencën e raketave deri më sot.

Raketat biologjike

Madje si lindi? ideja për të lëvizur duke larguar rrymën tuaj të avionit? Ndoshta, duke vëzhguar nga afër jetën detare, banorët e bregdetit vunë re se si ndodh kjo në botën e kafshëve.

Për shembull, fiston lëviz për shkak të forcës reaktive të një rryme uji të nxjerrë nga guaska gjatë ngjeshjes së shpejtë të valvulave të saj. Por ai kurrë nuk do të vazhdojë me notarët më të shpejtë - kallamarët.

Trupat e tyre në formë rakete nxitojnë së pari bishtin, duke hedhur jashtë ujin e ruajtur nga një hinkë speciale. lëvizin sipas të njëjtit parim, duke shtrydhur ujin duke kontraktuar kupolën e tyre transparente.

Natyra ka pajisur një bimë të quajtur "motor jet" "kastravec squirting". Kur frutat e tij janë pjekur plotësisht, në përgjigje të prekjes më të vogël, ai nxjerr glutenin me fara. Vetë fruti hidhet në drejtim të kundërt në një distancë deri në 12 m!

As banorët e detit dhe as bimët nuk i dinë ligjet fizike që qëndrojnë në themel të kësaj metode lëvizjeje. Ne do të përpiqemi ta kuptojmë këtë.

Baza fizike e parimit të shtytjes së avionit

Së pari, le të kthehemi te përvoja më e thjeshtë. Le të fryjmë një top gome dhe, pa u ndalur, do t'ju lëmë të fluturoni lirshëm. Lëvizja e shpejtë e topit do të vazhdojë për sa kohë që rryma e ajrit që rrjedh prej tij është mjaft e fortë.

Për të shpjeguar rezultatet e këtij eksperimenti duhet t'i drejtohemi Ligjit të Tretë, i cili thotë se dy trupa ndërveprojnë me forca të barabarta në madhësi dhe të kundërta në drejtim. Rrjedhimisht, forca me të cilën topi vepron në rrymat e ajrit që ikin prej tij është e barabartë me forcën me të cilën ajri e largon topin nga vetja.

Le t'i transferojmë këto argumente në një raketë. Këto pajisje nxjerrin një pjesë të masës së tyre me shpejtësi të madhe, si rezultat i së cilës ata vetë marrin nxitim në drejtim të kundërt.

Nga pikëpamja e fizikës, kjo procesi shpjegohet qartë me ligjin e ruajtjes së momentit. Momenti është prodhimi i masës së një trupi dhe shpejtësisë së tij (mv), ndërsa raketa është në qetësi, shpejtësia dhe momenti i saj janë zero. Nëse një rrymë avioni nxirret prej tij, atëherë pjesa e mbetur, sipas ligjit të ruajtjes së momentit, duhet të fitojë një shpejtësi të tillë që momenti total të jetë ende i barabartë me zero.

Le të shohim formulat:

m g v g + m r v r =0;

m g v g =- m r v r,

Ku m g v g impulsi i krijuar nga rryma e gazeve, m p v p impulsi i marrë nga raketa.

Shenja minus tregon se drejtimi i lëvizjes së raketës dhe rrymës së avionit janë të kundërta.

Dizajni dhe parimi i funksionimit të një motori reaktiv

Në teknologji, motorët e avionëve lëvizin aeroplanët, raketat dhe lëshojnë anije kozmike në orbitë. Në varësi të qëllimit të tyre, ato kanë pajisje të ndryshme. Por secila prej tyre ka një furnizim me karburant, një dhomë për djegien e saj dhe një hundë që përshpejton rrjedhën e avionit.

Stacionet automatike ndërplanetare janë gjithashtu të pajisura me një ndarje instrumentesh dhe kabina me një sistem mbështetjeje për jetën për astronautët.

Raketat moderne hapësinore janë avionë komplekse me shumë faza që përdorin përparimet më të fundit në inxhinieri. Pas lëshimit, karburanti në fazën e poshtme digjet fillimisht, pas së cilës ndahet nga raketa, duke zvogëluar masën e saj totale dhe duke rritur shpejtësinë.

Më pas, karburanti konsumohet në fazën e dytë, etj. Më në fund, avioni lëshohet në një trajektore të caktuar dhe fillon fluturimin e tij të pavarur.

Le të ëndërrojmë pak

Ëndërrimtari dhe shkencëtari i madh K. E. Tsiolkovsky u dha brezave të ardhshëm besimin se motorët e avionëve do të lejojnë njerëzimin të arratiset përtej atmosferës së Tokës dhe të nxitojë në hapësirë. Parashikimi i tij u realizua. Hëna dhe madje edhe kometat e largëta janë eksploruar me sukses nga anije kozmike.

Motorët e avionëve të lëngshëm përdoren në astronautikë. Përdorimi i produkteve të naftës si lëndë djegëse, por shpejtësitë që mund të arrihen me ndihmën e tyre janë të pamjaftueshme për fluturime shumë të gjata.

Ndoshta ju, lexuesit tanë të dashur, do të jeni dëshmitarë të fluturimeve të tokësorëve në galaktika të tjera në pajisje me motorë reaktiv bërthamor, termonuklear ose jon.

Nëse ky mesazh do të ishte i dobishëm për ju, do të isha i lumtur t'ju shihja