Consideremos vários exemplos que confirmam a validade da lei de conservação do momento.

Certamente muitos de vocês viram como um balão inflado com ar entra em movimento se você desamarrar o fio que aperta seu buraco.

Este fenômeno pode ser explicado usando a lei da conservação da quantidade de movimento.

Enquanto o buraco da bola está empatado, a bola com o ar comprimido dentro dela está em repouso e seu momento é zero.

Quando o buraco está aberto, um jato de ar comprimido escapa dele a uma velocidade bastante alta. O ar em movimento tem algum momento direcionado na direção de seu movimento.

De acordo com a lei de conservação do momento na natureza, o momento total de um sistema composto por dois corpos - uma bola e ar nele, deve permanecer o mesmo que era antes da saída do ar, ou seja, igual a zero. Portanto, a bola começa a se mover na direção oposta ao jato de ar com tal velocidade que seu momento é igual em valor absoluto ao momento do jato de ar. Os vetores momento da bola e do ar são direcionados em direções opostas. Como resultado, o momento total dos corpos em interação permanece igual a zero.

O movimento da bola é um exemplo de propulsão a jato. O movimento do jato ocorre devido ao fato de que alguma parte dele é separada do corpo e se move, como resultado do qual o próprio corpo adquire um momento de direção oposta.

A rotação de um dispositivo chamado roda seigneur baseia-se no princípio da propulsão a jato (Fig. 46). A água que flui para fora de um recipiente cônico através de um tubo curvo que se comunica com ele gira o recipiente na direção oposta à velocidade da água nos jatos. Consequentemente, não apenas o jato de gás, mas também o jato de líquido tem um efeito reativo.

Arroz. 46. ​​Demonstração de propulsão a jato usando uma roda Segner

O movimento a jato também é usado por alguns seres vivos para seu movimento, como polvos, lulas, chocos e outros cefalópodes (Fig. 47). Eles se movem devido ao fato de que eles sugam e, em seguida, empurram com força a água para fora de si mesmos. Existe até uma espécie de lula que, com a ajuda de seus “motores a jato”, pode não apenas nadar na água, mas também voar por um curto período de tempo para ultrapassar rapidamente as presas ou escapar dos inimigos.

Arroz. 47. O movimento reativo para o seu movimento é usado pelos cefalópodes: a - choco; b - lula; c - polvo

Você sabe que o princípio da propulsão a jato encontra ampla aplicação prática na aviação e na astronáutica. No espaço sideral, não há meio com o qual o corpo possa interagir e, assim, mudar a direção e o módulo de sua velocidade. Portanto, apenas aviões a jato, ou seja, foguetes, podem ser usados ​​para voos espaciais.

Lançamento do veículo de lançamento com a espaçonave Soyuz

Consideremos a questão do projeto e lançamento dos chamados foguetes transportadores, ou seja, foguetes projetados para lançar satélites artificiais da Terra, espaçonaves, estações interplanetárias automáticas e outras cargas úteis no espaço.

Em qualquer foguete, independentemente de seu design, sempre há uma concha e combustível com um oxidante. A Figura 48 mostra uma seção transversal de um foguete. Vemos que o casco do foguete inclui uma carga útil (neste caso, é uma espaçonave 1), um compartimento de instrumentos 2 e um motor (câmara de combustão 6, bombas 5, etc.).

Arroz. 48. Esquema de foguetes

A maior parte do foguete é combustível 4 com oxidante 3 (o oxidante é necessário para manter o combustível queimando, já que não há oxigênio no espaço).

Combustível e oxidante são bombeados para a câmara de combustão. O combustível, quando queimado, transforma-se em um gás de alta temperatura e alta pressão, que sai em um jato potente através de uma campânula de formato especial, chamada bico 7. O objetivo do bico é aumentar a velocidade do jato.

Qual é o propósito de aumentar a velocidade do jato de gás? O fato é que a velocidade do foguete depende dessa velocidade. Isso pode ser demonstrado usando a lei da conservação da quantidade de movimento.

