Ce poți găti din calmar: rapid și gustos
LUCRARE REALIZATĂ DE:
STUDENT 10 KL
SADOV DMITRY
Propulsie cu reacție - mișcare care apare atunci când orice parte a acesteia este separată de corp la o anumită viteză.
Forța reactivă apare fără nicio interacțiune cu corpurile externe.
Aplicarea propulsiei cu reacție în tehnologie
Ideea de a folosi rachete pentru zborurile spațiale a fost propusă la începutul acestui secol de omul de știință rus Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. În 1903, a apărut tipărit un articol al unui profesor de la gimnaziul Kaluga, „Explorarea spațiilor lumii folosind instrumente cu reacție”. Această lucrare conținea cea mai importantă ecuație matematică pentru astronautică, cunoscută acum sub numele de „formula Tsiolkovsky”, care descrie mișcarea unui corp de masă variabilă. Ulterior, el a dezvoltat un design pentru un motor de rachetă cu combustibil lichid, a propus un design de rachetă în mai multe etape și a exprimat ideea posibilității de a crea orașe spațiale întregi pe orbită joasă a Pământului. El a arătat că singurul dispozitiv capabil să depășească gravitația este o rachetă, adică un dispozitiv cu un motor cu reacție care utilizează combustibil și oxidant situat pe dispozitivul însuși.
Motor cu reacție este un motor care transformă energia chimică a combustibilului în energia cinetică a unui jet de gaz, în timp ce motorul capătă viteză în sens invers.
Ideea a fost implementată de oamenii de știință sovietici sub conducerea academicianului Serghei Pavlovici Korolev. Primul satelit artificial al Pământului din istorie a fost lansat cu o rachetă în Uniunea Sovietică pe 4 octombrie 1957.
Principiul propulsiei cu reacție își găsește o largă aplicație practică în aviație și astronautică. În spațiul cosmic nu există niciun mediu cu care un corp să poată interacționa și, prin urmare, să-și schimbe direcția și magnitudinea vitezei sale, prin urmare numai avioanele cu reacție, adică rachetele, pot fi folosite pentru zborurile în spațiu.
Dispozitiv rachetă
Mișcarea unei rachete se bazează pe legea conservării impulsului. Dacă la un moment dat vreun corp este aruncat departe de rachetă, acesta va dobândi același impuls, dar îndreptat în direcția opusă
https://pandia.ru/text/80/073/images/image004_6.jpg" width="172 height=184" height="184">
Caracatiță
Sepie
meduze
Sepia, ca majoritatea cefalopodelor, se mișcă în apă în felul următor. Ea ia apă în cavitatea branhială printr-o fantă laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă cu energie un curent de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlnie în lateral sau în spate și, storcând rapid apa din el, se poate mișca în direcții diferite.
Motorul cu reacție al calmarului este de cel mai mare interes. Calamarul este cel mai mare locuitor nevertebrat din adâncurile oceanului. Calamarii au atins cea mai mare perfecțiune în navigația cu jet. Chiar și corpul lor, cu formele sale exterioare, copiază racheta (sau mai bine zis, racheta copiază calmarul, deoarece are o prioritate incontestabilă în această chestiune). Când se mișcă încet, calmarul folosește o aripioară mare în formă de diamant care se îndoaie periodic. Folosește un motor cu reacție pentru a arunca rapid. Țesutul muscular - mantaua înconjoară corpul moluștei pe toate părțile volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calamarului. Animalul aspiră apă în cavitatea mantalei și apoi aruncă brusc un curent de apă printr-o duză îngustă și se mișcă înapoi cu împingeri de mare viteză. În același timp, toate cele zece tentacule ale calmarului sunt adunate într-un nod deasupra capului său și capătă o formă simplă. Duza este echipată cu o supapă specială, iar mușchii o pot roti, schimbând direcția de mișcare. Motorul calmarului este foarte economic, este capabil să atingă viteze de până la 60 - 70 km/h. (Unii cercetători cred că până la 150 km/h!) Nu e de mirare că calmarul este numit „torpilă vie”. Prin îndoirea tentaculelor strânse la dreapta, la stânga, în sus sau în jos, calmarul se întoarce într-o direcție sau alta.
Mișcarea cu jet poate fi găsită și în lumea plantelor. De exemplu, fructele coapte ale „castraveților nebuni”, cu cea mai mică atingere, sar de pe tulpină, iar un lichid lipicios cu semințe este aruncat cu forță din gaura rezultată. Castravetele însuși zboară în direcția opusă până la 12 m.
Cunoscând legea conservării impulsului, vă puteți schimba propria viteză de mișcare în spațiu deschis. Dacă ești într-o barcă și ai mai multe pietre grele, atunci aruncarea cu pietre într-o anumită direcție te va muta în direcția opusă. La fel se va întâmpla și în spațiul cosmic, dar acolo folosesc motoare cu reacție pentru asta.
Toată lumea știe că o lovitură de la o armă este însoțită de recul. Dacă greutatea glonțului ar fi egală cu greutatea pistolului, ar zbura separat cu aceeași viteză. Recul are loc deoarece masa de gaze ejectată creează o forță reactivă, datorită căreia se poate asigura mișcarea atât în aer, cât și în spațiul fără aer. Și cu cât masa și viteza gazelor care curg sunt mai mari, cu atât forța de recul resimțită de umărul nostru este mai mare, cu atât reacția pistolului este mai puternică, cu atât forța reactivă este mai mare.
Nu a fost primul motor cu reacție din lume. oamenii de știință au observat și au cercetat chiar înainte de experimentele lui Newton și până în prezent:
Propulsia cu reacție a unui avion.
Roata stârcului O mie opt sute de ani înainte de experimentele lui Newton primul motor cu reacție cu abur realizat de un inventator minunat Stârcul Alexandriei - un mecanic antic grec, se numea invenția sa.
