Космос - это таинственное и максимально неблагоприятное пространство. Тем не менее Циолковский считал, что будущее человечества заключается именно в космосе. Нет никаких оснований спорить с этим великим ученым. Космос - это безграничные перспективы для развития всей человеческой цивилизации и расширения жизненного пространства. Кроме того, он скрывает в себе ответы на многие вопросы. Сегодня человек активно использует космическое пространство. И от того, как взлетают ракеты, зависит наше будущее. Не менее важно и понимание людьми этого процесса.

Космическая гонка

Не так давно две могучие сверхдержавы находились в состоянии холодной войны. Это было похоже на бесконечное состязание. Многие этот промежуток времени предпочитают описывать как обычную гонку вооружений, но это совершенно не так. Это гонка науки. Именно ей мы обязаны многими гаджетами и благами цивилизации, к которым так привыкли.

Космическая гонка была лишь одним из важнейших элементов холодной войны. Всего за несколько десятилетий человек перешел от обычных атмосферных полетов к высадке на Луне. Это невероятный прогресс, если сравнивать с другими достижениями. В то прекрасное время люди думали, что освоение Марса — это куда более близкая и реальная задача, чем примирение СССР и США. Именно тогда люди были максимально увлечены космосом. Практически каждый студент или школьник понимал, как взлетает ракета. Это не было сложным знанием, наоборот. Такая информация была простой и очень интересной. Астрономия приобрела чрезвычайную важность среди других наук. В те годы никто и сказать не мог, что Земля плоская. Доступное образование повсеместно ликвидировало невежество. Однако те времена давно прошли, и сегодня все совсем не так.

Декаданс

С распадом СССР закончилась и конкуренция. Пропал повод для сверхфинансирования космических программ. Многие перспективные и прорывные проекты так и не были реализованы. Время стремления к звездам сменилось настоящим декадансом. Что, как известно, обозначает упадок, регресс и определенную степень деградации. Для того чтобы понять это, не нужно быть гением. Достаточно обратить внимание на медиасети. Секта плоской земли активно ведет свою пропаганду. Люди не знают элементарных вещей. В Российской Федерации астрономия и вовсе не преподается в школах. Если подойти к прохожему и поинтересоваться, как взлетают ракеты, он не ответит на этот простой вопрос.

Люди даже не знают о том, по какой траектории ракеты летают. В таких условиях нет и смысла спрашивать про орбитальную механику. Отсутствие должного образования, "Голливуд" и видеоигры - все это создало ложное представление о космосе как таковом и о полетах к звездам.

Это не вертикальный полет

Земля не плоская, и это неоспоримый факт. Земля даже не шар, ведь она немного сплюснута по полюсам. Как взлетают ракеты в таких условиях? Поэтапно, в несколько стадий и не вертикально.

Самое большое заблуждение нашего времени состоит в том, что ракеты взлетают вертикально. Это совсем не так. Такая схема выхода на орбиту возможна, но очень неэффективна. Ракетное топливо заканчивается очень быстро. Иногда - менее чем за 10 минут. Для такого взлета попросту не хватит топлива. Современные ракеты взлетают вертикально только на начальном этапе полета. Затем автоматика начинает давать ракете небольшой крен. Причем чем выше высота полета, тем заметнее угол крена космической ракеты. Так, апогей и перигей орбиты формируются сбалансированно. Таким образом достигается максимально комфортное соотношение между эффективностью и расходом топлива. Орбита получается близкой к идеальному кругу. Идеальной же она не будет никогда.

Если ракета взлетает вертикально вверх, получится невероятно огромный апогей. Топливо закончится раньше, чем появится перигей. Иными словами, ракета не только не вылетит на орбиту, но и из-за нехватки топлива полетит по параболе обратно на планету.

В основе всего - двигатель

Любое тело не способно двигаться само по себе. Должно быть что-то, что заставляет его это делать. В данном случае это ракетный двигатель. Ракета, взлетая в космос, не теряет своей способности двигаться. Для многих это непонятно, ведь в вакууме реакция горения невозможна. Ответ максимально прост: немного иной.

Итак, ракета летит в В ее баках находится два компонента. Это топливо и окислитель. Их смешивание обеспечивает воспламенение смеси. Однако из сопел вырывается не огонь, а раскаленный газ. В этом случае нет никаких противоречий. Такая установка прекрасно работает в вакууме.

Ракетные двигатели бывают нескольких типов. Это жидкостные, твердотопливные, ионные, электрореактивные и ядерные. Первые два вида применяются чаще всего, так как способны давать наибольшую тягу. Жидкостные применяются в космических ракетах, твердотопливные - в межконтинентальных баллистических с ядерным зарядом. Электрореактивные и атомные предназначены для максимально эффективного передвижения в вакууме, и именно на них возлагают максимум надежд. В настоящее время вне тестовых стендов они не применяются.