Como o momento do foguete era igual a zero antes do lançamento, então, de acordo com a lei da conservação, o momento total do projétil em movimento e do gás ejetado dele também deve ser igual a zero. Portanto, segue-se que o momento da casca e o momento do jato de gás dirigido opostamente a ele devem ser iguais em valor absoluto. Isso significa que quanto mais rápido o gás escapar do bocal, maior será a velocidade do projétil do foguete.

Além da velocidade de saída do gás, existem outros fatores dos quais depende a velocidade do foguete.

Examinamos o dispositivo e o princípio de funcionamento de um foguete de estágio único, onde estágio significa a parte que contém os tanques de combustível e oxidante e o motor. Na prática de voos espaciais, geralmente são utilizados foguetes de múltiplos estágios, que desenvolvem velocidades muito mais altas e são destinados a voos mais longos do que os de estágio único.

A Figura 49 mostra um diagrama de um foguete de três estágios. Após o consumo total do combustível e do oxidante do primeiro estágio, este estágio é automaticamente descartado e o motor do segundo estágio assume.

Arroz. 49. Esquema de um foguete de três estágios

Reduzir a massa total do foguete descartando um estágio já desnecessário permite economizar combustível e oxidante e aumentar a velocidade do foguete. Em seguida, o segundo estágio é descartado da mesma maneira.

Se o retorno da espaçonave à Terra ou seu pouso em qualquer outro planeta não estiver planejado, o terceiro estágio, como os dois primeiros, é usado para aumentar a velocidade do foguete. Se o navio tiver que pousar, ele é usado para desacelerar o navio antes do pouso. Nesse caso, o foguete é girado 180 ° para que o bocal fique na frente. Em seguida, o gás que escapa do foguete dá um impulso direcionado contra a velocidade de seu movimento, o que leva a uma diminuição da velocidade e possibilita o pouso.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935)
Cientista e inventor russo no campo da aerodinâmica, dinâmica de foguetes, teoria de aeronaves e dirigíveis. Fundador da astronáutica teórica

A ideia de usar foguetes para voos espaciais foi apresentada no início do século XX. O cientista e inventor russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Tsiolkovsky desenvolveu a teoria do movimento do foguete, desenvolveu uma fórmula para calcular sua velocidade e foi o primeiro a propor o uso de foguetes de vários estágios.

Meio século depois, a ideia de Tsiolkovsky foi desenvolvida e implementada por cientistas soviéticos sob a liderança de Sergei Pavlovich Korolev.

Sergei Pavlovitch Korolev (1907-1966)
Cientista soviético, designer de foguetes e sistemas espaciais. Fundador da astronáutica prática

Questões

1. Com base na lei da conservação do momento, explique por que um balão se move na direção oposta ao ar comprimido que sai dele.
2. Dê exemplos de movimento a jato de corpos.
3. Qual é o propósito dos mísseis? Conte-nos sobre o dispositivo e o princípio de operação do foguete.
4. O que determina a velocidade de um foguete?
5. Qual é a vantagem dos foguetes de múltiplos estágios sobre os de um estágio?
6. Como é o pouso de uma espaçonave?

Exercício 21

1. De um barco com velocidade de 2 m/s, uma pessoa lança um remo com massa de 5 kg com velocidade horizontal de 8 m/s oposta ao movimento do barco. Com que velocidade o barco se moveu após o lançamento, se sua massa junto com a pessoa é 200 kg?
2. Qual a velocidade que o modelo de foguete obterá se a massa de sua casca for 300 g, a massa da pólvora nela for 100 g e os gases escaparem do bocal a uma velocidade de 100 m/s? (Considere a vazão de gás do bocal instantânea.)
3. Em que equipamento e como é realizado o experimento mostrado na Figura 50? Qual fenômeno físico é demonstrado neste caso, o que é e qual lei física está subjacente a esse fenômeno?

   Observação: o tubo de borracha foi colocado verticalmente até que a água passasse por ele.