Roata stârcului Heron din Alexandria a fost un mecanic antic grec care a inventat prima turbină cu reacție cu abur din lume. Știm puține despre Heron din Alexandria. Era fiul unui frizer și studentul unui alt inventator faimos, Ctesibia . Heron a trăit în Alexandria în urmă cu aproximativ două mii o sută cincizeci de ani. În dispozitivul inventat de Heron, aburul dintr-un cazan sub care ardea un foc trecea prin două tuburi într-o bilă de fier. Tuburile au servit simultan ca o axă în jurul căreia această bilă se putea roti. Alte două tuburi, îndoite ca litera „L”, au fost atașate de minge în așa fel încât să permită aburului să iasă din minge. Când se aprindea un foc sub ceaun, apa fierbea și aburul se năpusti în bila de fier și din ea zbura cu forță prin tuburi curbate. În același timp, bila s-a rotit în direcția opusă celei în care au zburat jeturile de abur, acest lucru se întâmplă conform. Această placă turnantă poate fi numită prima turbină cu jet de abur din lume.
rachetă chineză Chiar și mai devreme, cu mulți ani înainte de Heron din Alexandria, China a inventat și ea motor cu reacție un dispozitiv ușor diferit, numit acum racheta cu artificii
. Rachetele de artificii nu trebuie confundate cu omonimurile lor - rachete de semnal, care sunt folosite în armată și marina și sunt, de asemenea, lansate de sărbătorile naționale sub vuietul artificiilor de artilerie. Rachetele sunt pur și simplu gloanțe comprimate dintr-o substanță care arde cu o flacără colorată. Sunt trase din pistoale de calibru mare - lansatoare de rachete. Racurile de semnalizare sunt gloanțe presate dintr-o substanță care arde cu o flacără colorată. Este un tub de carton sau metal, închis la un capăt și umplut cu o compoziție de pulbere. Când acest amestec este aprins, un flux de gaze care scapă cu viteză mare de la capătul deschis al tubului face ca racheta să zboare în direcția opusă direcției curentului de gaz. O astfel de rachetă poate decola fără ajutorul unui lansator de rachete. Un băț legat de corpul rachetei îi face zborul mai stabil și mai drept. 
Artificii folosind rachete chinezești. Locuitorii mării
În lumea animalelor:Propulsia cu reacție se găsește și aici. Sepie, caracatițe și alte cefalopode nu au nici aripioare și nici o coadă puternică, dar nu înoată mai rău decât alții locuitorii mării. Aceste creaturi cu corp moale au un sac sau o cavitate destul de încăpătoare în corpul lor. Apa este atrasă în cavitate, iar apoi animalul împinge această apă afară cu mare forță. Reacția apei ejectate determină animalul să înoate în direcția opusă direcției curentului.
Pisica care cade
Dar cel mai interesant mod de mișcare a fost demonstrat de cei obișnuiți pisică. Acum aproximativ o sută cincizeci de ani, un fizician francez celebru Marcel Depres a declarat:- Știi, legile lui Newton nu sunt în întregime adevărate. Corpul se poate mișca cu ajutorul forțelor interne, fără să se bazeze pe nimic sau să se îndepărteze de nimic. - Unde sunt dovezile, unde sunt exemplele? – au protestat ascultătorii. - Vrei dovezi? Dacă vă rog. O pisică care cade accidental de pe acoperiș este o dovadă! Indiferent cum cade o pisică, chiar și cu capul în jos, cu siguranță va sta pe pământ cu toate cele patru labe. Dar o pisică care cade nu se bazează pe nimic și nu se îndepărtează de nimic, ci se întoarce rapid și cu dibăcie. (Rezistența aerului poate fi neglijată - este prea nesemnificativă.)Într-adevăr, toată lumea știe asta: pisici, căzând; reușesc mereu să se ridice pe picioare.
O pisică care cade în picioare stă în patru picioare. Pisicile fac acest lucru instinctiv, dar oamenii pot face același lucru în mod conștient. Înotătorii care sar de pe o platformă în apă știu să efectueze o figură complexă - o triplă capotaie, adică se întorc de trei ori în aer, apoi se îndreaptă brusc, opresc rotația corpului și se scufundă în apă. o linie dreaptă. Aceleași mișcări, fără interacțiune cu niciun obiect străin, pot fi observate în circ în timpul performanței acrobaților - gimnaste aeriene. 
Performanță de acrobați - gimnaste de trapez. Pisica care cădea a fost fotografiată cu o cameră de film și apoi pe ecran au examinat, cadru cu cadru, ce face pisica când zboară în aer. S-a dovedit că pisica își învârtea repede laba. Rotirea labei provoacă o mișcare de răspuns - o reacție a întregului corp și se întoarce în direcția opusă mișcării labei. Totul se întâmplă în strictă conformitate cu legile lui Newton și datorită lor pisica se pune în picioare. Același lucru se întâmplă în toate cazurile în care o creatură vie, fără niciun motiv aparent, își schimbă mișcarea în aer. Barcă cu reacție
Inventatorii au avut o idee, de ce să nu adopte metoda lor de înot de la sepie. Au decis să construiască o navă autopropulsată cu motor cu reacție. Ideea este cu siguranță fezabilă. Adevărat, nu a existat încredere în succes: inventatorii se îndoiau dacă așa ceva se va întâmpla barca cu reacție mai bine decât un șurub obișnuit. A fost necesar să se facă un experiment.
O ambarcațiune cu reacție este o navă autopropulsată cu un motor cu reacție. Au ales un vechi remorcher cu abur, i-au reparat corpul, au scos elicele și au instalat o pompă cu jet de apă în sala motoarelor. Această pompă pompa apa de mare și printr-o țeavă o împingea în spatele pupei cu un jet puternic. Aburul plutea, dar tot s-a mișcat mai lent decât aburul cu șurub. Și acest lucru poate fi explicat simplu: o elice obișnuită se rotește în spatele pupei, neconstrâns, cu doar apă în jurul ei; Apa din pompa cu jet de apă era condusă de aproape exact același șurub, dar nu se mai rotea pe apă, ci într-o țeavă strânsă. S-a produs frecarea jetului de apă de pereți. Frecarea a slăbit presiunea jetului. Un vapor cu aburi cu propulsie cu jet de apă naviga mai lent decât unul propulsat cu șurub și consuma mai mult combustibil. Cu toate acestea, nu au abandonat construcția unor astfel de aburi: aveau avantaje importante. O barcă echipată cu elice trebuie să stea adânc în apă, altfel elicea va spuma inutil apa sau se va învârti în aer. Prin urmare, aburii cu șurub se tem de adâncimi și de puști, nu pot naviga în apă puțin adâncă. Iar aburii cu jet de apă pot fi construite cu tiraj redus și cu fundul plat: nu au nevoie de adâncime - acolo unde se duce barca, va merge vaporul cu jet de apă. Primele bărci cu jet de apă din Uniunea Sovietică au fost construite în 1953 la șantierul naval Krasnoyarsk. Sunt proiectate pentru râuri mici în care bărcile obișnuite cu aburi nu pot naviga. Inginerii, inventatorii și oamenii de știință au început să studieze propulsia cu reacție mai ales când arme de foc. Primele pistoale - tot felul de pistoale, muschete și pistoale autopropulsate - au lovit o persoană cu putere în umăr la fiecare lovitură. După câteva zeci de focuri, umărul a început să doară atât de tare, încât soldatul nu a mai putut ținti. Primele tunuri – scârțâituri, unicorni, cuverine și bombarde – au sărit înapoi când au fost trase, astfel încât s-a întâmplat să schilodeze trăgătorii de artilerie dacă nu au avut timp să se ferească și să sară în lateral. Recul pistolului a interferat cu tragerile precise, deoarece pistolul a tresărit înainte ca ghiulele sau grenada să părăsească țeava. Acest lucru a aruncat conducerea. Tragerea s-a dovedit a fi fără scop. 