Однако недавно Роскосмос разместил заказ на разработку орбитального буксира с ядерным двигателем. Это дает повод надеяться на развитие технологии.

Особняком держится узкая группа двигателей орбитального маневрирования. Они предназначены для управления Однако используются не в ракетах, а в космических кораблях. Их недостаточно для полетов, но хватает для маневрирования.

Скорость

К сожалению, в наше время люди приравнивают космические полеты к базовым единицам измерения. С какой скоростью взлетает ракета? Это вопрос не совсем корректен по отношению к Совершенно неважно, с какой скоростью они взлетают.

Ракет существует довольно-таки много, и все из них имеют разную скорость. Те, что предназначены для вывода космонавтов на орбиту, летят медленнее грузовых. Человек, в отличие от груза, ограничен перегрузками. Грузовые же ракеты, например сверхтяжелая Falcon Heavy, взлетает слишком быстро.

Точные единицы скорости посчитать трудно. Прежде всего потому, что они зависят от полезной нагрузки РН (ракеты-носителя). Вполне логично, что РН с полной загрузкой взлетает гораздо медленнее полупустой РН. Однако есть общая величина, которую все ракеты стремятся достигнуть. Это называется космической скоростью.

Существует первая, вторая и, соответственно, третья космическая скорости.

Первая - необходимая скорость, которая позволит двигаться по орбите и не падать на планету. Она составляет 7,9 км в секунду.

Вторая нужна для того, чтобы покинуть земную орбиту и отправиться к орбите другого небесного тела.

Третья же позволит аппарату преодолеть притяжение Солнечной системы и покинуть ее. В настоящее время с такой скоростью летят аппараты "Вояджер-1" и "Вояджер-2". Однако вопреки словам СМИ, они все еще не покинули границы Солнечной системы. С астрономической точки зрения им потребуется не менее 30 000 лет, чтобы достигнуть облака Орта. Гелиопауза же не является границей звездной системы. Это лишь место, в котором солнечный ветер сталкивается с межсистемной средой.

Высота

На какую высоту взлетает ракета? На ту, которая требуется. После достижения гипотетической границы космоса и атмосферы измерять расстояние между кораблем и поверхностью планеты некорректно. После выхода на орбиту корабль находится в другой среде, и дистанция измеряется в величинах расстояния.

РЕГИОНАЛЬНЫЙ ЭТАП ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ

«ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКЕ»

Секция: ФИЗИКА

Тема: ПОЧЕМУ РАКЕТЫ ЛЕТАЮТ…

Научный руководитель: Касенкова Ирина Николаевна

Место выполнения работы: МОУ «Рождественская СОШ» Валуйского района Белгородской области

Оглавление

Выдвижение гипотезы……………………………………………………3

Актуальность темы………………………………….…………………….4

Цель и задачи исследования…………………………..………………….5

Основная часть……………………………………………………………..6

Результаты и выводы…………………………………………………….15

Литература……………………………………………………………….16

Выдвижение гипотезы

Готовясь к празднованию Дня рождения сестры, я украшал дом воздушными шариками. Когда я надувал шары, то один из них вырвался из рук и с большой скоростью полетел от меня в противоположную сторону. Я задал себе вопрос: что же произошло с шариком? Родители объяснили, что это реактивное движение. Неужели шарик летает так же, как ракета?

Проблема: можно ли создать макет ракеты, которая сможет взлететь, используя подручные материалы.

Быть может, уже много тысяч лет, глядя в небо, человек думал о полете к звездам. Мерцающие ночные звезды заставляли его уноситься мыслью в огромные дали Вселенной, будоражили воображение, заставляли задуматься над тайнами создания Вселенной. Шли века, человек приобретал все большую власть над природой, но мечта о полете к далеким звездам не оставляла человечество.

Гипотеза, которую я выдвинул в ходе исследования: возможно, реактивное движение встречается в природе и повседневной жизни, и я смогу создать макет ракеты, используя знания об этих явлениях.

Актуальность темы.

Я слышал, что говорят: век пара, век электричества, век радио... А можно ли говорить о веке ракеты? Я думаю, можно, потому что этот век наступил.

Ракеты прочно завоевали себе место в современном мире. Ракеты с автоматическими самозаписывающими приборами уже поднялись на огромные высоты и помогают нам раскрыть тайны воздушного океана, простирающегося над Землей.

