Tarkastellaanpa useita esimerkkejä, jotka vahvistavat liikemäärän säilymislain pätevyyden.

Varmasti monet teistä ovat nähneet kuinka ilmalla täytetty ilmapallo lähtee liikkeelle, jos irrotat sen reikää kiristävän langan.

Tämä ilmiö voidaan selittää liikemäärän säilymisen lailla.

Kun pallon reikä on sidottu, pallo, jonka sisällä on paineilma, on levossa ja sen liikemäärä on nolla.

Kun reikä on auki, siitä poistuu paineilmasuihku melko suurella nopeudella. Liikkuvalla ilmalla on jonkin verran vauhtia, joka on suunnattu sen liikkeen suuntaan.

Luonnon liikemäärän säilymislain mukaan kahdesta kappaleesta - pallosta ja siinä olevasta ilmasta - koostuvan järjestelmän kokonaisliikemäärän on pysyttävä samana kuin se oli ennen ilman ulosvirtausta, eli yhtä suuri kuin nolla. Siksi pallo alkaa liikkua ilmasuihkua vastakkaiseen suuntaan sellaisella nopeudella, että sen liikemäärä on absoluuttisesti sama kuin ilmasuihkun liikemäärä. Pallon ja ilman liikemäärävektorit on suunnattu vastakkaisiin suuntiin. Tämän seurauksena vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden kokonaisliikemäärä pysyy nollassa.

Pallon liike on esimerkki suihkuvoimasta. Suihkuliike johtuu siitä, että jokin osa siitä on erotettu kehosta ja liikkuu, minkä seurauksena keho itse saa vastakkaiseen suuntaan suunnatun liikemäärän.

Seigneur-pyöräksi kutsutun laitteen pyöriminen perustuu suihkupropulsion periaatteeseen (kuva 46). Kartiomaisesta astiasta ulos virtaava vesi siihen yhteydessä olevan kaarevan putken kautta pyörittää astiaa vastakkaiseen suuntaan kuin veden nopeus suihkuissa. Näin ollen ei vain kaasusuihkulla, vaan myös nestesuihkulla on reaktiivinen vaikutus.

Riisi. 46. ​​Suihkuvoiman esittely Segner-pyörällä

Jotkin elävät olennot, kuten mustekalat, kalmarit, seepiat ja muut pääjalkaiset, käyttävät suihkuliikettä myös liikkumiseensa (kuva 47). Ne liikkuvat johtuen siitä, että ne imevät sisään ja työntävät sitten vettä väkisin ulos itsestään. On jopa kalmarilaji, joka "suihkumoottoreineen" ei voi vain uida vedessä, vaan myös lentää siitä ulos lyhyen aikaa ohittaakseen nopeasti saaliin tai paetakseen vihollisia.

Riisi. 47. Pääjalkaiset käyttävät reaktiivista liikettä liikkumiseensa: a - seepia; b - kalmari; c - mustekala

Tiedät, että suihkuvoiman periaate löytää laajan käytännön sovelluksen ilmailussa ja astronautiikassa. Ulkoavaruudessa ei ole väliainetta, jonka kanssa keho voisi olla vuorovaikutuksessa ja siten muuttaa nopeudensa suuntaa ja moduulia. Siksi avaruuslentoihin voidaan käyttää vain suihkukoneita, eli raketteja.

Kantoraketin laukaisu Sojuz-avaruusaluksella

Tarkastellaanpa kysymystä niin kutsuttujen kantajarakettien suunnittelusta ja laukaisusta, toisin sanoen raketeista, jotka on suunniteltu laukaisemaan keinotekoisia maasatelliitteja, avaruusaluksia, automaattisia planeettojenvälisiä asemia ja muita hyötykuormia avaruuteen.

Jokaisessa raketissa, sen rakenteesta riippumatta, on aina kuori ja polttoaine, jossa on hapetin. Kuvassa 48 on poikkileikkaus raketista. Näemme, että raketin kuori sisältää hyötykuorman (tässä tapauksessa se on avaruusalus 1), instrumenttiosaston 2 ja moottorin (polttokammio 6, pumput 5 jne.).

