Uvažujme niekoľko príkladov potvrdzujúcich platnosť zákona zachovania hybnosti.

Určite mnohí z vás sledovali, ako sa balónik nafúknutý vzduchom dostane do pohybu, ak rozviažete niť, ktorá utiahne jeho otvor.

Tento jav možno vysvetliť pomocou zákona zachovania hybnosti.

Kým je diera loptičky viazaná, loptička so stlačeným vzduchom vo vnútri je v pokoji a jej hybnosť je nulová.

Keď je otvor otvorený, prúd stlačeného vzduchu z neho uniká dosť vysokou rýchlosťou. Pohybujúci sa vzduch má určitú hybnosť smerovanú v smere svojho pohybu.

Podľa zákona zachovania hybnosti v prírode musí celková hybnosť systému pozostávajúceho z dvoch telies - lopty a vzduchu v nej zostať rovnaká, ako bola pred odtokom vzduchu, teda rovná nule. Preto sa loptička začne pohybovať v opačnom smere ako prúd vzduchu takou rýchlosťou, aby sa jej hybnosť v absolútnej hodnote rovnala hybnosti prúdu vzduchu. Vektory hybnosti lopty a vzduchu smerujú opačným smerom. Výsledkom je, že celková hybnosť interagujúcich telies zostáva rovná nule.

Pohyb lopty je príkladom prúdového pohonu. Prúdový pohyb nastáva v dôsledku skutočnosti, že niektorá jeho časť je oddelená od tela a pohybuje sa, v dôsledku čoho samotné telo nadobúda opačne smerovanú hybnosť.

Otáčanie zariadenia nazývaného seigneurovo koleso je založené na princípe prúdového pohonu (obr. 46). Voda vytekajúca z kónickej nádoby cez zakrivenú rúrku, ktorá je s ňou spojená, otáča nádobu v opačnom smere, než je rýchlosť vody v prúdoch. V dôsledku toho nielen prúd plynu, ale aj prúd kvapaliny má reaktívny účinok.

Ryža. 46.Ukážka prúdového pohonu pomocou Segnerovho kolesa

Prúdový pohyb využívajú na svoj pohyb aj niektoré živé tvory, napríklad chobotnice, kalmáre, sépie a iné hlavonožce (obr. 47). Pohybujú sa vďaka tomu, že sa nasávajú a potom zo seba silou vytláčajú vodu. Existuje dokonca aj druh chobotnice, ktorá pomocou svojich „prúdových motorov“ dokáže nielen plávať vo vode, ale na krátky čas z nej aj vyletieť, aby rýchlo predbehla korisť alebo unikla nepriateľom.

Ryža. 47. Reaktívny pohyb na svoj pohyb využívajú hlavonožce: a - sépia; b - chobotnice; c - chobotnica

Viete, že princíp prúdového pohonu nachádza široké praktické uplatnenie v letectve a kozmonautike. Vo vesmíre neexistuje žiadne médium, s ktorým by teleso mohlo interagovať a tým meniť smer a modul svojej rýchlosti. Na vesmírne lety sa preto môžu používať iba prúdové lietadlá, teda rakety.

Štart nosnej rakety s kozmickou loďou Sojuz

Zamyslime sa nad otázkou konštrukcie a štartu takzvaných nosných rakiet, teda rakiet určených na vynášanie umelých družíc Zeme, kozmických lodí, automatických medziplanetárnych staníc a iných nákladov do vesmíru.

V každej rakete, bez ohľadu na jej dizajn, je vždy škrupina a palivo s okysličovadlom. Obrázok 48 zobrazuje priečny rez raketou. Vidíme, že plášť rakety obsahuje užitočné zaťaženie (v tomto prípade je to kozmická loď 1), prístrojový priestor 2 a motor (spaľovacia komora 6, čerpadlá 5 atď.).

Ryža. 48. Raketová schéma

Prevažná časť rakety je palivo 4 s okysličovadlom 3 (okysličovadlo je potrebné na udržanie horenia paliva, keďže vo vesmíre nie je kyslík).

Palivo a okysličovadlo sa čerpá do spaľovacej komory. Palivo sa pri horení mení na plyn vysokej teploty a vysokého tlaku, ktorý sa vyrúti silným prúdom cez špeciálne tvarovaný zvon, nazývaný dýza 7. Účelom dýzy je zvýšiť rýchlosť prúdu.

Aký je účel zvýšenia rýchlosti prúdu plynu? Faktom je, že rýchlosť rakety závisí od tejto rýchlosti. Dá sa to ukázať pomocou zákona zachovania hybnosti.