Проверить и дополнить то, что мы знаем об атмосфере, пополнить наши знания о больших высотах поможет созданная человеком ракета. Ракета поднимает на эти высоты телевизионные передатчики, и мы видим на экранах наших телевизоров Землю с большой высоты, Землю-планету.

Ракета несёт службу погоды. Метеорологические ракеты забрались туда, куда не поднимается шар-зонд с приборами. Пролетая огромные расстояния с большими скоростями, ракеты могут дать информацию о погоде на большие пространства, передавая по радио сведения о состоянии атмосферы на различных высотах, в разных местах. Так ракеты помогают нам предсказывать погоду, и даже управлять погодой.

Вообще представить жизнь современного общества без достижений в ракетостроении и космонавтике не возможно. Ведь благодаря освоению космоса, в наши дни вокруг Земли движутся всевозможные спутники разного назначения. С помощью научных спутников учёные наблюдают за небесными телами. Всё это, то, что есть сейчас, а в будущем научные станции и установки станут более легкими, а обитаемые жилые станции будущего, вращаясь рядом с планетой, позволят своим обитателям часто возвращаться на родную планету и принимать гостей. А если какая-то часть человечества решит поселиться в далёком космосе, связь можно будет поддерживать, только посылая радиосигналы. Вероятно, нам еще придется подождать пока не появятся межпланетные корабли, способные развивать скорость, превышающую несколько сотен тысяч километров в час, а при современном развитии космических технологий путь на Землю и обратно займёт десятки лет. Конечно же, найдутся люди желающие стать поселенцами колоний, которые на огромных космических кораблях повезут с собой отобранные виды растений, животных. Но не так уж далёк день, когда космические колонии станут новыми мирами. Это и будет веком реактивного движения.

В своем исследовании я попробую создать макет ракеты, которая сможет взлететь, используя подручные материалы.

Цель и задачи исследования.

Цель исследования:

Создание макета ракеты, которая сможет взлететь, используя подручные материалы.

Чтобы подтвердить или опровергнуть мою гипотезу, я поставил перед собой задачи:

1. изучить теоретический материал по данной теме;

2. провести опыты, иллюстрирующие реактивное движение;

3. экспериментально проверить возможность создания макета ракеты, которая сможет взлететь, используя подручные материалы.

Основная часть.

Изучение теоретического материала по данной теме.

Реактивное движение применялось еще при изготовлении первых пороховых фейерверочных и сигнальных ракет в Китае в X веке. В конце XVIII века индийские войска в борьбе с английскими колонизаторами использовали боевые ракеты на чёрном дымном порохе. В российской армии пороховые ракеты были приняты на вооружение в начале XIX века.

Во время Великой Отечественной войны немецкие войска применяли баллистические ракеты Фау-2, обстреливая английские и бельгийские города. Советские войска с большим успехом использовали установки залпового огня «Катюша».

Первым применить реактивное движение для полетов в космос предложил Н. И. Кибальчич. Дальнейшая теоретическая разработка ракетостроительства принадлежит русскому ученому Циолковскому К.Э. Его труды вдохновили С.П.Королёва на создание летательных аппаратов для полета человека в космос.

Благодаря его идеям впервые в мире 4 октября 1957 года был осуществлен запуск искусственного спутника Земли и первого пилотируемого искусственного спутника Земли с летчиком - космонавтом на борту Ю.А. Гагариным - 12 апреля 1961 г. Запуски космических кораблей положили новую эпоху в освоение космоса.

Современные достижения в космонавтике

17 июня 1992 года Россия и США заключили соглашение о сотрудничестве в исследовании космоса. В соответствии с ним Российское космическое агентство и НАСА разработали совместную программу «Мир - Шаттл». Эта программа предусматривала полёты американских многоразовых кораблей «Шаттл» к российской космической станции «Мир». В ходе реализации программы «Мир- Шаттл» родилась идея объединения национальных программ создания орбитальных станций. Международная космическая станция, парящая сегодня над планетой, стала компромиссом между Россией и США. МКС начало эксплуатацию 20 ноября 1998 года, и эксплуатируется до сих пор.

В январе 2004 года президент США выступил с новой программой космических исследований трёх этапов. Планируется испытать новый космический корабль «Орион», который заменит Шаттлы. В 2015 году «Орион» должен доставить американский экипаж на МКС, а спустя 5 лет на Луну. В будущем такие полёты станут регулярными, а на спутнике Земли будет построена первая постоянная лунная база, которая превратится в центр экспедиций на Марс и к другим планетам Солнечной системы. Пилотируемый полёт к Марсу запланирован на 2037 год. Может в рамках программы человек наконец-то сможет прогуляться по красному марсианскому песку. Учёные посылали автоматические зонды на другие планеты земной группы – к Марсу, Меркурию, и Венере. На Марс и Венеру высаживались спускаемые модули, поэтому мы уже много знаем об этих планетах. Для изучения планет-гигантов тоже запустили космические модули. Космический зонд «Новые горизонты» с 2006 года находится на пути к Плутону. Учёные ожидают, что в 2015 году он достигнет планеты.

