Научные открытия, которые привели нас в космос: Ракеты. Реактивное движение и ракета

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.

Как известно, ракета пока самый быстрый транспорт на планете Земля. У ракеты необычный двигатель, который называется – реактивным. Прежде чем ракета отправится в полет, ее огромные баки заправляют ракетным топливом. При старте происходит возгорание топлива, которое при сгорании превращается в раскаленный газ. Этот газ через сопло (сопло это такое узкое отверстие, расположенное на дне ракеты), с большой скоростью и силой вырывается наружу.

Мощная струя газа бьет в одну сторону, а ракета за счет ее отталкивающего действия летит в противоположную.

Весь груз расположен в самой верхней части этой многоступенчатой ракеты. Верхняя часть закрывается специальной обтекающей шапкой, которая так и называется – головной обтекатель. Каждая ступень – это самостоятельная ракета, внутри которой помещены баки с горючим, а в хвосте двигатели.

При старте включается самая нижняя и очень мощная , в обязанности которой входит поднять всю тяжесть через слои атмосферы. Когда топливо в ней полностью сгорает, нижняя ступень автоматически отсоединяется, как уже больше ненужный элемент и начинает работать двигатель второй ступени – ракеты. Ракета разгоняется все быстрее.

И когда кончается во второй средней ступени, включается двигатель самой верхней ракеты – носителя, а нижняя ступень тоже отсоединяется. Наконец разгоняется до первой космической скорости и выходит на орбиту земли, где он уже движется самостоятельно.

Отвалившиеся ступени не , от трения с атмосферой они раскаляются до такой степени, что полностью сгорают. Сама ракета носитель – космический корабль, разделяется на две части: спускаемый аппарат и приборный отсек. В спускаемом аппарате находятся космонавты, которые там работают, отдыхают и спят.

А в приборном отсеке находится тормозная двигательная установка, с помощью которой корабль возвращается на землю. Там же находятся приборы, с помощью которых космонавты проводят исследования.

Ракеты поднимаются в космическое пространство за счет сжигания жидких или твердых топлив. После воспламенения в высокопрочных камерах сгорания эти топлива, обычно состоящие из горючего и окислителя, выделяют огромное количество тепла, создавая очень высокое давление, под действием которого продукты сгорания движутся в сторону земной поверхности через расширяющиеся сопла.

Так как продукты сгорания истекают из сопел вниз, ракета поднимается вверх. Это явление объясняется третьим законом Ньютона, в соответствии с которым для каждого действия существует равное по величине и противоположное по направлению противодействие. Поскольку двигателями на жидком топливе легче управлять, чем твердотопливными, их обычно используют в космических ракетах, в частности, в показанной на рисунке слева ракете Сатурн-5. Эта трехступенчатая ракета сжигает тысячи тонн жидкого водорода и кислорода для вывода космического корабля на орбиту.

Для быстрого подъема вверх тяга ракеты должна превышать ее вес примерно на 30 процентов. При этом, если космический корабль должен выйти на околоземную орбиту, он должен развить скорость около 8 километров в секунду. Тяга ракет может доходить до нескольких тысяч тонн.

Пять двигателей первой ступени поднимают ракету на высоту 50-80 километров. После того как топливо первой ступени будет израсходовано, она отделится и включатся двигатели второй ступени.
Примерно через 12 минут после старта вторая ступень доставляет ракету на высоту более 160 километров, после чего отделяется с пустыми баками. Также отделяется ракета аварийного спасения.
Разгоняемая единственным двигателем третьей ступени, ракета переводит космический корабль «Аполлон» на временную околоземную орбиту, высотой около 320 километров. После непродолжительного перерыва двигатели включаются снова, увеличивая скорость космического корабля примерно до 11 километров в секунду и направляя его в сторону Луны.

Двигатель F-1 первой ступени сжигает топливо и выводит продукты сгорания в окружающую среду.

После запуска на орбиту космический корабль «Аполлон» получает разгонный импульс в сторону Луны. Затем третья ступень отделяется и космический корабль, состоящий из командного и лунного модулей, выходит на 100-километровую орбиту вокруг Луны, после чего лунный модуль совершает посадку. Доставив побывавших на Луне космонавтов на командный модуль, лунный модуль отделяется и прекращает свое функционирование.

МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ

« Я - исследователь »

Исследовательская работа

Кукса Дмитрий

ученик 3 «А» класса

МОУ СОШ №7

Руководитель:

г. Алексеевка

Нам в школе объявили, что будет проходить конкурс «Я – исследователь». Я решил: «Буду участвовать!» Пришёл домой и стал думать, какую же тему мне выбрать. А дед, который служил в ракетных войсках, сказал: «Давай, Дима, ракету запустим. Как только расскажешь, какая сила заставляет ракету двигаться, я своё обещание выполню». Мне понравилась эта идея. И задания такого я не испугался. Очень уж хотелось посмотреть на полёт ракеты.

Я поставил задачи

1. Изучить строение ракеты

2. Узнать какая сила заставляет ракету двигаться

Методы исследования:

Теоретические: изучение источников информации

Практические: опыты.

Объектом исследования является: ракета

Предмет исследования: полёт ракеты

Ожидаемый результат: исследования расширят мой кругозор, помогут узнать можно ли поднять ракету в воздух в домашних условиях.