Trage cu o armă de foc. Inginerii de armament au început să combată recul cu mai bine de patru sute cincizeci de ani în urmă. În primul rând, trăsura a fost echipată cu un brăzdar, care s-a prăbușit în pământ și a servit drept suport puternic pentru pistol. Apoi s-au gândit că, dacă pistolul este susținut corespunzător din spate, astfel încât să nu fie unde să se rostogolească, atunci recul ar dispărea. Dar a fost o greșeală. Legea conservării impulsului nu a fost luată în considerare. Pistoalele au spart toate suporturile, iar trăsurile au devenit atât de libere încât pistolul a devenit nepotrivit pentru munca de luptă. Atunci inventatorii și-au dat seama că legile mișcării, ca orice lege ale naturii, nu pot fi refăcute în felul lor, ele pot fi „depășite” doar cu ajutorul științei - mecanică. Ei au lăsat un deschizător relativ mic la cărucior pentru sprijin și au așezat țeava tunului pe o „sanie”, astfel încât doar o țeavă să se rostogolească, și nu întregul pistol. Butoiul a fost conectat la un piston al compresorului, care se mișcă în cilindrul său în același mod ca un piston al unui motor cu abur. Dar în cilindrul unui motor cu abur există abur, iar într-un compresor cu pistol există ulei și un arc (sau aer comprimat). Când țeava pistolului se rostogolește înapoi, pistonul comprimă arcul. În acest moment, uleiul este forțat prin găuri mici din pistonul de pe cealaltă parte a pistonului. Apare frecare puternică, care absoarbe parțial mișcarea cilindrului de rulare, făcându-l mai lentă și mai lină. Apoi arcul comprimat se îndreaptă și readuce pistonul și, odată cu el, țeava pistolului, la locul inițial. Uleiul apasă pe supapă, o deschide și curge liber înapoi sub piston. În timpul tragerii rapide, țeava pistolului se mișcă aproape continu înainte și înapoi. Într-un compresor de pistol, recul este absorbit prin frecare. Frână de gură
Când puterea și raza de acțiune a armelor au crescut, compresorul nu a fost suficient pentru a neutraliza recul. A fost inventat pentru a-l ajuta frana de gat. Frâna de gură este doar o țeavă scurtă de oțel montată la capătul țevii și servește drept continuare. Diametrul său este mai mare decât diametrul țevii și, prin urmare, nu interferează în niciun fel cu proiectilul care zboară din țevi. Mai multe găuri alungite sunt tăiate în jurul circumferinței pereților tubului.
Frână de gură - reduce recul armelor de foc. Gazele pulbere care zboară din țeava pistolului în urma proiectilului diverg imediat în lateral, iar unele dintre ele cad în găurile frânei de gură. Aceste gaze lovesc cu mare forță pereții găurilor, sunt respinse de ele și zboară afară, dar nu înainte, ci ușor înclinate și înapoi. În același timp, ei apăsă înainte pe pereți și îi împing, iar odată cu ei toată țeava armei. Ele ajută monitorul de incendiu, deoarece tind să facă țeava să se rostogolească înainte. Și în timp ce erau în țeavă, au împins pistolul înapoi. Frâna de gură reduce și atenuează semnificativ recul. Alți inventatori au luat o cale diferită. În loc să lupte mișcarea reactivă a țeviiși încearcă să-l stingă, au decis să folosească derularea armei cu efect bun. Acești inventatori au creat multe tipuri de arme automate: puști, pistoale, mitraliere și tunuri, în care recul servește la ejectarea cartușului uzat și la reîncărcarea armei. Artilerie cu rachete
Nu trebuie să lupți deloc cu recul, dar folosește-l: la urma urmei, acțiunea și reacția (recul) sunt echivalente, egale în drepturi, egale ca amploare, așa că acţiunea reactivă a gazelor pulbere, în loc să împingă țeava pistolului înapoi, trimite proiectilul înainte spre țintă. Așa a fost creat artilerie cu rachete. În ea, un jet de gaze lovește nu înainte, ci înapoi, creând o reacție direcționată înainte în proiectil. Pentru pistol-rachetă butoiul scump și greu se dovedește a fi inutil. O țeavă de fier mai ieftină și simplă funcționează perfect pentru a direcționa zborul proiectilului. Puteți face deloc fără țeavă și faceți proiectilul să alunece de-a lungul a două șipci metalice. În designul său, un proiectil de rachetă este similar cu o rachetă de artificii, este doar mai mare ca dimensiune. În partea sa de cap, în loc de o compoziție pentru o sclipire colorată, este plasată o încărcătură explozivă de mare putere distructivă. Mijlocul proiectilului este umplut cu praf de pușcă, care, atunci când este ars, creează un flux puternic de gaze fierbinți care împinge proiectilul înainte. În acest caz, arderea prafului de pușcă poate dura o parte semnificativă a timpului de zbor și nu doar perioada scurtă de timp în care un proiectil obișnuit avansează în țeava unui pistol obișnuit. Lovitura nu este însoțită de un sunet atât de puternic. Artileria cu rachete nu este mai tânără decât artileria obișnuită și poate chiar mai veche decât aceasta: o utilizare în luptă rachetele sunt raportate de cărți antice chineze și arabe scrise cu mai bine de o mie de ani în urmă. În descrierile bătăliilor din vremuri ulterioare, nu, nu și se va menționa rachetele de luptă. Când trupele britanice au cucerit India, războinicii indieni cu rachete, cu săgețile lor cu coadă de foc, i-au îngrozit pe invadatorii britanici care le-au înrobit patria. Pentru britanici la acea vreme, armele cu reacție erau o noutate. Grenade-rachetă inventate de general K. I. Constantinov, curajoșii apărători ai Sevastopolului în anii 1854-1855 au respins atacurile trupelor anglo-franceze.Rachetă