Riisi. 48. Rakettisuunnitelma

Suurin osa raketista on polttoainetta 4 hapettimella 3 (hapetinta tarvitaan pitämään polttoaine palamassa, koska avaruudessa ei ole happea).

Polttoaine ja hapetin pumpataan polttokammioon. Polttoaine muuttuu palaessaan korkean lämpötilan ja korkeapaineiseksi kaasuksi, joka syöksyy ulos voimakkaana suihkuna erityisesti muotoillun kellon, jota kutsutaan suuttimeksi 7, läpi. Suuttimen tarkoitus on lisätä suihkun nopeutta.

Mikä on kaasusuihkun nopeuden lisäämisen tarkoitus? Tosiasia on, että raketin nopeus riippuu tästä nopeudesta. Tämä voidaan osoittaa liikemäärän säilymisen lailla.

Koska raketin liikemäärä oli nolla ennen laukaisua, niin säilymislain mukaan myös liikkuvan kuoren ja siitä ulos tulevan kaasun kokonaismäärän on oltava nolla. Tästä seuraa, että vaipan liikemäärän ja sitä vastakkain suunnatun kaasusuihkun liikemäärän on oltava absoluuttisesti samat. Tämä tarkoittaa, että mitä nopeammin kaasu poistuu suuttimesta, sitä suurempi on raketin kuoren nopeus.

Kaasun ulosvirtausnopeuden lisäksi on muita tekijöitä, joista raketin nopeus riippuu.

Tutkimme yksivaiheisen raketin laitetta ja toimintaperiaatetta, jossa asteella tarkoitetaan osaa, joka sisältää polttoaine- ja hapetinsäiliöt sekä moottorin. Avaruuslentojen käytännössä käytetään yleensä monivaiheisia raketteja, jotka kehittävät paljon suurempia nopeuksia ja on tarkoitettu pidempiin lentoihin kuin yksivaiheiset.

Kuvassa 49 on kaavio kolmivaiheisesta raketista. Kun ensimmäisen vaiheen polttoaine ja hapetin on kulutettu kokonaan, tämä vaihe hylätään automaattisesti ja toisen vaiheen moottori ottaa vallan.

Riisi. 49. Kolmivaiheisen raketin kaavio

Raketin kokonaismassan vähentäminen hylkäämällä jo tarpeettoman vaiheen mahdollistaa polttoaineen ja hapettimen säästämisen sekä raketin nopeuden lisäämisen. Sitten toinen vaihe hylätään samalla tavalla.

Jos avaruusaluksen paluuta Maahan tai sen laskeutumista jollekin muulle planeetalle ei ole suunniteltu, kolmatta vaihetta, kuten kahta ensimmäistä, käytetään lisäämään raketin nopeutta. Jos aluksen on laskeuduttava, sitä käytetään hidastamaan laivaa ennen laskeutumista. Tässä tapauksessa rakettia käännetään 180 ° niin, että suutin on edessä. Sitten raketista karkaava kaasu antaa sille sen liikkeen nopeutta vastaan ​​suunnatun impulssin, mikä johtaa nopeuden laskuun ja mahdollistaa laskeutumisen.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovski (1857-1935)
Venäläinen tiedemies ja keksijä aerodynamiikan, rakettidynamiikan, lentokoneiden ja ilmalaivojen teorian alalla. Teoreettisen astronautiikan perustaja

Ajatus rakettien käytöstä avaruuslennoille esitettiin 1900-luvun alussa. Venäläinen tiedemies ja keksijä Konstantin Eduardovich Tsiolkovski. Tsiolkovsky kehitti rakettien liikkeen teorian, kehitti kaavan niiden nopeuden laskemiseksi ja ehdotti ensimmäisenä monivaiheisten rakettien käyttöä.

Puoli vuosisataa myöhemmin Neuvostoliiton tiedemiehet kehittivät ja toteuttivat Tsiolkovskin idean Sergei Pavlovich Korolevin johdolla.