Одной из основных целей спутников стало наблюдение и фотографирование иностранных территорий. Американцы вышли на первое место по этому виду шпионажа, их спутники прослушивают и перехватывают сообщения, а бортовые камеры и телескопы улавливают даже незначительное передвижение войск. Радары на спутниках видят, что происходит в океане на глубине до 100 метров. Есть ещё метеорологические спутники, оборудование на них позволяет довольно точно предсказывать погоду на пять дней вперёд и предупреждать население о приближение ненастья. Эти спутники передают сведения о состоянии облачности, температуре почвы или количестве снега в горах. Спутники умеют измерять расстояние и высоту с точностью до сантиметра. Они используются для обустройства территорий, например для прокладывания дорог. Спутниковая картография находит применение и в океанологии, они считывают ландшафт дна, течений, температуры поверхности океана, скорости ветра, нефтяного загрязнения и ледяного покрова. С начала 1960-х годов искусственные спутники Земли используются в качестве трансляций радиоволн, они передают сигналы телевизионного вещания, телефонной связи и цифровой информации. В 1992 году была создана всемирная сеть орбитальных спутников (GPS ), которая позволяет узнать местоположение любого движущегося или неподвижного объекта на земле, в воздухе и под водой.

Физические принципы реактивного движения и устройство.

Реактивное движение основано на принципе действия и противодействия: если одно тело воздействует на другое, то при этом на него самого будет действовать точно такая же сила, но направленная в противоположную сторону.

Современная космическая ракета это очень сложный летательный аппарат, состоящий из сотен тысяч деталей. Она состоит из корпуса, двигателя и отсека с полезным грузом. Большая часть корпуса заполнена топливом. Двигатель состоит из камеры сгорания и сопла. Сопло – это выходное отверстие для газов, образующихся при сгорании топлива. Для достижения больших космических скоростей применяют многоступенчатые ракеты. Когда реактивная газовая струя выбрасывается из ракеты, сама ракета устремляется в противоположную сторону, разгоняясь до 1-й космической скорости: 8 км/с.

Реактивное движение в природе.

Итак, где же в природе встречается реактивное движение? Рыбы плывут, птицы летят, звери бегут. Вроде бы все очень просто. Как бы не так. Охота к перемене мест у животных не каприз, а суровая необходимость. Хочешь есть – умей быстро двигаться. Не хочешь, чтобы тебя съели – умей быстро убежать. Чтобы быстро передвигаться в пространстве, нужно развивать большие скорости.

Для этого, например, морской гребешок – обзавелся реактивным двигателем. Он очень быстро выбрасывает из раковины воду и пролетает расстояние, которое в 10-20 раз больше его собственной длины!

Осьминог развивает скорость до 50 км/час и это благодаря реактивной тяге. Он даже по суше может прогуляться, т.к. есть у него на этот случай запас воды за пазухой. Кальмар – самый большой беспозвоночный обитатель океанских глубин передвигается по принципу реактивного движения.

Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений. В южных странах (и у нас на побережье Черного моря тоже) произрастает растение под названием "бешеный огурец ". Если только слегка прикоснуться к плоду, похожему на огурец, как он отлетает от плодоножки, а через образовавшееся отверстие из плода фонтаном со скоростью до 10 м/с вылетает жидкость с семенами. Сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении. Стреляет бешеный огурец (иначе его называют «дамский пистолет») более чем на 12 м.

Выполнение практической части исследования.

Я провел опыт, который доказывает, что каждому действию есть равное противодействие. Для этого я нагревал воду в сосуде, закрытом пробкой, который был подвешен на нитях, до кипения и увидел как при вылетании пробки сосуд отлетел в противоположную сторону.

Этот опыт доказывает справедливость правила равенства действий и противодействий. Если пар действует на пробку, то и пробка действует на пар в обратную сторону, а пар передает это противодействие пробирке.

Затем, я сделал автомобиль-воздухомет и испытал его в действии. Эта игрушка представляет собой автомобиль, на котором укреплен надутый резиновый шарик.

П
оставил игрушку на край стола и отпустил её.

Игрушка приходит в движение за счёт энергии выбрасываемого воздуха. Так же я убедился, что чем больше воздуха закачено в шар, тем дальше движется автомобиль. Таким образом я построил модель простейшего реактивного двигателя.