Keďže pred štartom sa hybnosť rakety rovnala nule, potom sa podľa zákona zachovania musí rovnať nule aj celková hybnosť pohybujúceho sa plášťa a plynu z neho vymršteného. Z toho vyplýva, že hybnosť plášťa a hybnosť prúdu plynu smerujúceho opačne k nemu musia byť rovnaké v absolútnej hodnote. To znamená, že čím rýchlejšie plyn unikne z dýzy, tým väčšia bude rýchlosť plášťa rakety.

Okrem rýchlosti výtoku plynu existujú aj ďalšie faktory, od ktorých závisí rýchlosť rakety.

Skúmali sme zariadenie a princíp fungovania jednostupňovej rakety, kde pod stupňom sa rozumie časť, ktorá obsahuje palivové a okysličovacie nádrže a motor. V praxi vesmírnych letov sa zvyčajne používajú viacstupňové rakety, ktoré vyvíjajú oveľa vyššie rýchlosti a sú určené na dlhšie lety ako jednostupňové.

Obrázok 49 znázorňuje schému trojstupňovej rakety. Po úplnom spotrebovaní paliva a okysličovadla prvého stupňa sa tento stupeň automaticky vyradí a prevezme riadenie motor druhého stupňa.

Ryža. 49. Schéma trojstupňovej rakety

Zníženie celkovej hmotnosti rakety vyradením už nepotrebného stupňa vám umožňuje ušetriť palivo a okysličovadlo a zvýšiť rýchlosť rakety. Potom sa rovnakým spôsobom vyhodí druhý stupeň.

Ak sa neplánuje návrat kozmickej lode na Zem alebo jej pristátie na akejkoľvek inej planéte, tak tretí stupeň, podobne ako prvé dva, slúži na zvýšenie rýchlosti rakety. Ak musí loď pristáť, potom sa používa na spomalenie lode pred pristátím. V tomto prípade je raketa otočená o 180 °, takže tryska je vpredu. Potom plyn unikajúci z rakety dáva impulz namierený proti rýchlosti jej pohybu, čo vedie k zníženiu rýchlosti a umožňuje pristátie.

Konstantin Eduardovič Ciolkovskij (1857-1935)
Ruský vedec a vynálezca v oblasti aerodynamiky, raketovej dynamiky, teórie lietadiel a vzducholodí. Zakladateľ teoretickej astronautiky

Myšlienka využitia rakiet na vesmírne lety sa objavila na začiatku 20. Ruský vedec a vynálezca Konstantin Eduardovič Ciolkovskij. Ciolkovskij vyvinul teóriu pohybu rakiet, vyvinul vzorec na výpočet ich rýchlosti a ako prvý navrhol použitie viacstupňových rakiet.

O pol storočia neskôr Ciolkovského nápad vyvinuli a zrealizovali sovietski vedci pod vedením Sergeja Pavloviča Koroleva.

Sergej Pavlovič Korolev (1907-1966)
Sovietsky vedec, konštruktér raketových a vesmírnych systémov. Zakladateľ praktickej astronautiky

Otázky

1. Na základe zákona zachovania hybnosti vysvetlite, prečo sa balón pohybuje opačným smerom ako stlačený vzduch vychádzajúci z neho.
2. Uveďte príklady prúdového pohybu telies.
3. Aký je účel rakiet? Povedzte nám o zariadení a princípe fungovania rakety.
4. Čo určuje rýchlosť rakety?
5. Aká je výhoda viacstupňových rakiet oproti jednostupňovým?
6. Ako prebieha pristátie kozmickej lode?

Cvičenie 21

1. Z člna pohybujúceho sa rýchlosťou 2 m/s osoba hádže veslo s hmotnosťou 5 kg horizontálnou rýchlosťou 8 m/s oproti pohybu člna. Akou rýchlosťou sa loď po hode pohybovala, ak jej hmotnosť spolu s osobou je 200 kg?
2. Akú rýchlosť dosiahne model rakety, ak hmotnosť jeho plášťa je 300 g, hmotnosť pušného prachu v ňom je 100 g a plyny unikajú z trysky rýchlosťou 100 m/s? (Zvážte okamžitý výtok plynu z dýzy.)
3. Na akom zariadení a ako sa vykonáva experiment znázornený na obrázku 50? Aký fyzikálny jav je v tomto prípade demonštrovaný, čo to je a aký fyzikálny zákon je základom tohto javu?

   Poznámka: gumová trubica bola umiestnená vertikálne, kým cez ňu neprešla voda.