Sergei Pavlovich Korolev (1907-1966)
Neuvostoliiton tiedemies, raketti- ja avaruusjärjestelmien suunnittelija. Käytännön astronautiikan perustaja

Kysymyksiä

1. Selitä liikemäärän säilymislain perusteella, miksi ilmapallo liikkuu vastakkaiseen suuntaan kuin siitä ulos tuleva paineilma.
2. Anna esimerkkejä kappaleiden suihkuliikkeistä.
3. Mikä on ohjusten tarkoitus? Kerro meille laitteesta ja raketin toimintaperiaatteesta.
4. Mikä määrittää raketin nopeuden?
5. Mitä etua monivaiheisista raketteista on yksivaiheisiin verrattuna?
6. Miten avaruusalus laskeutuu?

Harjoitus 21

1. Nopeudella 2 m/s liikkuvasta veneestä ihminen heittää airon, jonka massa on 5 kg vaakanopeudella 8 m/s veneen liikettä vastapäätä. Millä nopeudella vene liikkui heiton jälkeen, jos sen massa yhdessä henkilön kanssa on 200 kg?
2. Minkä nopeuden rakettimalli saa, jos sen kuoren massa on 300 g, siinä olevan ruudin massa 100 g ja kaasut poistuvat suuttimesta nopeudella 100 m/s? (Ota huomioon kaasun ulosvirtaus suuttimesta hetkellisenä.)
3. Millä laitteilla ja miten kuvassa 50 esitetty koe suoritetaan? Mikä fysikaalinen ilmiö tässä tapauksessa osoitetaan, mikä se on ja mikä fysikaalinen laki tämän ilmiön taustalla on?

   merkintä: kumiputki asetettiin pystysuoraan, kunnes vesi kulki sen läpi.

4. Suorita kuvan 50 mukainen koe. Kun kumiputki poikkeaa mahdollisimman paljon pystysuorasta, lopeta veden kaataminen suppiloon. Kun putkeen jäänyt vesi virtaa ulos, tarkkaile kuinka se muuttuu: a) suihkussa olevan veden kantama (suhteessa lasiputken reikään); b) kumiputken sijainti. Selitä molemmat muutokset.

Riisi. viisikymmentä

Kysymyksiä.

1. Selitä liikemäärän säilymislain perusteella, miksi ilmapallo liikkuu vastakkaiseen suuntaan kuin siitä ulos tuleva paineilma.

2. Anna esimerkkejä kappaleiden suihkuliikkeistä.

Luonnossa esimerkkinä voidaan mainita kasvien suihkukäyttö: hullun kurkun kypsyneet hedelmät; ja eläimet: kalmarit, mustekalat, meduusat, seepiat jne. (eläimet liikkuvat heittämällä imemäänsä vettä ulos). Tekniikassa yksinkertaisin esimerkki suihkukoneistosta on segner pyörä, monimutkaisempia esimerkkejä ovat: rakettien liike (avaruus, jauhe, armeija), suihkumoottorilla varustetut vesiajoneuvot (vesimoottoripyörät, veneet, moottorialukset), ilmasuihkumoottorilla varustetut lentokoneet (suihkukoneet).

3. Mikä on ohjusten tarkoitus?

Raketteja käytetään eri tieteen ja teknologian aloilla: sotilasasioissa, tieteellisessä tutkimuksessa, avaruustutkimuksessa, urheilussa ja viihteessä.

4. Listaa minkä tahansa avaruusraketin pääosat käyttämällä kuvaa 45.

Avaruusalus, instrumenttiosasto, hapetinsäiliö, polttoainesäiliö, pumput, polttokammio, suutin.

5. Kuvaile raketin periaatetta.

Liikemäärän säilymislain mukaisesti raketti lentää, koska siitä työnnetään ulos suurella nopeudella tietyn liikemäärän omaavia kaasuja ja raketille annetaan samansuuruinen impulssi, mutta suunnataan vastakkaiseen suuntaan. . Kaasut ruiskutetaan ulos suuttimen kautta, jossa polttoaine palaa saavuttaen korkean lämpötilan ja paineen. Suutin vastaanottaa polttoaineen ja hapettimen pumpuilla.