4. Faça o experimento mostrado na Figura 50. Quando o tubo de borracha se desviar o máximo possível da vertical, pare de despejar água no funil. Enquanto a água que fica no tubo escoa, observe como ela vai mudar: a) o alcance da água no jato (em relação ao furo no tubo de vidro); b) a posição do tubo de borracha. Explique ambas as mudanças.

Arroz. cinquenta

Questões.

1. Com base na lei da conservação do momento, explique por que um balão se move na direção oposta do ar comprimido que sai dele.

2. Dê exemplos de movimento a jato de corpos.

Na natureza, como exemplo, pode-se citar a propulsão a jato em plantas: os frutos maduros de um pepino bravo; e animais: lulas, polvos, águas-vivas, chocos, etc. (os animais se movimentam jogando fora a água que sugam). Na engenharia, o exemplo mais simples de propulsão a jato é roda segadeira, exemplos mais complexos são: o movimento de foguetes (espaço, pólvora, militar), veículos aquáticos com motor a jato (hidromotocicletas, barcos, navios a motor), veículos aéreos com motor a jato de ar (aviões a jato).

3. Qual é o propósito dos mísseis?

Os foguetes são usados ​​em vários campos da ciência e tecnologia: em assuntos militares, na pesquisa científica, na exploração espacial, nos esportes e no entretenimento.

4. Usando a Figura 45, liste as partes principais de qualquer foguete espacial.

Nave espacial, compartimento de instrumentos, tanque de oxidante, tanque de combustível, bombas, câmara de combustão, bico.

5. Descreva o princípio do foguete.

De acordo com a lei da conservação do momento, um foguete voa devido ao fato de que gases com um certo momento são empurrados para fora em alta velocidade, e o foguete recebe um impulso da mesma magnitude, mas direcionado na direção oposta . Os gases são ejetados através de um bico no qual o combustível queima atingindo alta temperatura e pressão. O bico recebe combustível e oxidante bombeado para lá por bombas.

6. O que determina a velocidade de um foguete?

A velocidade do foguete depende principalmente da velocidade da saída de gases e da massa do foguete. A taxa de saída de gases depende do tipo de combustível e do tipo de oxidante. A massa de um foguete depende, por exemplo, da velocidade que eles querem dizer ou da distância que ele deve voar.

7. Qual é a vantagem dos foguetes de múltiplos estágios sobre os de um estágio?

Foguetes de múltiplos estágios são capazes de desenvolver maior velocidade e voar mais longe do que os de estágio único.

8. Como está o pouso da espaçonave?

O pouso da espaçonave é realizado de tal forma que sua velocidade diminui à medida que se aproxima da superfície. Isto é conseguido usando um sistema de travagem, que pode ser um sistema de travagem de pára-quedas ou a travagem pode ser realizada usando um motor de foguete, enquanto o bocal é direcionado para baixo (para a Terra, Lua, etc.), devido ao qual a velocidade está extinto.

Exercícios.

1. De um barco que se desloca a uma velocidade de 2 m/s, uma pessoa lança um remo de massa de 5 kg com uma velocidade horizontal de 8 m/s oposta ao movimento do barco. Com que velocidade o barco se moveu após o lançamento, se sua massa junto com a massa de uma pessoa é de 200 kg?

2. Qual a velocidade que o modelo de foguete obterá se a massa de sua casca for 300 g, a massa da pólvora nela for 100 g e os gases escaparem do bocal a uma velocidade de 100 m/s? (Considere a vazão de gás do bocal instantânea).

3. Em que equipamento e como é realizado o experimento mostrado na Figura 47? Qual fenômeno físico é demonstrado neste caso, o que é e qual lei física está subjacente a esse fenômeno?
Observação: o tubo de borracha foi colocado verticalmente até que a água passasse por ele.

Um funil com um tubo de borracha preso a ele por baixo com um bico torcido na extremidade foi preso a um tripé usando um suporte e uma bandeja foi colocada abaixo. Então, de cima, a água foi despejada no funil do recipiente, enquanto a água despejada do tubo na bandeja, e o próprio tubo se deslocou da posição vertical. Essa experiência serve como ilustração da propulsão a jato baseada na lei da conservação do momento.