Uriașul avantaj față de artileria convențională - nu era nevoie să purtați tunuri grele - a atras atenția liderilor militari asupra artileriei cu rachete. Dar un dezavantaj la fel de major a împiedicat îmbunătățirea acestuia. Faptul este că sarcina de propulsie, sau, după cum se spunea, sarcina de forță, putea fi făcută doar din pulbere neagră. Iar pulberea neagră este periculos de manevrat. S-a întâmplat că în timpul producției rachete propulsorul a explodat și muncitorii au murit. Uneori, racheta a explodat la lansare, ucigând tunerii. Fabricarea și folosirea unor astfel de arme era periculoasă. De aceea nu s-a răspândit. Lucrările care au început cu succes nu au dus însă la construcția unei nave spațiale interplanetare. Fasciștii germani au pregătit și au declanșat un război mondial sângeros.Rachetă
Neajunsurile în fabricarea rachetelor au fost eliminate de designerii și inventatorii sovietici. În timpul Marelui Războiul Patriotic au dat armatei noastre arme excelente de rachete. Au fost construite mortare de gardă - au fost inventate "Katyusha" și RS ("eres") - rachete.
Rachetă. În ceea ce privește calitatea, artileria sovietică de rachete a depășit toate modelele străine și a provocat pagube enorme inamicilor. Apărând Țara Mamă, poporul sovietic a fost forțat să pună în slujba apărării toate realizările tehnologiei rachetelor. În statele fasciste, mulți oameni de știință și ingineri, chiar înainte de război, dezvoltau intens proiecte pentru arme inumane de distrugere și ucidere în masă. Acest lucru l-au considerat scopul științei. Aeronavă cu conducere autonomă
În timpul războiului, inginerii lui Hitler au construit câteva sute aeronave cu conducere autonomă: proiectile V-1 și rachete V-2. Acestea erau scoici în formă de trabuc, lungi de 14 metri și diametrul de 165 de centimetri. Trabucul mortal cântărea 12 tone; din care 9 tone combustibil, 2 tone carcasă și 1 tonă explozivi. „V-2” a zburat cu viteze de până la 5.500 de kilometri pe oră și se putea ridica la o înălțime de 170-180 de kilometri. Aceste mijloace de distrugere nu diferă în ceea ce privește precizia loviturilor și erau potrivite doar pentru a trage în ținte atât de mari precum orașele mari și dens populate. Fasciștii germani au produs V-2 la 200-300 de kilometri de Londra în credința că orașul este mare - ar lovi undeva! Este puțin probabil ca Newton să-și fi imaginat că experiența sa plină de spirit și legile mișcării pe care le-a descoperit vor sta la baza armelor create de furia bestială față de oameni, iar blocuri întregi din Londra s-ar transforma în ruine și s-ar transforma în mormintele oamenilor capturați de către oameni. raid al orbilor „FAU”.Nave spațiale
Timp de multe secole, oamenii au prețuit visul de a zbura în spațiul interplanetar, de a vizita Luna, Marte misterios și Venus înnorat. Pe această temă au fost scrise multe romane științifico-fantastice, romane și nuvele. Scriitorii și-au trimis eroii pe cer pe lebede antrenate, baloane, în obuze de tun sau într-un alt mod incredibil. Cu toate acestea, toate aceste metode de zbor s-au bazat pe invenții care nu aveau suport în știință. Oamenii credeau doar că într-o zi vor putea părăsi planeta noastră, dar nu știau cum vor putea face acest lucru. Minunat om de știință Konstantin Eduardovici Ciolkovskiîn 1903 pentru prima dată a dat baza științifică ideii de călătorie în spațiu. A demonstrat că oamenii pot părăsi globul și vehicul o rachetă va servi pentru aceasta, deoarece o rachetă este singurul motor care nu are nevoie de niciun suport extern pentru mișcarea sa. De aceea rachetă capabil să zboare în spațiu fără aer.
Omul de știință Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky a demonstrat că oamenii pot părăsi globul pe o rachetă. În ceea ce privește structura sa, nava spațială ar trebui să fie similară cu o rachetă, doar în capul său va exista o cabină pentru pasageri și instrumente, iar restul spațiului va fi ocupat de o sursă de amestec combustibil și un motor. Pentru a da nava viteza dorita, este necesar un combustibil adecvat. Praful de pușcă și alți explozivi nu sunt deloc potriviti: ambele sunt periculoase și ard prea repede, nefiind o mișcare pe termen lung. K. E. Tsiolkovsky a recomandat utilizarea combustibilului lichid: alcool, benzină sau hidrogen lichefiat, arderea într-un curent de oxigen pur sau alt oxidant. Toată lumea a recunoscut corectitudinea acestui sfat, pentru că nu cunoșteau cel mai bun combustibil în acel moment. Prima rachetă cu combustibil lichid, cântărind șaisprezece kilograme, a fost testată în Germania pe 10 aprilie 1929. Racheta experimentală a decolat în aer și a dispărut din vedere înainte ca inventatorul și toți cei prezenți să poată urmări unde a zburat. Nu a fost posibil să găsim racheta după experiment. Data viitoare, inventatorul a decis să „depășească” racheta și a legat de ea o frânghie lungă de patru kilometri. Racheta a decolat, trăgându-și coada de frânghie în spatele ei. Ea a scos doi kilometri de frânghie, a rupt-o și și-a urmat predecesorul într-o direcție necunoscută. Și nici acest fugar nu a putut fi găsit. Primul zbor reușit al unei rachete cu combustibil lichid a avut loc în URSS la 17 august 1933. Racheta s-a ridicat, a zburat la distanța necesară și a aterizat în siguranță. Toate aceste descoperiri și invenții se bazează pe legile lui Newton. Legea conservării impulsului este de mare importanță atunci când se consideră mișcarea jetului.