6. Mikä määrittää raketin nopeuden?

Raketin nopeus riippuu ensisijaisesti kaasujen ulosvirtausnopeudesta ja raketin massasta. Kaasujen ulosvirtausnopeus riippuu polttoaineen tyypistä ja hapettimen tyypistä. Raketin massa riippuu esimerkiksi siitä, minkä nopeuden sille halutaan kertoa tai kuinka pitkälle sen täytyy lentää.

7. Mitä hyötyä monivaiheisista raketteista on yksivaiheisiin raketteihin verrattuna?

Monivaiheiset raketit pystyvät kehittämään suurempaa nopeutta ja lentämään pidemmälle kuin yksivaiheiset raketit.

8. Miten avaruusalus laskeutuu?

Avaruusaluksen laskeutuminen suoritetaan siten, että sen nopeus laskee sen lähestyessä pintaa. Tämä saavutetaan käyttämällä jarrujärjestelmää, joka voi olla joko laskuvarjojarrujärjestelmä tai jarrutus voidaan suorittaa rakettimoottorilla suuttimen ollessa suunnattu alaspäin (kohteena Maata, Kuuta jne.), minkä ansiosta nopeus nousee. on sammunut.

Harjoitukset.

1. Nopeudella 2 m/s liikkuvasta veneestä henkilö heittää airon, jonka massa on 5 kg vaakanopeudella 8 m/s veneen liikettä vastapäätä. Millä nopeudella vene liikkui heiton jälkeen, jos sen massa yhdessä ihmisen massan kanssa on 200 kg?

2. Minkä nopeuden rakettimalli saa, jos sen kuoren massa on 300 g, siinä olevan ruudin massa 100 g ja kaasut poistuvat suuttimesta nopeudella 100 m/s? (Ota huomioon kaasun ulosvirtaus suuttimesta hetkellisenä).

3. Millä laitteilla ja miten kuvassa 47 esitetty koe suoritetaan? Mikä fysikaalinen ilmiö tässä tapauksessa osoitetaan, mikä se on ja mikä fysikaalinen laki tämän ilmiön taustalla on?
merkintä: kumiputki asetettiin pystysuoraan, kunnes vesi kulki sen läpi.

Suppilo, johon oli kiinnitetty alhaalta kumiputki, jonka päässä oli kierretty suutin, kiinnitettiin pidikkeen avulla jalustaan, jonka alle asetettiin lokero. Sitten ylhäältä kaadettiin suppiloon vettä säiliöstä, kun taas vesi kaadettiin putkesta lokeroon ja itse putki siirtyi pystyasennosta. Tämä kokemus toimii esimerkkinä suihkun propulsiovoimasta, joka perustuu liikemäärän säilymisen lakiin.

4. Suorita kuvan 47 mukainen koe. Kun kumiputki poikkeaa niin paljon kuin mahdollista pystysuorasta, lopeta veden kaataminen suppiloon. Kun putkeen jäänyt vesi virtaa ulos, tarkkaile kuinka se muuttuu: a) suihkussa olevan veden kantama (suhteessa lasiputken reikään); b) kumiputken sijainti. Selitä molemmat muutokset.

a) veden lentomatka suihkussa pienenee; b) Kun vesi virtaa ulos, putki lähestyy vaaka-asentoa. Nämä ilmiöt johtuvat siitä, että veden paine putkessa laskee ja siten vauhti, jolla vesi poistuu.

Tarkastellaanpa useita esimerkkejä, jotka vahvistavat liikemäärän säilymislain pätevyyden.

Varmasti monet teistä ovat nähneet kuinka ilmalla täytetty ilmapallo lähtee liikkeelle, jos irrotat sen reikää kiristävän langan.

Tämä ilmiö voidaan selittää liikemäärän säilymisen lailla.

Kun pallon reikä on sidottu, pallo, jonka sisällä on paineilma, on levossa ja sen liikemäärä on nolla.

Kun reikä on auki, siitä poistuu paineilmasuihku melko suurella nopeudella. Liikkuvalla ilmalla on jonkin verran vauhtia, joka on suunnattu sen liikkeen suuntaan.