Гипотеза: я думаю изготовить модель ракеты в домашних условиях можно, но поднять в воздух нельзя. Она не взлетит.

Чтобы доказать или опровергнуть гипотезу я сначала изучил литературу. Вот что я узнал.

Русское слово "ракета" произошло от немецкого слова "ракет". А это - уменьшительное от итальянского слова "рокка", что значит "веретено ". Ракета похожа на веретено с острым обтекаемым носом для уменьшения сопротивления воздуха при полёте в атмосфере и это обтекатель ракеты (1)

2 топливный бак - это часть конструкции ракеты, обеспечивающая её топливом. Для жидкотопливных ракет топливный бак делится на бак с горючим и бак с окислителем, который располагается над топливным баком Для твердотопливных ракет топливный бак соединен с камерой сгорания и в процессе горения топлива сам выполняет функцию камеры сгорания.

3 камера сгорания - служит для сгорания топлива и выброса образовавшихся газов.

4.Сзади ракета имеет стабилизатор . Он похож на оперение стрелы или на хвост самолёта. При движении в атмосфере он не даёт ракете «вилять» из стороны в сторону.

5. А в дне у ракеты дырка. Называется сопло . Из этого сопла газы вырываются сильной струёй. Это от них за ракетой словно огненный хвост остаётся.

Я провёл опрос в классе на тему: почему взлетает ракета.

Многие мои одноклассники написали, что ракеты взлетают, потому что они отталкиваются от земли. Некоторые, что это очень сложный вопрос для них и они не могут ответить. А вот что я узнал: по третьему закону механики, тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. В ракетном двигателе этот закон, открытый гениальным ученым Исааком Ньютоном, выполняется очень просто: выбрасываются газообразные продукты сгорания назад, чтобы получить движение ракеты вперед.
Закон Ньютона можно легко проверить, например, при помощи воздушного шара , заполненного воздухом. Если из него выпускать воздух, то шар начнет двигаться

Отпустить шарик.

Прокомментировать: (правда, очень хаотично) в направлении, противоположном направлению выпускаемого воздуха. Фотографии с шариком:

Я попытался сделать движение шара устойчивым.

Мне потребовалась нитка, коктейльная трубочка и скотч. Опыт. Комментарий: полёт воздушного шара стал плавным. Воздух выходит из шарика и он далеко улетает по верёвке в противоположную сторону.

Ракеты человек изобрёл давно. Их придумали в Китае много сотен лет тому назад. Китайцы использовали их для того, чтобы делать фейерверки.

Ракетное оружие" href="/text/category/raketnoe_oruzhie/" rel="bookmark">ракетное оружие . Это очень грозное оружие. Современные ракеты могут точно поразить цель на расстоянии в тысячи километров. Военные ракеты обычно имеют твёрдотоплевные двигатели.

https://pandia.ru/text/80/331/images/image004_3.jpg" alt="РСЗО Катюша" width="216" height="141 src=">

Взлёт ракеты «земля-воздух». Ракетная установка «Катюша»

А в XX веке школьный учитель физики Константин Эдуардович Циолковский придумал ракетам новую профессию. Он мечтал о том, как человек станет летать в космос. Он назвал нашу планету колыбелью человечества. Для того чтобы выйти из этой колыбели и начать шагать в космическом пространстве, и нужны ракеты.

Циолковским была предложена ракета, работающая на жидком водороде или керосине и был введён второй компонент реактивного топлива – окислитель, в качестве которого был выбран жидкий кислород.
Летающие в настоящее время ракеты обязаны и пороху, и керосину, и жидкому кислороду, и металлам.

Последнее время используются многоступенчатые ракеты. Они оборудованы несколькими двигательными установками (ступенями). Первая ступень самая большая. Ступени последовательно установлены друг за другом. Последняя ступень может достигнуть значительно большей высоты, чем одноступенчатая ракета.
В момент старта работает двигатель только первой ступени, после окончания работы первая ступень отделяется и начинает работать двигатель второй ступени, а затем и третьей.

Вывод: Все ракеты, как самые малые промышленного производства или сконструированные любителями, так и большие, изготовление которых связано с большими затратами сил и средств, имеют одну общую черту - они основаны на принципе реактивного движения.

И я сказал деду: «Реактивная сила заставляет ракету двигаться»

Мы подняли нашу с дедом ракету в воздух. Она была на твёрдом топливе. Вот что у нас получилось.

Гипотеза не подтвердилась, так как ракета поднялась в воздух. Красиво поднялась, на уровне дома.

В результате исследования было выяснено, что запуски ракет вредят атмосфере планеты Земля, т. к. выделяют вредный газ.

Очень хотелось чтобы по – прежнему люди изучали землю и солнечную систему, проводили прогноз погоды и устанавливали связь с помощью ракет, спутников, но не вредили нашей атмосфере. Я надеюсь, что у меня получится исследовать этот вопрос и найти простое, но надёжное решение.

Ещё я понял как опасны могут быть некоторые вещества и скорость взлёта. Я считаю, что запускать ракету или фейерверки нужно только вместе с родителями. Этими наблюдениями и переживаниями я поделился в классе с ребятами.

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.