Sub propulsie cu reacțieînțelegeți mișcarea unui corp care are loc atunci când o parte a acestuia se separă cu o anumită viteză în raport cu acesta, de exemplu, atunci când produsele de ardere curg din duza unui avion cu reacție. În acest caz, așa-numitul forta reactivaîmpingând corpul.
Particularitatea forței reactive este că ea apare ca urmare a interacțiunii dintre părți ale sistemului în sine, fără nicio interacțiune cu corpurile externe.
În timp ce forța care transmite accelerația, de exemplu, unui pieton, unei nave sau unui avion, apare numai din cauza interacțiunii acestor corpuri cu solul, apa sau aerul.
Astfel, mișcarea unui corp poate fi obținută ca urmare a curgerii unui curent de lichid sau gaz.
Mișcarea cu jet în natură inerente în principal organismelor vii care trăiesc într-un mediu acvatic.
În tehnologie, propulsia cu reacție este utilizată în transportul fluvial (motoare cu reacție de apă), în industria auto (mașini de curse), în afaceri militare, în aviație și astronautică.
Toate aeronavele moderne de mare viteză sunt echipate cu motoare cu reacție, deoarece... sunt capabili să asigure viteza de zbor necesară.
Este imposibil să folosiți alte motoare decât motoare cu reacție în spațiul cosmic, deoarece acolo nu există niciun suport din care să se poată obține accelerația.
Istoria dezvoltării tehnologiei cu jet
Creatorul rachetei de luptă rusești a fost savantul de artilerie K.I. Constantinov. Cântărind 80 kg, raza de zbor a rachetei lui Konstantinov a ajuns la 4 km.
Ideea de a folosi propulsia cu reacție în aeronave, un proiect pentru un instrument aeronautic cu reacție, a fost înaintat în 1881 de către N.I. Kibalcici.
În 1903, celebrul fizician K.E. Tsiolkovsky a dovedit posibilitatea zborului în spațiul interplanetar și a dezvoltat un design pentru primul avion rachetă cu un motor cu propulsie lichidă.
K.E. Tsiolkovsky a proiectat un tren spațial alcătuit dintr-un număr de rachete care funcționează alternativ și cad pe măsură ce se epuizează combustibilul.
Principiile motoarelor cu reacție
Baza oricărui motor cu reacție este camera de ardere, în care arderea combustibilului produce gaze care au o temperatură foarte ridicată și exercită presiune pe pereții camerei. Gazele scapă dintr-o duză îngustă a rachetei la viteză mare și creează tracțiunea jetului. În conformitate cu legea conservării impulsului, racheta capătă viteză în direcția opusă.
Momentul sistemului (produse de ardere a rachetei) rămâne egal cu zero. Deoarece masa rachetei scade, chiar și cu un debit de gaz constant, viteza acesteia va crește, atingând treptat valoarea maximă.
Mișcarea unei rachete este un exemplu de mișcare a unui corp cu masă variabilă. Pentru a-i calcula viteza, se folosește legea conservării impulsului.
Motoarele cu reacție sunt împărțite în motoare rachete și motoare cu aer.
Motoare rachete Disponibil cu combustibil solid sau lichid.
În motoarele de rachetă cu combustibil solid, combustibilul, care conține atât combustibil, cât și oxidant, este prins în camera de ardere a motorului.
ÎN motoare cu reacție lichidă Conceput pentru lansarea navelor spațiale, combustibilul și oxidantul sunt depozitate separat în rezervoare speciale și furnizate în camera de ardere cu ajutorul pompelor. Pot folosi kerosenul, benzina, alcoolul, hidrogenul lichid etc. drept combustibil, iar oxigenul lichid ca agent oxidant necesar arderii. acid azotic, etc.
Rachetele spațiale moderne în trei etape sunt lansate vertical și, după ce trec prin straturile dense ale atmosferei, sunt transferate în zbor într-o direcție dată. Fiecare etapă de rachetă are propriul său rezervor de combustibil și rezervor de oxidant, precum și propriul său motor cu reacție. Pe măsură ce combustibilul arde, etapele rachetelor uzate sunt aruncate.
Motoare cu reacție utilizat în prezent în principal în avioane. Principala lor diferență față de motoarele de rachetă este că oxidantul pentru arderea combustibilului este oxigenul din aerul care intră în motor din atmosferă.
Motoarele cu aer respirat includ motoare cu turbocompresor atât cu compresor axial, cât și cu compresor centrifugal.
Aerul din astfel de motoare este aspirat și comprimat de un compresor antrenat de turbină cu gaz. Gazele care părăsesc camera de ardere creează o forță reactivă și rotesc rotorul turbinei.
La viteze de zbor foarte mari, compresia gazelor din camera de ardere poate fi realizată datorită fluxului de aer care se apropie din sens opus. Nu este nevoie de compresor.
Conceptul de propulsie cu reacție și tracțiune cu jet
Propulsie cu reacție (din punct de vedere, exemple în natură)- mișcare care apare atunci când orice parte a acesteia este separată de corp la o anumită viteză.
Principiul propulsiei cu reacție se bazează pe legea conservării impulsului unui sistem mecanic izolat de corpuri:
Adică, impulsul total al unui sistem de particule este o valoare constantă. In lipsa influente externe Momentul sistemului este zero și poate fi modificat din interior datorită împingerii jetului.
Jet Thrust (din punct de vedere al exemplelor din natură)- forța de reacție a particulelor separate, care se aplică în punctul centrului de evacuare (pentru o rachetă - centrul ieșirii duzei motorului) și este direcționată opus vectorului viteză al particulelor separate.
Masa fluidului de lucru (racheta)
Accelerația generală a fluidului de lucru
Debitul particulelor separate (gaze)
Consumul de combustibil la fiecare secundă
Exemple de propulsie cu reacție în natură neînsuflețită
Mișcarea cu jet poate fi găsită și în lumea plantelor. În țările din sud (și aici pe coasta Mării Negre) crește o plantă numită „castraveți nebuni”.