4. Faça o experimento mostrado na Figura 47. Quando o tubo de borracha se desviar o máximo possível da vertical, pare de despejar água no funil. Enquanto a água que fica no tubo escoa, observe como ela vai mudar: a) o alcance da água no jato (em relação ao furo no tubo de vidro); b) a posição do tubo de borracha. Explique ambas as mudanças.

a) o alcance do voo da água no jato diminuirá; b) à medida que a água escoa, o tubo se aproximará da posição horizontal. Esses fenômenos devem-se ao fato de que a pressão da água no tubo diminuirá e, portanto, o momento com que a água é ejetada.

Consideremos vários exemplos que confirmam a validade da lei de conservação do momento.

Certamente muitos de vocês viram como um balão inflado com ar entra em movimento se você desamarrar o fio que aperta seu buraco.

Este fenômeno pode ser explicado usando a lei da conservação da quantidade de movimento.

Enquanto o buraco da bola está empatado, a bola com o ar comprimido dentro dela está em repouso e seu momento é zero.

Quando o buraco está aberto, um jato de ar comprimido escapa dele a uma velocidade bastante alta. O ar em movimento tem algum momento direcionado na direção de seu movimento.

De acordo com a lei de conservação do momento em vigor na natureza, o momento total de um sistema composto por dois corpos - uma bola e ar nele, deve permanecer o mesmo que era antes da saída do ar, ou seja, igual a zero. Portanto, a bola começa a se mover na direção oposta ao jato de ar com tal velocidade que seu momento é igual em valor absoluto ao momento do jato de ar. Os vetores momento da bola e do ar são direcionados em direções opostas. Como resultado, o momento total dos corpos em interação permanece igual a zero.

O movimento da bola é um exemplo de propulsão a jato. O movimento do jato ocorre devido ao fato de que alguma parte dele é separada do corpo e se move, como resultado do qual o próprio corpo adquire um momento de direção oposta.

A rotação de um dispositivo chamado roda Seigneur é baseada no princípio da propulsão a jato (Fig.). A água que flui para fora de um vaso cônico através de um tubo curvo que se comunica com ele gira o vaso na direção oposta à velocidade da água nos jatos. Consequentemente, não apenas o jato de gás, mas também o jato de líquido tem um efeito reativo.

Arroz. Demonstração de propulsão a jato usando uma roda Segner

O movimento a jato também é usado por alguns seres vivos para seu movimento, como polvos, lulas, chocos e outros cefalópodes (Fig.). Eles se movem devido ao fato de que eles sugam e, em seguida, empurram com força a água para fora de si mesmos. Existe até uma espécie de lula que, com a ajuda de seus “motores a jato”, pode não apenas nadar na água, mas também voar por um curto período de tempo para ultrapassar rapidamente as presas ou escapar dos inimigos.

Arroz. O movimento reativo para o seu movimento é usado pelos cefalópodes: a - choco; b - lula; c - polvo

Você sabe que o princípio da propulsão a jato encontra ampla aplicação prática na aviação e na astronáutica. No espaço sideral, não há meio com o qual o corpo possa interagir e, assim, mudar a direção e o módulo de sua velocidade. Portanto, apenas aviões a jato, ou seja, foguetes, podem ser usados ​​para voos espaciais.

Lançamento do veículo de lançamento com a espaçonave Soyuz

Consideremos a questão do projeto e lançamento dos chamados foguetes transportadores, ou seja, foguetes projetados para lançar satélites artificiais da Terra, espaçonaves, estações interplanetárias automáticas e outras cargas úteis no espaço.

Em qualquer foguete, independentemente de seu design, sempre há uma concha e combustível com um oxidante. A figura mostra uma seção transversal de um foguete. Vemos que a carcaça do foguete inclui uma carga útil (neste caso, é uma espaçonave 1), um compartimento de instrumentos 2 e um motor (câmara de combustão 6, bombas 5, etc.).