Но, движение которое я наблюдал, хотя и являлось примером реактивного движения, мало походило на запуск и движение ракеты, которое я видел по телевидению. И тогда я приступил к созданию макета ракеты, для этого я использовал чертежи из детской энциклопедии. Чтобы ракета повыше взлетела, она должна быть максимально легкая. Поэтому, материал для изготовления моделей ракеты – это бумага для принтера.

В
качестве бака для топлива я использовал пластиковую баночку. И макет ракеты был готов!

Наступил момент для запуска ракеты.

В
качестве топлива я взял смесь напитка Кока-кола и конфет «Ментос». «Ментос» имеет пористую поверхность, которая создаёт множество центров высвобождения растворённого в газированых напитках углекислого газа. Другие ингредиенты, которые играют роль в цепной реакции,- аспартам (заменитель сахара), бензонат натрия (консервант) и кофеин в кока-коле, и желатин в «Ментосе». Эти ингредиенты хорошо сочетаются друг с другом, и если их смешать при большом количестве центров высвобождения газа, начинается бурная реакция, которая высвобождает сразу весь углекислый газ, под действием вырывающейся струи которого взлетает наша ракета.

П
роизводим отсчет: 5, 4, 3, 2, 1, пуск!... И наша ракета взлетает вверх. Все получилось. Ракета летит!

И снова я оказался недоволен полученным результатом, ракета взлетела всего на 40-50 см от земли и после запуска стала непригодной для дальнейшего использования.

Я приступил к созданию новой ракеты, способной взлететь еще выше .

Мне пригодились все мои чертежи, я их только увеличил в размере, а материалом для изготовления ракеты стал ватман. Для взлета моей ракеты я купил специальный двигатель МРД – 0,25, который состоит из корпуса и сопла. Внутри корпуса три отсека, в первом находится спрессованный порох, который медленно сгорая дает газ для поднятия ракеты. Второй отсек - замедлитель заполнен смесью пороха и талька, при сгорании пороха в этом отсеке ракета летит еще выше по инерции. И, наконец третий отсек заполнен рассыпчатым порохом, который при сгорании выбивает парашют, который я поместил внутри ракеты.

Парашют я сделал из тонкого полиэтилена, а стропы из обычных швейных нитей. Теперь моя ракета сможет спуститься на землю без аварий.

Внутри сопла я поместил запал к клеммам которого присоединил аккумулятор, для того чтобы двигатель пришел в действие необходим электрический ток. При возгорании пороха клеммы вместе с аккумулятором отсоединятся самостоятельно.

Наступил момент запуска, ракета установлена, клеммы подсоединены.

Производим отсчет: 5, 4, 3, 2, 1. Пуск!..... Ракета взлетает вверх, из сопла вырываются клубы дыма и огонь. За считанные секунды ракета достигает высоты 20-30 метров. Хлопок,…. И парашют вылетает над ракетой. Ракета медленно спускается на землю.

Результаты и выводы.

Вывод:

опытным путем я выяснил, что создание макета ракеты, которая сможет взлететь, используя подручные материалы вполне возможно;

принцип реактивного движения это - физический закон действия и противодействия;

убедился, что реактивное движение встречается в технике, природе и быту.

Теперь, зная о реактивном движении, я могу избежать многих неприятностей, например, спрыгивая с лодки на берег, стреляя из ружья, включая душ и т. д. я буду учитывать закон действия и противодействия.

Итак, я могу утверждать, что гипотеза, выдвинутая мною подтвердилась: реактивное движение встречается в природе и повседневной жизни, и я создал макет ракеты, используя знания об этих явлениях.

Литература.

Гальперштейн Л. Я. / Забавная физика./ - М.: Детская литература/ 1994 г./ 256 с.

Детская энциклопедия./ - М.: Просвещение. / 2007 г. /405 с.

Чуянов В. А.. / Энциклопедический словарь юного физика./ - М.: Педагогика./ 2003 г. / 324 с.