4. Urobte experiment znázornený na obrázku 50. Keď sa gumová hadica čo najviac odchýli od vertikály, prestaňte liať vodu do lievika. Kým voda zostávajúca v trubici vyteká, pozorujte, ako sa bude meniť: a) rozsah vody v prúde (vzhľadom na otvor v sklenenej trubici); b) polohu gumovej hadice. Vysvetlite obe zmeny.

Ryža. päťdesiat

Otázky.

1. Vysvetlite na základe zákona zachovania hybnosti, prečo sa balón pohybuje opačným smerom ako stlačený vzduch vychádzajúci z neho.

2. Uveďte príklady prúdového pohybu telies.

V prírode možno ako príklad uviesť tryskový pohon v rastlinách: dozreté plody šialenej uhorky; a zvieratá: chobotnice, chobotnice, medúzy, sépie atď. (zvieratá sa pohybujú vyhadzovaním vody, ktorú nasávajú). V strojárstve je najjednoduchším príkladom prúdového pohonu segnerove koleso, zložitejšími príkladmi sú: pohyb rakiet (kozmických, práškových, vojenských), vodných dopravných prostriedkov s prúdovým motorom (hydromotorky, člny, motorové lode), leteckých dopravných prostriedkov s prúdovým motorom (prúdové lietadlá).

3. Aký je účel rakiet?

Rakety sa používajú v rôznych oblastiach vedy a techniky: vo vojenských záležitostiach, vo vedeckom výskume, pri prieskume vesmíru, v športe a zábave.

4. Pomocou obrázku 45 uveďte hlavné časti akejkoľvek vesmírnej rakety.

Kozmická loď, prístrojový priestor, nádrž okysličovadla, palivová nádrž, čerpadlá, spaľovacia komora, tryska.

5. Popíšte princíp rakety.

V súlade so zákonom zachovania hybnosti raketa letí v dôsledku skutočnosti, že plyny s určitou hybnosťou sú z nej vytláčané vysokou rýchlosťou a raketa dostane impulz rovnakej veľkosti, ale nasmerovaný opačným smerom. . Plyny sú vypudzované cez dýzu, v ktorej palivo dohorí a dosiahne vysokú teplotu a tlak. Tryska prijíma palivo a okysličovadlo čerpané tam čerpadlami.

6. Čo určuje rýchlosť rakety?

Rýchlosť rakety závisí predovšetkým od rýchlosti výtoku plynov a hmotnosti rakety. Rýchlosť odtoku plynov závisí od druhu paliva a typu okysličovadla. Hmotnosť rakety závisí napríklad od toho, akú rýchlosť jej chcú povedať alebo ako ďaleko musí letieť.

7. Aká je výhoda viacstupňových rakiet oproti jednostupňovým?

Viacstupňové rakety sú schopné vyvinúť väčšiu rýchlosť a letieť ďalej ako jednostupňové.

8. Ako prebieha pristávanie kozmickej lode?

Pristátie kozmickej lode prebieha tak, že jej rýchlosť klesá s približovaním sa k povrchu. Dosahuje sa to použitím brzdového systému, ktorým môže byť buď padákový brzdový systém, alebo sa brzdenie môže vykonávať pomocou raketového motora, pričom tryska je nasmerovaná nadol (smerom k Zemi, Mesiacu atď.), čím sa zvyšuje rýchlosť je zhasnutá.

Cvičenia.

1. Z člna pohybujúceho sa rýchlosťou 2 m/s osoba hodí veslo s hmotnosťou 5 kg horizontálnou rýchlosťou 8 m/s oproti pohybu člna. Akou rýchlosťou sa čln pohyboval po hode, ak jeho hmotnosť spolu s hmotnosťou človeka je 200 kg?

2. Akú rýchlosť dosiahne model rakety, ak hmotnosť jeho plášťa je 300 g, hmotnosť pušného prachu v ňom je 100 g a plyny unikajú z trysky rýchlosťou 100 m/s? (Uvažujte výstup plynu z dýzy za okamžitý).

3. Na akom zariadení a ako sa vykonáva experiment znázornený na obrázku 47? Aký fyzikálny jav je v tomto prípade demonštrovaný, čo to je a aký fyzikálny zákon je základom tohto javu?
Poznámka: gumová trubica bola umiestnená vertikálne, kým cez ňu neprešla voda.

Lievik s gumenou hadicou pripevnenou zospodu so zatočenou dýzou na konci bol pripevnený k statívu pomocou držiaka a pod ním bol umiestnený podnos. Potom sa zhora naliala voda do lievika z nádoby, zatiaľ čo voda sa vyliala z trubice do podnosu a samotná trubica sa posunula zo zvislej polohy. Táto skúsenosť slúži ako ilustrácia prúdového pohonu na základe zákona zachovania hybnosti.