Arroz. diagrama de foguete

A maior parte do foguete é combustível 4 com oxidante 3 (o oxidante é necessário para manter o combustível queimando, já que não há oxigênio no espaço).

Combustível e oxidante são bombeados para a câmara de combustão. O combustível, quando queimado, transforma-se em um gás de alta temperatura e alta pressão, que sai em um jato potente através de uma campânula de formato especial, chamada bico 7. O objetivo do bico é aumentar a velocidade do jato.

Qual é o propósito de aumentar a velocidade do jato de gás? O fato é que a velocidade do foguete depende dessa velocidade. Isso pode ser demonstrado usando a lei da conservação da quantidade de movimento.

Como o momento do foguete era igual a zero antes do lançamento, então, de acordo com a lei da conservação, o momento total do projétil em movimento e do gás ejetado dele também deve ser igual a zero. Portanto, segue-se que o momento da casca e o momento do jato de gás dirigido opostamente a ele devem ser iguais em valor absoluto. Isso significa que quanto mais rápido o gás escapar do bocal, maior será a velocidade do projétil do foguete.

Além da velocidade de saída do gás, existem outros fatores dos quais depende a velocidade do foguete.

Examinamos o dispositivo e o princípio de funcionamento de um foguete de estágio único, onde estágio significa a parte que contém os tanques de combustível e oxidante e o motor. Na prática de voos espaciais, geralmente são utilizados foguetes de múltiplos estágios, que desenvolvem velocidades muito mais altas e são destinados a voos mais longos do que os de estágio único.

A figura mostra um diagrama de um foguete de três estágios. Após o consumo total do combustível e do oxidante do primeiro estágio, este estágio é automaticamente descartado e o motor do segundo estágio assume.

Arroz. Diagrama de um foguete de três estágios

Reduzir a massa total do foguete descartando um estágio já desnecessário permite economizar combustível e oxidante e aumentar a velocidade do foguete. Em seguida, o segundo estágio é descartado da mesma maneira.

Se o retorno da espaçonave à Terra ou seu pouso em qualquer outro planeta não estiver planejado, o terceiro estágio, como os dois primeiros, é usado para aumentar a velocidade do foguete. Se o navio tiver que pousar, ele é usado para desacelerar o navio antes do pouso. Nesse caso, o foguete é girado 180 ° para que o bocal fique na frente. Em seguida, o gás que escapa do foguete dá um impulso direcionado contra a velocidade de seu movimento, o que leva a uma diminuição da velocidade e possibilita o pouso.

Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935)
Cientista e inventor russo no campo da aerodinâmica, dinâmica de foguetes, teoria de aeronaves e dirigíveis. Fundador da astronáutica teórica

A ideia de usar foguetes para voos espaciais foi apresentada no início do século XX. O cientista e inventor russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Tsiolkovsky desenvolveu a teoria do movimento do foguete, desenvolveu uma fórmula para calcular sua velocidade e foi o primeiro a propor o uso de foguetes de vários estágios.

Meio século depois, a ideia de Tsiolkovsky foi desenvolvida e implementada por cientistas soviéticos sob a liderança de Sergei Pavlovich Korolev.

Sergei Pavlovitch Korolev (1907-1966)
Cientista soviético, designer de foguetes e sistemas espaciais. Fundador da astronáutica prática

Trabalho de casa.

Tarefa 1. Responda às perguntas.

1. Com base na lei da conservação do momento, explique por que um balão se move na direção oposta ao ar comprimido que sai dele.
2. Dê exemplos de movimento a jato de corpos.
3. Qual é o propósito dos mísseis? Conte-nos sobre o dispositivo e o princípio de operação do foguete.
4. O que determina a velocidade de um foguete?
5. Qual é a vantagem dos foguetes de múltiplos estágios sobre os de um estágio?
6. Como é o pouso de uma espaçonave?

Tarefa 2. Resolva o rebus.

O arquivo "É interessante!" está anexado à lição. Você pode baixar o arquivo a qualquer momento conveniente para você.

Fontes usadas: http://www.tepka.ru/fizika_9/21.html