Шабловский В. / Занимательная физика. Нескучный учебник./ С-П.: Тригон./ 1997г. / 416 с.

http://www.mirpodelki.ru

Даже среди людей, изучавших физику, случается нередко слышать совершенно превратное объяснение полета ракеты: она летит потому будто бы, что своими газами, образующимися при горении в ней пороха, отталкивается от воздуха. Так думали в старину (ракеты – давнее изобретение). Однако если бы пустить ракету в безвоздушном пространстве, она полетела бы не хуже, а даже лучше, чем в воздухе. Истинная причина движения ракеты совершенно иная. Очень понятно и просто изложил ее революционер‑первомартовец Кибальчич в предсмертной своей записке об изобретенной им летательной машине. Объясняя устройство боевых ракет, он писал:

«В жестяной цилиндр, закрытый с одного основания и открытый с другого, вставляется плотно цилиндр из прессованного пороха, имеющий по оси пустоту в виде канала. Горение пороха начинается с поверхности этого канала и распространяется в течение определенного промежутка времени до наружной поверхности прессованного пороха; образующиеся при горении газы производят давление во все стороны; но боковые давления газов взаимно уравновешиваются, давление же на дно жестяной оболочки пороха, не уравновешенное противоположным давлением (так как в эту сторону газы имеют свободный выход), толкает ракету вперед».

Здесь происходит то же, что и при выстреле из пушки: снаряд летит вперед, а сама пушка отталкивается назад. Вспомните «отдачу» ружья и всякого вообще огнестрельного оружия! Если бы пушка висела в воздухе, ни на что не опираясь, она после выстрела двигалась бы назад с некоторой скоростью, которая во столько же раз меньше скорости снаряда, во сколько раз снаряд легче самой пушки. В фантастическом романе Жюля Верна «Вверх дном» американцы задумали даже воспользоваться силой отдачи исполинской пушки для выполнения грандиозной затеи – «выпрямить земную ось».

Ракета – та же пушка, только извергает она не снаряды, а пороховые газы. По той же причине вертится и так называемое «китайское колесо», которым, вероятно, случалось вам любоваться при устройстве фейерверков: при горении пороха в трубках, прикрепленных к колесу, газы вытекают в одну сторону, сами же трубки (а с ними и колесо) получают обратное движение. В сущности, это лишь видоизменение общеизвестного физического прибора – сегнерова колеса.

Интересно отметить, что до изобретения парохода существовал проект механического судна, основанный на том же начале; запас воды на судне предполагалось выбрасывать с помощью сильного нагнетательного насоса в кормовой части; вследствие этого корабль должен был двигаться вперед, как те плавучие жестянки, которые имеются для доказательства рассматриваемого принципа в школьных физических кабинетах. Проект этот (предложенный Ремзи) не был осуществлен, однако он сыграл известную роль в изобретении парохода, так как натолкнул Фультона на его идею.

Рисунок 7. Самая древняя паровая машина (турбина), приписываемая Герону Александрийскому (II век до нашей эры).

Рисунок 8. Паровой автомобиль, приписываемый Ньютону.

Рисунок 9. Игрушечный пароходик из бумаги и яичной скорлупы. Топливом служит налитый в наперсток спирт. Пар, выбивающийся из отверстия «парового котла» (выдутое яйцо), заставляет пароходик плыть в противоположном направлении.

Мы знаем также, что самая древняя паровая машина, изобретенная Героном Александрийским еще во II веке до нашей эры, была устроена по тому же принципу: пар из котла (рис. 7) поступал по трубке в шар, укрепленный на горизонтальной оси; вытекая затем из коленчато‑изогнутых трубок, пар толкал эти трубки в обратном направлении, и шар начинал вращаться. К сожалению, геронова паровая турбина в древности оставалась только любопытной игрушкой, так как дешевизна труда рабов никого не побуждала к практическому использованию машин. Но самый принцип не заброшен техникой: в наше время он применяется при устройстве реактивных турбин.

Ньютону – автору закона действия и противодействия – приписывают один из самых ранних проектов парового автомобиля, основанный на том же начале: пар из котла, поставленного на колеса, вырывается в одну сторону, а самый котел в силу отдачи катится в противоположную (рис. 8).

Ракетные автомобили, об опытах с которыми в 1928 г. много писали в газетах и журналах, представляют собой современное видоизменение ньютоновой повозки.

Для любителей мастерить приведен здесь Рисунок бумажного пароходика, также очень похожего на ньютонову повозку: в паровом котле из опорожненного яйца, нагреваемом намоченной в спирте ваткой в наперстке, образуется пар; вырываясь струёй в одну сторону, он заставляет весь пароходик двигаться в противоположную сторону. Для сооружения этой поучительной игрушки нужны, однако, очень искусные руки.

Ракета – средство передвижения человека в воздухе, в атмосфере. Самолеты и другие летательные аппараты также служат для того, чтобы летать. Но они друг от...

Ракета – средство передвижения человека в воздухе, в атмосфере . Самолеты и другие летательные аппараты также служат для того, чтобы летать. Но они друг от друга отличаются. Ракета взлетает, самолеты и аппараты летают. Но законы полета разные. Ракета больше похожа на выпущенный в воздух большой снаряд. Ракета предназначена для полетов в космос. И взлетает она за счет реактивной тяги.

