Реактивний рух: визначення і приклади

Цікавий і важливий випадок прояву закону збереження імпульсу і його практичного використання – це реактивний рух. Так називають рух тіла, яке виникає при відділенні від тіла з якоюсь швидкістю деякої його частини.

Реактивний рух здійснюють, наприклад, ракети. Будь-яка ракета – це система двох тіл. Вона складається з оболонки і міститься в ній палива. Оболонка має форму труби, один кінець якої закритий, а другий відкритий і забезпечений трубчастої насадкою з отвором особливої форми – реактивним соплом.
Паливо при запуску ракети спалюється і перетворюється в газ високого тиску і високої температури. Завдяки високому тиску цей газ з великою швидкістю виривається з сопла ракети. Оболонка ракети спрямовується при цьому в протилежний бік (рис. 185).

Перед стартом ракети її загальний імпульс (оболонки і палива) в системі координат, пов’язаної з Землею, дорівнює нулю, вся ракета покоїться відносно Землі. В результаті взаємодії газу і оболонки викидається газ набуває певний імпульс. Будемо вважати, що вплив сили тяжіння дуже малий, тоді оболонку і паливо можна розглядати як замкнуту систему і їх загальний імпульс повинен і після запуску залишитися рівним нулю. Тому оболонка через взаємодію з газом набуває імпульс, рівний за величиною імпульсу газу, але протилежний за напрямком. Ось чому в рух приходить не тільки газ, а й оболонка ракети. У ній можуть бути поміщені наукові прилади для досліджень, всілякі засоби зв’язку і т. Д. З ракетою може бути пов’язаний і космічний корабель, в якому подорожують космонавти.
Закон збереження імпульсу дозволяє визначити швидкість ракети (оболонки).

Дійсно, припустимо спочатку, що весь газ, що утворюється при згоранні палива, викидається з ракети відразу, а не витікає поступово.

Позначимо всю масу газу, в який перетворюється паливо в ракеті, через mr, а швидкість вилітає газу через vr. Масу і швидкість оболонки позначимо через mоб і Vоб. Відповідно до закону збереження імпульсу сума імпульсів оболонки і газу після запуску повинна бути такою ж, якою була до запуску ракети, т. Е. Має бути рівною нулю. отже,
mrvr = 0, або mобvоб = -mrvr

З цієї формули видно, що швидкість оболонки ракети тим більше, чим більше швидкість викидається газу і чим більше відношення маси палива до маси оболонки. Тому досить велику швидкість оболонка отримає в тому випадку, якщо маса палива набагато більша за масу оболонки. Наприклад, для того щоб швидкість оболонки була за абсолютним значенням в 4 рази більше швидкості викидається газу, потрібно, щоб маса палива була в стільки ж разів більша за масу оболонки, т. Е. Оболонка повинна становити одну п’яту всієї маси ракети на старті. Але ж «корисною» частиною ракети є саме оболонка.

Ми вважали, що весь газ викидається з ракети миттєво. Насправді він випливає не відразу, хоча і досить швидко. Це означає, що після викиду якоїсь частини газу оболонці доводиться «возити» з собою ще не згорілу і не вилетіла частина палива. Це значно збільшує необхідну для досягнення даної швидкості масу палива. Розрахунок показує, що, для того щоб швидкість оболонки була в 4 рази більше швидкості газу, маса палива на старті повинна бути не в 4, а в кілька десятків разів більше маси оболонки. Якщо ж врахувати, що при запуску із Землі па ракету діють і сила опору повітря, крізь який вона повинна летіти, і тяжіння до Землі, то можна буде зробити висновок, що це відношення має бути ще більше.
На відміну від всіх інших транспортних засобів ракета може рухатися, не взаємодіючи з жодними іншими тілами, крім як з продуктами згоряння міститься в ній самій палива. Саме тому ракети використовуються для запуску штучних супутників Землі і космічних кораблів і для їх пересування в космічному просторі, де їм нема на що спиратися і не від чого відштовхуватися, як це роблять звичайні земні засоби транспорту.
При необхідності ракету можна гальмувати. Саме так чинять космонавти, коли, закінчивши космічний політ, вони повинні зменшити швидкість свого корабля, щоб повернутися на Землю. Зрозуміло, що ракета зменшить свою швидкість, якщо газ з сопла ракети буде вилітати в ту ж сторону, куди рухається ракета.

Ідея використання ракет для космічних польотів була запропонована ще на початку нашого століття знаменитим російським вченим К. Е. Ціолковським. Ця чудова ідея успішно здійснюється. Уже багато сотень штучних супутників Землі і космічних кораблів виводилися в космічний простір за допомогою ракет. Завдяки застосуванню ракет люди побували і на Місяці. З їх допомогою на Місяць доставлено космічні лабораторії, створені штучні супутники Місяця.
Перший в історії штучний супутник Землі був за допомогою ракети запущений в Радянському Союзі 4 жовтня 1957 р
Першою людиною, який на штучному супутнику здійснив політ у космічному просторі, був громадянин Радянського Союзу Юрій Олексійович Гагарін. 12 квітня 1961 року він облетів земну кулю на кораблі-супутнику «Восток».
Радянські ракети першими досягли Місяця, першими здійснили обліт Місяця і сфотографували її невидиму, «зворотний» сторону, першими досягли планети Венера. Росія займає провідне становище в дослідженні космічного простору.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Внутрішня енергія тіла