4. Urobte experiment znázornený na obrázku 47. Keď sa gumová hadica čo najviac odchýli od vertikály, prestaňte liať vodu do lievika. Kým voda zostávajúca v trubici vyteká, pozorujte, ako sa bude meniť: a) rozsah vody v prúde (vzhľadom na otvor v sklenenej trubici); b) polohu gumovej hadice. Vysvetlite obe zmeny.

a) rozsah letu vody v prúde sa zníži; b) ako voda vyteká, trubica sa priblíži do vodorovnej polohy. Tieto javy sú spôsobené skutočnosťou, že tlak vody v trubici sa zníži, a tým aj hybnosť, s ktorou je voda vypudzovaná.

Uvažujme niekoľko príkladov potvrdzujúcich platnosť zákona zachovania hybnosti.

Určite mnohí z vás sledovali, ako sa balónik nafúknutý vzduchom dostane do pohybu, ak rozviažete niť, ktorá utiahne jeho otvor.

Tento jav možno vysvetliť pomocou zákona zachovania hybnosti.

Kým je diera loptičky viazaná, loptička so stlačeným vzduchom vo vnútri je v pokoji a jej hybnosť je nulová.

Keď je otvor otvorený, prúd stlačeného vzduchu z neho uniká dosť vysokou rýchlosťou. Pohybujúci sa vzduch má určitú hybnosť smerovanú v smere svojho pohybu.

Podľa zákona zachovania hybnosti platného v prírode musí celková hybnosť systému pozostávajúceho z dvoch telies - lopty a vzduchu v nej zostať rovnaká, ako bola pred výlevom vzduchu, t.j. rovná nule. Preto sa loptička začne pohybovať v opačnom smere ako prúd vzduchu takou rýchlosťou, aby sa jej hybnosť v absolútnej hodnote rovnala hybnosti prúdu vzduchu. Vektory hybnosti lopty a vzduchu smerujú opačným smerom. Výsledkom je, že celková hybnosť interagujúcich telies zostáva rovná nule.

Pohyb lopty je príkladom prúdového pohonu. Prúdový pohyb nastáva v dôsledku skutočnosti, že niektorá jeho časť je oddelená od tela a pohybuje sa, v dôsledku čoho samotné telo nadobúda opačne smerovanú hybnosť.

Otáčanie zariadenia nazývaného Seigneurovo koleso je založené na princípe prúdového pohonu (obr.). Voda vytekajúca z kónickej nádoby cez zakrivenú rúrku, ktorá je s ňou spojená, otáča nádobu v opačnom smere, než je rýchlosť vody v prúdoch. V dôsledku toho nielen prúd plynu, ale aj prúd kvapaliny má reaktívny účinok.

Ryža. Ukážka prúdového pohonu pomocou Segnerovho kolesa

Prúdový pohyb využívajú na svoj pohyb aj niektoré živé tvory, napríklad chobotnice, kalmáre, sépie a iné hlavonožce (obr.). Pohybujú sa vďaka tomu, že sa nasávajú a potom zo seba silou vytláčajú vodu. Existuje dokonca aj druh chobotnice, ktorá pomocou svojich „prúdových motorov“ dokáže nielen plávať vo vode, ale na krátky čas z nej aj vyletieť, aby rýchlo predbehla korisť alebo unikla nepriateľom.

Ryža. Reaktívny pohyb na svoj pohyb využívajú hlavonožce: a - sépia; b - chobotnice; c - chobotnica

Viete, že princíp prúdového pohonu nachádza široké praktické uplatnenie v letectve a kozmonautike. Vo vesmíre neexistuje žiadne médium, s ktorým by teleso mohlo interagovať a tým meniť smer a modul svojej rýchlosti. Na vesmírne lety sa preto môžu používať iba prúdové lietadlá, teda rakety.

Štart nosnej rakety s kozmickou loďou Sojuz

Zamyslime sa nad otázkou konštrukcie a štartu takzvaných nosných rakiet, teda rakiet určených na vynášanie umelých družíc Zeme, kozmických lodí, automatických medziplanetárnych staníc a iných nákladov do vesmíru.

V každej rakete, bez ohľadu na jej dizajn, je vždy škrupina a palivo s okysličovadlom. Obrázok ukazuje prierez raketou. Vidíme, že plášť rakety obsahuje užitočné zaťaženie (v tomto prípade je to kozmická loď 1), prístrojový priestor 2 a motor (spaľovacia komora 6, čerpadlá 5 atď.).