Как движется ракета? За счет реактивной тяги.
Может ли она летать не только в воздухе? Может. Она может лететь даже в вакууме. В космосе воздуха нет, но ракета, тем не менее, летит. И даже лучше, чем в воздухе.

Работает система полета ракеты по закону Ньютона . Газы в двигателе ускоряются, создается тяга, которая создает силу. С помощью этой силы ракета движется. Чтобы двигаться, нужно от чего-то отталкиваться. Когда едет машина или идет человек, они отталкиваются от земной поверхности и снова на нее опускаются. Получается движение вперед, поскольку действует сила тяги Земли. Ракета поднимается в космос, но обратно не опускается. С помощью реактивных газов она отталкивается от Земли, но не возвращается назад, преодолевая силу тяги . Примерно также действуют водные объекты: плавает подводная лодка, кальмар, акула.

Топливо, для того, чтобы ракета взлетела, используют самое разное. Оно может быть жидким и твердым. За счет сжигания топлива ракета поднимается в воздух. После камеры сгорания топлива находятся сопла. Из них извергается сгоревший газ, который поднимает ракету в космос. Поднимающуюся ввысь ракету можно сравнить с извергающимся вулканом. Когда она взлетает в воздух, можно наблюдать большие клубы дыма, запах гари, огонь. Именно как при вулкане или большом взрыве.

Ракета состоит из нескольких ступеней. По ходу ее полета эти ступени отделяются. В самом космосе, уже гораздо легче, летит космический корабль, который выкинул весь лишний груз, то, что было ракетой.

Пример отделения ступеней

Следует отметить то, что самолет в космос вылететь не может. Воздушный шар тоже. Из всех известных средств передвижения по воздуху ракета единственная поднимается в космос и может летать за пределами планеты Земля.

Это интересно: ракета не самый известный летательный аппарат на сегодняшний день. Известно, что в космосе когда-то летали виманы. Принцип полета напоминает полет сегодняшней ракеты. Верхнюю часть ракеты напоминает вимана, но она немного другой формы.

Как и почему взлетает ракета

Для того чтобы увидеть, как взлетает ракета, необходимо посмотреть специальные телевизионные репортажи или отыскать соответствующие видеозаписи в интернете. Стать непосредственными свидетелями взлета и собственными глазами с небольшого расстояния увидеть, куда направляется аппарат, могут лишь отдельные лица, причастные к данному процессу, при этом они должны находиться на территории космодрома.

Как происходит взлет

Стартовать космический аппарат сам по себе не может, для этого ему необходимо получить команду с пункта управления. Ракета находится в вертикальном положении на космодроме, затем двигатели начинают издавать мощный звук. Сначала внизу появляется яркое пламя внушительных размеров, слышен нарастающий гул. Потом эта ракета взлетает наверх: сначала с относительно небольшой скоростью, затем быстрее. С каждой секундой она отдаляется от Земли все дальше, звук при этом становится сильнее.

Довольно скоро космический аппарат располагается на высоте, на которую не в состоянии подняться как гражданские, так и боевые самолеты. На такой высоте летают только аппараты, предназначенные для работы в просторах Вселенной, находящихся вне границ атмосфер небесных тел. Буквально через минуту взлетающий аппарат оказывается в космосе, то есть в безвоздушном пространстве. Далее он продолжает свой путь в зависимости от маршрута, который был намечен на Земле. Этот аппарат, как и ранее, управляется из командного пункта.

Реактивные двигатели

Звук, который издает ракета при взлете, говорит о том, что она оборудована реактивными двигателями. Моторы приводятся в действие силой, которая возникает в результате появления мощной струи раскаленных газов. Эти газы образуются в специальной камере тогда, когда сгорает топливо. Может показаться невероятным, что они обладают способностью запросто выводить на космическую орбиту ракету весом в несколько тонн, при этом характерный звук слышен на достаточно большом расстоянии от места запуска.

Вместе с тем следует иметь в виду, что воздух, содержащийся в камерах велосипедов или автомобилей, успешно выдерживает массу как людей, управляющих двухколесными транспортными средствами, так и водителей машин, а также их пассажиров и грузов. Поэтому нет ничего удивительного в том, что чересчур раскаленный газ, с огромной силой вырывающийся из сопла ракеты, способен толкать ее наверх с большой скоростью. Практически после каждого запуска ракеты площадка для ее старта, сооруженная с использованием особо прочных материалов, нуждается в ремонте, ведь ракеты не должны взлететь с поврежденной поверхности.