Numele latin al genului Ecballium provine din cuvântul grecesc care înseamnă „aruncă”, conform structurii fructului, care aruncă semințele.
Fructele castravetelui nebun sunt verzi-albăstrui sau verzi, suculente, alungite sau alungite-ovoide, lungi de 4-6 cm, lățime de 1,5-2,5 cm, perișoare, tocite la ambele capete, cu multe semințe (Figura 1). Semințele sunt alungite, mici, comprimate, netede, mărginite îngust, de aproximativ 4 mm lungime. Pe măsură ce semințele se coc, țesutul care le înconjoară se transformă într-o masă moale. În același timp, în fruct se formează multă presiune, în urma căreia fructul este separat de tulpină, iar semințele, împreună cu mucusul, sunt aruncate cu forță prin orificiul rezultat. Castraveții înșiși zboară în direcția opusă. Castravetele nebun (altfel numit „pistolul doamnelor”) trage la mai mult de 12 m (Fig. 2).
Exemple de propulsie cu reacție în regnul animal
Animale marine
Multe animale marine folosesc propulsia cu reacție pentru mișcare, inclusiv meduze, scoici, caracatițe, calmari, sepie, salpe și unele tipuri de plancton. Toate folosesc reacția unui flux de apă ejectat, diferența constă în structura corpului și, prin urmare, în metoda de absorbție și eliberare a apei.
Molusca scoici de mare (Fig. 3) se mișcă datorită forței reactive a unui curent de apă aruncat din coajă în timpul unei compresii puternice a supapelor sale. El folosește acest tip de mișcare în caz de pericol.
Sepie (Figura 4) și caracatițele (Figura 5) iau apă în cavitatea branhiale printr-o fantă laterală și o pâlnie specială în fața corpului, apoi aruncă în mod energic un jet de apă prin pâlnie. Sepia direcționează tubul pâlnie în lateral sau în spate și, storcând rapid apa din el, se poate mișca în direcții diferite. Caracatitele, prin plierea tentaculelor peste cap, dau corpului lor o forma aerodinamica si isi pot controla astfel miscarea, schimbandu-i directia.
Caracatițele pot zbura chiar. Naturalistul francez Jean Verani a văzut cum o caracatiță obișnuită a accelerat într-un acvariu și a sărit brusc din apă pe spate. După ce a descris un arc lung de aproximativ cinci metri în aer, s-a aruncat înapoi în acvariu. Când a luat viteză pentru a sări, caracatița s-a mișcat nu numai din cauza propulsiei jetului, ci și a vâslit cu tentaculele sale.
Salpa (Fig. 6) este un animal marin cu corp transparent când se deplasează, primește apă prin deschiderea frontală, iar apa pătrunde într-o cavitate largă, în interiorul căreia branhiile sunt întinse în diagonală. De îndată ce animalul ia o înghițitură mare de apă, gaura se închide. Apoi mușchii longitudinali și transversali ai salpei se contractă, întregul corp se contractă și apa este împinsă afară prin deschiderea posterioară.
Calamari (Fig. 7). Țesutul muscular - mantaua înconjoară corpul moluștei pe toate părțile volumul cavității sale este aproape jumătate din volumul corpului calamarului. Animalul aspiră apă în cavitatea mantalei și apoi aruncă brusc un curent de apă printr-o duză îngustă și se mișcă înapoi cu împingeri de mare viteză. În același timp, toate cele zece tentacule ale calmarului sunt adunate într-un nod deasupra capului său și capătă o formă simplă. Duza este echipată cu o supapă specială, iar mușchii o pot roti, schimbând direcția de mișcare. Motorul de calmar este foarte economic și poate atinge viteze de până la 60 - 70 km/h. Prin îndoirea tentaculelor strânse la dreapta, la stânga, în sus sau în jos, calmarul se întoarce într-o direcție sau alta. Deoarece un astfel de volan este foarte mare în comparație cu animalul însuși, mișcarea sa ușoară este suficientă pentru ca calmarul, chiar și la viteză maximă, să evite cu ușurință o coliziune cu un obstacol. Dar când trebuie să înoți rapid, pâlnia iese întotdeauna chiar între tentacule, iar calmarul se repezi cu coada mai întâi.
Inginerii au creat deja un motor similar cu motorul calmarului. Se numește tun cu apă. În ea, apa este aspirată în cameră. Și apoi este aruncat din el printr-o duză; vasul se deplasează în direcția opusă direcției de emisie a jetului. Apa este aspirată folosind un motor convențional pe benzină sau diesel (vezi Anexa).
Cel mai bun pilot dintre moluște este calmarul Stenoteuthis. Marinarii îl numesc „calamar zburător”. Alungă peștii cu atâta viteză încât sare adesea din apă, trecând peste suprafața lui ca o săgeată. El recurge la acest truc pentru a-și salva viața de prădători - ton și macrou. După ce a dezvoltat forța maximă a jetului în apă, calamarul pilot decolează în aer și zboară peste valuri mai mult de cincizeci de metri. Apogeul zborului unei rachete vii se află atât de sus deasupra apei, încât calmarii zburători ajung adesea pe punțile navelor oceanice. Patru până la cinci metri nu este o înălțime record la care se ridică calmarii pe cer. Uneori zboară chiar mai sus.
Cercetatorul englez de moluște Dr. Rees a descris în articol științific un calmar (numai 16 centimetri lungime), care, zburând o distanță considerabilă prin aer, a căzut pe podul iahtului, care s-a ridicat cu aproape șapte metri deasupra apei.
Se întâmplă ca o mulțime de calmari zburători să cadă pe navă într-o cascadă sclipitoare. Scriitorul antic Trebius Niger a povestit odată o poveste tristă despre o navă care s-ar fi scufundat sub greutatea calmarilor zburători care i-au căzut pe punte.
Insecte
Larvele de libelule se mișcă într-un mod similar. Și nu toate, ci larvele de ape stătătoare (familia Rocker) și curgătoare (familia Cordulegaster), cu burtă lungă, înoată activ, precum și larve de apă stătătoare cu burtă scurtă târâtoare. Larva folosește mișcarea cu jet mai ales în momentele de pericol pentru a se muta rapid în alt loc. Această metodă de mișcare nu asigură manevre precise și nu este potrivită pentru urmărirea prăzii. Dar larvele rocker nu urmăresc pe nimeni - ei preferă să vâneze din ambuscadă.