Ryža. raketová schéma

Prevažná časť rakety je palivo 4 s okysličovadlom 3 (okysličovadlo je potrebné na udržanie horenia paliva, keďže vo vesmíre nie je kyslík).

Palivo a okysličovadlo sa čerpá do spaľovacej komory. Palivo sa pri horení mení na plyn vysokej teploty a vysokého tlaku, ktorý sa vyrúti silným prúdom cez špeciálne tvarovaný zvon, nazývaný dýza 7. Účelom dýzy je zvýšiť rýchlosť prúdu.

Aký je účel zvýšenia rýchlosti prúdu plynu? Faktom je, že rýchlosť rakety závisí od tejto rýchlosti. Dá sa to ukázať pomocou zákona zachovania hybnosti.

Keďže pred štartom sa hybnosť rakety rovnala nule, potom sa podľa zákona zachovania musí rovnať nule aj celková hybnosť pohybujúceho sa plášťa a plynu z neho vymršteného. Z toho vyplýva, že hybnosť plášťa a hybnosť prúdu plynu smerujúceho opačne k nemu musia byť rovnaké v absolútnej hodnote. To znamená, že čím rýchlejšie plyn unikne z dýzy, tým väčšia bude rýchlosť plášťa rakety.

Okrem rýchlosti výtoku plynu existujú aj ďalšie faktory, od ktorých závisí rýchlosť rakety.

Skúmali sme zariadenie a princíp fungovania jednostupňovej rakety, kde pod stupňom sa rozumie časť, ktorá obsahuje palivové a okysličovacie nádrže a motor. V praxi vesmírnych letov sa zvyčajne používajú viacstupňové rakety, ktoré vyvíjajú oveľa vyššie rýchlosti a sú určené na dlhšie lety ako jednostupňové.

Na obrázku je znázornená schéma trojstupňovej rakety. Po úplnom spotrebovaní paliva a okysličovadla prvého stupňa sa tento stupeň automaticky vyradí a prevezme riadenie motor druhého stupňa.

Ryža. Schéma trojstupňovej rakety

Zníženie celkovej hmotnosti rakety vyradením už nepotrebného stupňa vám umožňuje ušetriť palivo a okysličovadlo a zvýšiť rýchlosť rakety. Potom sa rovnakým spôsobom vyhodí druhý stupeň.

Ak sa neplánuje návrat kozmickej lode na Zem alebo jej pristátie na akejkoľvek inej planéte, tak tretí stupeň, podobne ako prvé dva, slúži na zvýšenie rýchlosti rakety. Ak musí loď pristáť, potom sa používa na spomalenie lode pred pristátím. V tomto prípade je raketa otočená o 180 °, takže tryska je vpredu. Potom plyn unikajúci z rakety dáva impulz namierený proti rýchlosti jej pohybu, čo vedie k zníženiu rýchlosti a umožňuje pristátie.

Konstantin Eduardovič Ciolkovskij (1857-1935)
Ruský vedec a vynálezca v oblasti aerodynamiky, raketovej dynamiky, teórie lietadiel a vzducholodí. Zakladateľ teoretickej astronautiky

Myšlienka využitia rakiet na vesmírne lety sa objavila na začiatku 20. Ruský vedec a vynálezca Konstantin Eduardovič Ciolkovskij. Ciolkovskij vyvinul teóriu pohybu rakiet, vyvinul vzorec na výpočet ich rýchlosti a ako prvý navrhol použitie viacstupňových rakiet.

O pol storočia neskôr Ciolkovského nápad vyvinuli a zrealizovali sovietski vedci pod vedením Sergeja Pavloviča Koroleva.

Sergej Pavlovič Korolev (1907-1966)
Sovietsky vedec, konštruktér raketových a vesmírnych systémov. Zakladateľ praktickej astronautiky

Domáca úloha.

Úloha 1. Odpovedzte na otázky.

1. Na základe zákona zachovania hybnosti vysvetlite, prečo sa balón pohybuje opačným smerom ako stlačený vzduch vychádzajúci z neho.
2. Uveďte príklady prúdového pohybu telies.
3. Aký je účel rakiet? Povedzte nám o zariadení a princípe fungovania rakety.
4. Čo určuje rýchlosť rakety?
5. Aká je výhoda viacstupňových rakiet oproti jednostupňovým?
6. Ako prebieha pristátie kozmickej lode?

Úloha 2. Vyriešte rébus.

Súbor „Je to zaujímavé!“ je priložený k lekcii. Súbor si môžete stiahnuť kedykoľvek vám to vyhovuje.

Použité zdroje: http://www.tepka.ru/fizika_9/21.html