Luonnossa voimassa olevan liikemäärän säilymislain mukaan kahdesta kappaleesta - pallosta ja siinä olevasta ilmasta - koostuvan järjestelmän kokonaisliikemäärän tulee pysyä samana kuin se oli ennen ilman ulosvirtausta, eli nolla. Siksi pallo alkaa liikkua ilmasuihkua vastakkaiseen suuntaan sellaisella nopeudella, että sen liikemäärä on absoluuttisesti sama kuin ilmasuihkun liikemäärä. Pallon ja ilman liikemäärävektorit on suunnattu vastakkaisiin suuntiin. Tämän seurauksena vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden kokonaisliikemäärä pysyy nollassa.

Pallon liike on esimerkki suihkuvoimasta. Suihkuliike johtuu siitä, että jokin osa siitä on erotettu kehosta ja liikkuu, minkä seurauksena keho itse saa vastakkaiseen suuntaan suunnatun liikemäärän.

Seigneur-pyöräksi kutsutun laitteen pyöriminen perustuu suihkupropulsion periaatteeseen (kuva). Kartiomaisesta astiasta ulos virtaava vesi siihen yhteydessä olevan kaarevan putken kautta pyörittää astiaa vastakkaiseen suuntaan kuin veden nopeus suihkuissa. Näin ollen ei vain kaasusuihkulla, vaan myös nestesuihkulla on reaktiivinen vaikutus.

Riisi. Suihkuvoiman esittely Segner-pyörällä

Jotkin elävät olennot, kuten mustekalat, kalmarit, seepiat ja muut pääjalkaiset, käyttävät suihkuliikettä myös liikkumiseensa (kuva). Ne liikkuvat johtuen siitä, että ne imevät sisään ja työntävät sitten vettä väkisin ulos itsestään. On jopa kalmarilaji, joka "suihkumoottoreineen" ei voi vain uida vedessä, vaan myös lentää siitä ulos lyhyen aikaa ohittaakseen nopeasti saaliin tai paetakseen vihollisia.

Riisi. Pääjalkaiset käyttävät reaktiivista liikettä niiden liikkumiseen: a - seepia; b - kalmari; c - mustekala

Tiedät, että suihkuvoiman periaate löytää laajan käytännön sovelluksen ilmailussa ja astronautiikassa. Ulkoavaruudessa ei ole väliainetta, jonka kanssa keho voisi olla vuorovaikutuksessa ja siten muuttaa nopeudensa suuntaa ja moduulia. Siksi avaruuslentoihin voidaan käyttää vain suihkukoneita, eli raketteja.

Kantoraketin laukaisu Sojuz-avaruusaluksella

Tarkastellaanpa kysymystä niin kutsuttujen kantajarakettien suunnittelusta ja laukaisusta, toisin sanoen raketeista, jotka on suunniteltu laukaisemaan keinotekoisia maasatelliitteja, avaruusaluksia, automaattisia planeettojenvälisiä asemia ja muita hyötykuormia avaruuteen.

Jokaisessa raketissa, sen rakenteesta riippumatta, on aina kuori ja polttoaine, jossa on hapetin. Kuvassa on poikkileikkaus raketista. Näemme, että raketin kuori sisältää hyötykuorman (tässä tapauksessa se on avaruusalus 1), instrumenttiosaston 2 ja moottorin (polttokammio 6, pumput 5 jne.).

Riisi. rakettisuunnitelma

Suurin osa raketista on polttoainetta 4 hapettimella 3 (hapetinta tarvitaan pitämään polttoaine palamassa, koska avaruudessa ei ole happea).

Polttoaine ja hapetin pumpataan polttokammioon. Polttoaine muuttuu palaessaan korkean lämpötilan ja korkeapaineiseksi kaasuksi, joka syöksyy ulos voimakkaana suihkuna erityisesti muotoillun kellon, jota kutsutaan suuttimeksi 7, läpi. Suuttimen tarkoitus on lisätä suihkun nopeutta.

Mikä on kaasusuihkun nopeuden lisäämisen tarkoitus? Tosiasia on, että raketin nopeus riippuu tästä nopeudesta. Tämä voidaan osoittaa liikemäärän säilymisen lailla.