Intestinul posterior al larvei de libelule, pe lângă funcția sa principală, servește și ca organ de mișcare. Apa umple intestinul posterior, apoi este aruncată cu forță, iar larva se mișcă conform principiului mișcării jetului cu 6-8 cm.
tehnologia naturii de propulsie cu reacție
Aplicație
Logica naturii este cea mai accesibilă și cea mai utilă logică pentru copii.
Konstantin Dmitrievici Ușinski(03.03.1823–03.01.1871) - profesor rus, fondator al pedagogiei științifice în Rusia.
BIOFIZICA: MIȘCAREA JETULUI ÎN NATURA VIE
Invit cititorii paginilor verzi să cerceteze fascinanta lume a biofiziciiși cunoașteți principalul principiile propulsiei cu reacție la animale sălbatice. Astăzi în program: colţ de meduză- cea mai mare meduză din Marea Neagră, scoici, întreprinzător larvă de libelule rocker, uimitor calamarul cu motorul său cu reacție de neegalatşi minunate ilustraţii realizate de un biolog sovietic şi artistul animal Kondakov Nikolai Nikolaevici.
O serie de animale se mișcă în natură folosind principiul propulsiei cu reacție, de exemplu, meduze, scoici, larve de libelule, calamar, caracatiță, sepie... Să le cunoaștem mai bine pe unele dintre ele ;-)
Metoda cu jet de mișcare a meduzei
Meduzele sunt unul dintre cei mai vechi și numeroși prădători de pe planeta noastră! Corpul unei meduze este 98% apă și este compus în mare parte din țesut conjunctiv hidratat - mezoglea funcționând ca un schelet. Baza mezogleei este colagenul proteic. Corpul gelatinos și transparent al meduzei are forma unui clopot sau a unei umbrele (de câțiva milimetri în diametru). până la 2,5 m). Majoritatea meduzelor se mișcă într-un mod reactiv, împingând apa din cavitatea umbrelei.
Cornerata de meduze(Rhizostomae), ordinul animalelor celenterate din clasa scifoidelor. meduze ( pana la 65 cmîn diametru) lipsit de tentacule marginale. Marginile gurii sunt alungite în lobi bucali cu numeroase pliuri care cresc împreună pentru a forma multe deschideri bucale secundare. Atingerea lamelor bucale poate provoca arsuri dureroase cauzate de actiunea celulelor intepatoare. Aproximativ 80 de specii; Ei trăiesc în principal în zone tropicale, mai rar în mările temperate. În Rusia - 2 tipuri: Rhizostoma pulmo comună în Mările Negre și Azov, Rhopilema asamushi găsit în Marea Japoniei.
Evadare cu jet de scoici scoici
Scoici de crustacee, de obicei culcat calm pe fund, când principalul lor dușman se apropie de ei - un prădător încântător de lent, dar extrem de insidios - stea de mare- își strâng puternic ușile cochiliei, împingând cu forță apa din ea. Folosind astfel principiul propulsiei cu reacție, ies la iveală și, continuând să deschidă și să închidă cochilia, pot înota o distanță considerabilă. Dacă dintr-un motiv oarecare scoica nu are timp să scape cu ea zbor cu jet, steaua de mare își înfășoară brațele în jurul ei, deschide cochilia și o mănâncă...
Scoici de mare(Pecten), un gen de animale nevertebrate marine din clasa moluștelor bivalve (Bivalvia). Cochilia de scoici este rotunjită cu o margine dreaptă a balamalei. Suprafața sa este acoperită cu nervuri radiale divergente din partea de sus. Valvele învelișului sunt închise de un mușchi puternic. Pecten maximus, Flexopecten glaber trăiesc în Marea Neagră; în mările Japoniei și Okhotsk – Mizuhopecten yessoensis ( pana la 17 cmîn diametru).
Pompă cu jet de larve de libelule rocker
Temperament Larve de libelule rocker, sau eshny(Aeshna sp.) nu este mai puțin prădătoare decât rudele sale înaripate. Ea trăiește doi și uneori patru ani în regatul subacvatic, târându-se de-a lungul fundului stâncos, urmărind micii locuitori acvatici, incluzând din fericire mormoloci de dimensiuni destul de mari și aleeți în dieta ei. În momentele de pericol, larva libelulei rocker decolează și înoată înainte cu smucituri, mânată de munca remarcabilului pompa cu jet. Luând apă în intestinul posterior și apoi aruncând-o brusc afară, larva sare înainte, împinsă de forța de recul. Folosind astfel principiul propulsiei cu reacție, larva libelulei rocker cu smucituri și smucituri încrezătoare se ascunde de amenințarea care o urmărește.
Impulsuri reactive ale „autostrăzii” nervoase a calmarilor
În toate cazurile de mai sus (principiile propulsiei cu reacție a meduzei, scoicilor, larvelor de libelule rocker), șocurile și smuciturile sunt separate unele de altele prin perioade semnificative de timp, prin urmare, viteza mare de mișcare nu este atinsă. Pentru a crește viteza de mișcare, cu alte cuvinte, numărul de impulsuri reactive pe unitatea de timp, necesar creșterea conducerii nervoase care stimulează contracția musculară, întreținerea unui motor cu reacție viu. O astfel de conductivitate mare este posibilă cu un diametru mare al nervului.
Se stie ca Calamarii au cele mai mari fibre nervoase din lumea animală. În medie, ating un diametru de 1 mm - de 50 de ori mai mare decât cel al majorității mamiferelor - și conduc excitația cu o viteză 25 m/s. Și un calmar de trei metri dosidius(traieste in largul coastei Chile) grosimea nervilor este fantastic de mare - 18 mm. Nervii sunt groși ca frânghiile! Semnalele creierului - excitatorii contracțiilor - se repezi de-a lungul „autostrăzii” nervoase a calmarului cu viteza unei mașini - 90 km/h.
Datorită calmarilor, cercetările asupra funcțiilor vitale ale nervilor au avansat rapid la începutul secolului al XX-lea. „Și cine știe, scrie naturalistul britanic Frank Lane, Poate că sunt acum oameni care îi datorează calmarului faptul că sistemul lor nervos este într-o stare normală...”