Третий закон Ньютона

Речь идет о законе, под которым подразумевают закон сохранения импульса. Изначально ракета, неподвижно расположенная на стартовой площадке перед запуском, имеет импульс, равный нулю. После включения двигателей нарастает звук, при сгорании топлива образуются газообразные продукты высокой температуры, которые на высокой скорости вырываются из сопла летательного аппарата. Это приводит к созданию вектора импульса, который направлен вниз.

Однако существует закон сохранения импульса, согласно которому суммарный импульс, приобретенный взлетающим аппаратом относительно стартовой площадки, должен по-прежнему равняться нулю. Здесь возникает другой вектор импульса, действие которого направлено на уравновешивание изделия по отношению к уходящим газам. Он появляется за счет того, что космический аппарат, который стоял неподвижно, начинает движение. Импульс, направленный вверх, равняется весу изделия, умноженному на его скорость.

В случае если двигатели ракеты достаточно мощные, она набирает скорость быстро. Данной скорости достаточно, чтобы вывести космический корабль на околоземную орбиту в течение довольно непродолжительного времени. Взлетающий аппарат имеет мощность, которая напрямую зависит от заправленного в него топлива. В советский период ракетные двигатели работали на авиационном керосине. В настоящее время используется более сложная химическая смесь, которая при сгорании выделяет огромное количество энергии.

Взлетом космической ракеты сейчас можно полюбоваться и по телевизору, и в кино. Ракета вертикально стоит на бетонном стартовом столе. По команде из пункта управления включаются двигатели, мы видим загорающееся внизу пламя, мы слышим нарастающий рев. И вот ракета в клубах дыма отрывается от Земли и сначала медленно, а потом все быстрее и быстрее устремляется вверх. Через минуту она уже на такой высоте, куда не могут подняться самолеты, а еще через минуту - Космосе, в околоземном безвоздушном пространстве.

Двигатели ракеты называются реактивными. Почему? Потому что в таких двигателях сила тяги является силой реакции (противодействия) силе, которая отбрасывает в противоположную сторону струю раскаленных газов, получаемых от сгорания топлива в специальной камере. Как известно, согласно третьему закону Ньютона сила этого противодействия равна силе действия. То есть, сила, поднимающая ракету в космическое пространство равна силе, которую развивают раскаленные газы, вырывающиеся из сопла ракеты. Если Вам кажется невероятным, что газ, которому положено быть бесплотным, забрасывает на космическую орбиту тяжеленную ракету, вспомните о том, что сжатый в резиновых баллонах воздух успешно поддерживает не только велосипедиста, но и тяжелые самосвалы. Раскаленный добела газ, вырывающийся из сопла ракеты - тоже полон силы и энергии. Настолько, что после каждого старта ракеты стартовый стол ремонтируют, добавляя выбитый огненным вихрем бетон.

Третий закон Ньютона можно сформулировать иначе, как закон сохранения импульса. Импульсом называется произведение массы на скорость. В терминах закона сохранения импульса старт ракеты можно описать так.
Первоначально импульс космической ракеты, покоящейся на стартовой площадке, был равен нулю (Большая масса ракеты, умноженная на нулевую ее скорость). Но вот включен двигатель. Топливо сгорает, образуя огромное количество газообразных продуктов сгорания. Они имеют высокую температуру и с высокой скоростью истекают из сопла ракеты в одну сторону, вниз. Это создает вектор импульса, направленный вниз, величина которого равна массе истекающего газа, умноженного на скорость этого газа. Однако, в силу закона сохранения импульса, суммарный импульс космической ракеты относительно стартовой площадки должен быть по-прежнему равен нулю. Поэтому тут же возникает вектор импульса, направленный вверх, уравновешивающий систему «ракета - отбрасываемые газы». За счет чего возникнет этот вектор? За счет того, что стоящая до тех пор неподвижно ракета начнет движение вверх. Импульс, направленный вверх, будет равен массе ракеты, умноженной на ее скорость.

Если двигатели ракеты мощные, ракета очень быстро набирает скорость, достаточную для того, чтобы вывести космический корабль на околоземную орбиту. Эта скорость называется первой космической скоростью и равна приблизительно 8 километрам в секунду.

Мощность двигателя ракеты определяется в первую очередь тем, какое топливо сгорает в двигателях ракеты. Чем выше температура сгорания топлива, тем мощнее двигатель. В самых ранних советских ракетных двигателях топливом был керосин, а окислителем - азотная кислота. Сейчас в ракетах используется более активные (и более ядовитые) смеси. Топливом в современных американских ракетных двигателях является смесь кислорода и водорода. Кислородно-водородная смесь очень взрывоопасна, но при сгорании выделяет огромное количество энергии.