Koska raketin liikemäärä oli nolla ennen laukaisua, niin säilymislain mukaan myös liikkuvan kuoren ja siitä ulos tulevan kaasun kokonaismäärän on oltava nolla. Tästä seuraa, että vaipan liikemäärän ja sitä vastakkain suunnatun kaasusuihkun liikemäärän on oltava absoluuttisesti samat. Tämä tarkoittaa, että mitä nopeammin kaasu poistuu suuttimesta, sitä suurempi on raketin kuoren nopeus.

Kaasun ulosvirtausnopeuden lisäksi on muita tekijöitä, joista raketin nopeus riippuu.

Tutkimme yksivaiheisen raketin laitetta ja toimintaperiaatetta, jossa asteella tarkoitetaan osaa, joka sisältää polttoaine- ja hapetinsäiliöt sekä moottorin. Avaruuslentojen käytännössä käytetään yleensä monivaiheisia raketteja, jotka kehittävät paljon suurempia nopeuksia ja on tarkoitettu pidempiin lentoihin kuin yksivaiheiset.

Kuvassa on kaavio kolmivaiheisesta raketista. Kun ensimmäisen vaiheen polttoaine ja hapetin on kulutettu kokonaan, tämä vaihe hylätään automaattisesti ja toisen vaiheen moottori ottaa vallan.

Riisi. Kaavio kolmivaiheisesta raketista

Raketin kokonaismassan vähentäminen hylkäämällä jo tarpeettoman vaiheen mahdollistaa polttoaineen ja hapettimen säästämisen sekä raketin nopeuden lisäämisen. Sitten toinen vaihe hylätään samalla tavalla.

Jos avaruusaluksen paluuta Maahan tai sen laskeutumista jollekin muulle planeetalle ei ole suunniteltu, kolmatta vaihetta, kuten kahta ensimmäistä, käytetään lisäämään raketin nopeutta. Jos aluksen on laskeuduttava, sitä käytetään hidastamaan laivaa ennen laskeutumista. Tässä tapauksessa rakettia käännetään 180 ° niin, että suutin on edessä. Sitten raketista karkaava kaasu antaa sille sen liikkeen nopeutta vastaan ​​suunnatun impulssin, mikä johtaa nopeuden laskuun ja mahdollistaa laskeutumisen.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovski (1857-1935)
Venäläinen tiedemies ja keksijä aerodynamiikan, rakettidynamiikan, lentokoneiden ja ilmalaivojen teorian alalla. Teoreettisen astronautiikan perustaja

Ajatus rakettien käytöstä avaruuslennoille esitettiin 1900-luvun alussa. Venäläinen tiedemies ja keksijä Konstantin Eduardovich Tsiolkovski. Tsiolkovsky kehitti rakettien liikkeen teorian, kehitti kaavan niiden nopeuden laskemiseksi ja ehdotti ensimmäisenä monivaiheisten rakettien käyttöä.

Puoli vuosisataa myöhemmin Neuvostoliiton tiedemiehet kehittivät ja toteuttivat Tsiolkovskin idean Sergei Pavlovich Korolevin johdolla.

Sergei Pavlovich Korolev (1907-1966)
Neuvostoliiton tiedemies, raketti- ja avaruusjärjestelmien suunnittelija. Käytännön astronautiikan perustaja

Kotitehtävät.

Tehtävä 1. Vastaa kysymyksiin.

1. Selitä liikemäärän säilymislain perusteella, miksi ilmapallo liikkuu vastakkaiseen suuntaan kuin siitä ulos tuleva paineilma.
2. Anna esimerkkejä kappaleiden suihkuliikkeistä.
3. Mikä on ohjusten tarkoitus? Kerro meille laitteesta ja raketin toimintaperiaatteesta.
4. Mikä määrittää raketin nopeuden?
5. Mitä etua monivaiheisista raketteista on yksivaiheisiin verrattuna?
6. Miten avaruusalus laskeutuu?

Tehtävä 2. Ratkaise rebus.

Tiedosto "Se on mielenkiintoista!" on oppitunnin liitteenä. Voit ladata tiedoston milloin tahansa sinulle sopivana ajankohtana.

Käytetyt lähteet: http://www.tepka.ru/fizika_9/21.html