Viteza și manevrabilitatea calmarului se explică și prin excelenta sa forme hidrodinamice corpul animalului, de ce calmar și supranumit „torpilă vie”.
Calmar(Teuthoidea), subordinea cefalopodelor din ordinul Decapodelor. Dimensiunea este de obicei de 0,25-0,5 m, dar unele specii sunt cele mai mari animale nevertebrate(calamarii din genul Architeuthis ajung 18 m, inclusiv lungimea tentaculelor).
Corpul calmarilor este alungit, ascuțit în spate, în formă de torpilă, ceea ce determină viteza lor mare de mișcare ca în apă ( până la 70 km/h), și în aer (calamarii pot sări din apă la o înălțime pana la 7 m).
Motor cu reacție Squid
Propulsie cu reacție, folosit acum în torpile, avioane, rachete și obuze spațiale, este, de asemenea, caracteristic pentru cefalopode - caracatite, sepie, calmari. De cel mai mare interes pentru tehnicieni și biofizicieni este motor cu reacție calamar. Observați cât de simplu, cu ce utilizare minimă a materialului, natura a rezolvat această sarcină complexă și încă de neîntrecut;-)
În esență, calmarul are două motoare fundamental diferite ( orez. 1a). Când se mișcă încet, folosește o înotătoare mare în formă de diamant, care se îndoaie periodic sub forma unui val de alergare de-a lungul corpului corpului. Calamarul folosește un motor cu reacție pentru a se lansa rapid.. Baza acestui motor este mantaua - tesut muscular. Înconjoară corpul moluștei pe toate părțile, formând aproape jumătate din volumul corpului său și formează un fel de rezervor - cavitatea mantalei - „camera de ardere” a unei rachete vii, în care apa este aspirată periodic. Cavitatea mantalei contine branhii si organele interne calmar ( orez. 1b).
Cu o metodă de înot cu jet animalul aspiră apă printr-un gol larg deschis al mantalei în cavitatea mantalei din stratul limită. Decalajul mantalei este strâns „prins” cu „butoane-butoane” speciale după ce „camera de ardere” a unui motor viu este umplută cu apă de mare. Decalajul mantalei este situat aproape de mijlocul corpului calmarului, unde este cel mai gros. Forța care provoacă mișcarea animalului este creată prin aruncarea unui curent de apă printr-o pâlnie îngustă, care se află pe suprafața abdominală a calmarului. Această pâlnie, sau sifon, este „duza” unui motor cu reacție viu.
„Duza” motorului este echipată cu o supapă specială iar mușchii îl pot întoarce. Prin modificarea unghiului de instalare al pâlniei-duză ( orez. 1c), calmarul înoată la fel de bine, atât înainte, cât și înapoi (dacă înoată înapoi, pâlnia este extinsă de-a lungul corpului, iar supapa este apăsată de peretele său și nu interferează cu fluxul de apă care curge din cavitatea mantalei; când calmarul trebuie să se deplaseze înainte, capătul liber al pâlniei se alungește oarecum și se îndoaie în plan vertical, ieșirea sa se prăbușește și supapa ia o poziție curbată). Socurile cu jet și absorbția apei în cavitatea mantalei se succed cu o viteză evazivă, iar calmarul se repezi ca o rachetă în albastrul oceanului.
Calamarul și motorul său cu reacție - Figura 1
1a) calmar – o torpilă vie; 1b) motor cu reacție calamar; 1c) poziția duzei și a valvei acesteia atunci când calmarul se mișcă înainte și înapoi.
Animalul petrece o fracțiune de secundă luând apă și împingând-o afară. Aspirând apă în cavitatea mantalei din partea din spate a corpului în perioadele de mișcări lente datorate inerției, calmarul efectuează astfel aspirarea stratului limită, prevenind astfel blocarea fluxului în timpul unui regim de curgere instabil. Prin creșterea porțiunilor de apă ejectată și prin creșterea contracției mantalei, calmarul își crește ușor viteza de mișcare.
Motorul cu reacție calamar este foarte economic, datorită căruia poate atinge viteza 70 km/h; unii cercetători cred că chiar 150 km/h!
Inginerii au creat deja motor asemănător unui motor cu reacție de calmar: Aceasta tun cu apă, care funcționează cu un motor convențional pe benzină sau diesel. De ce motor cu reacție calamar atrage în continuare atenția inginerilor și face obiectul unei cercetări atente de către biofizicieni? Pentru a lucra sub apă, este convenabil să aveți un dispozitiv care funcționează fără acces la aerul atmosferic. Căutarea creativă a inginerilor are ca scop crearea unui design motor cu hidroreacție, asemănător jet de aer…
Bazat pe materiale din cărți minunate:
„Biofizica în lecțiile de fizică” Cecilia Bunimovna Katz,
Şi „Primate ale mării” Igor Ivanovici Akimushkina
Kondakov Nikolai Nikolaevici (1908–1999) – Biolog sovietic, artist animal, Candidat la Științe Biologice. Contribuția principală la stiinta biologica Au devenit disponibile desenele pe care le-a realizat cu diverși reprezentanți ai faunei. Aceste ilustrații au fost incluse în multe publicații, cum ar fi Mare Enciclopedia Sovietică, Cartea Roșie a URSS, în atlase de animale și materiale didactice.
Akimușkin Igor Ivanovici (01.05.1929–01.01.1993) – Biolog sovietic, scriitor și popularizator al biologiei, autor al unor cărți de știință populară despre viața animală. Laureat al premiului „Knowledge” al Societății All-Union. Membru al Uniunii Scriitorilor din URSS. Cea mai faimoasă publicație a lui Igor Akimushkin este o carte în șase volume „Lumea animalelor”.
Materialele din acest articol vor fi utile nu numai pentru aplicare la lecţiile de fizicăŞi biologie, dar și în activități extrașcolare.
Material biofizic este extrem de benefică pentru mobilizarea atenției elevilor, pentru transformarea formulărilor abstracte în ceva concret și apropiat, afectând nu doar sfera intelectuală, ci și cea emoțională.
Literatură:
§ Katz Ts.B. Biofizica la lectiile de fizica
§ § Akimushkin I.I. Primatele mării
Moscova: Editura Mysl, 1974
§ Tarasov L.V. Fizica în natură
Moscova: Editura Prosveshchenie, 1988