Реактивные и ракетные двигатели конспект урока
Обновлено: 05.07.2024
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Реактивное движение. Ракеты. Обобщение материала.
Цели урока: Р - развитие логического мышления и представлений о видах материи;
Д - формирование знаний об импульсе тела, замкнутой системе, законе сохранения импульса, реактивном движении;
В – воспитание положительного отношения к изучению физики.
Опрос по предыдущей теме.
Объяснение нового теоретического материала.
Закрепление изученного материала. Домашнее задание.
Содержание материала.
1) Что называется импульсом тела?
2) Почему импульс векторная величина?
3) Назовите единицы измерения импульса тела в СИ?
4) В чем заключается закон сохранения импульса?
5) При каких условиях выполняется этот закон?
6) Какую систему называют замкнутой?
7) Почему происходит отдача при выстреле из ружья?
8) Любое ли тело может обладать импульсом?
9) Может ли импульс тела быть равным нулю?
Закон сохранения импульса проявляется в реактивном движении.
У Андрея Петрова есть такое стихотворение” Кальмар".
Наберёт он в рот воды,
Чтобы не было беды,
Изо всех силёнок дунет,
На врага водою плюнет
И мгновенно удерёт,
Как ракетный самолёт!
Как же происходит их движение?
Наверняка многие из вас наблюдали, как приходит в движение надутый воздухом воздушный шарик, если развязать нить, стягивающую его отверстие.
Объяснить это явление можно с помощью закона сохранения импульса. Пока отверстие шарика завязано, шарик с находящимся внутри сжатым воздухом покоится, и его импульс равен нулю. При открытом отверстии из него с довольно большой скоростью вырывается струя сжатого воздуха. Движущийся воздух обладает некоторым импульсом, направленным в сторону движения воздуха.
Согласно действующему в природе закону сохранения импульса суммарный импульс системы, состоящей из двух тел – шарика и воздуха в нем, – должен остаться таким же каким был до начала истечения воздуха, т. е. равным нулю. Поэтому шарик начинает двигаться в противоположную струе сторону с такой скоростью, что его импульс равен по модулю импульсу воздушной струи.
Векторы импульсов шарика и воздуха направлены в противоположные стороны. В результате суммарный импульс взаимодействующих тел остается равным нулю. Движение шарика является примером реактивного движения.
Реактивное движение – движение тела за счет отделения от него части тела, в результате чего само тело приобретает противоположно направленный импульс .
Принцип реактивного движения широко применяется в авиации и космонавтике. Вы знаете, что принцип реактивного движения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике. В космическом пространстве нет среды, с которой тело могло бы взаимодействовать и тем самым изменять направление и модуль своей скорости. Поэтому для космических полетов могут быть использованы только реактивные летательные аппараты, т.е. ракеты.
Рассмотрим вопрос об устройстве и запуске так называемых ракет-носителей, т.е. ракет, предназначенных для вывода в космос искусственных спутников Земли, космических кораблей, автоматических межпланетных станций и других полезных грузов.
В любой ракете, независимо от ее конструкции, всегда имеется оболочка и топливо с окислителем.
На рисунке 2 изображена ракета в разрезе. Мы видим, что оболочка ракеты включает в себя полезный груз (в данном случае это космический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы и пр.).
Основную массу ракеты составляет топливо с окислителем (окислитель нужен для поддержания горения топлива, поскольку в космосе нет кислорода).
Топливо и окислитель с помощью насосов подаются в камеру сгорания. Топливо, сгорая, превращается в газ высокой температуры и высокого давления, который мощной струей устремляется наружу через раструб специальной формы называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи газов.
С какой целью увеличивают скорость выхода струи газа? Дело в том, что от этой скорости зависит скорость ракеты. Это можно показать с помощью закона сохранения импульса.
Для простоты рассуждений будем пока считать, что ракета представляет собой замкнутую систему (т. е. не будем учитывать действие на нее силы земного притяжения).
Поскольку до старта импульс ракеты был равен нулю, то по закону сохранения суммарный импульс движущейся оболочки и выбрасываемого из нее газа тоже должен быть равен нулю. Отсюда следует, что импульс оболочки и направленный противоположно ему импульс струи газа должны быть равны друг другу по модулю. Значит, чем с большей скоростью вырывается газ из сопла, тем больше будет скорость оболочки ракеты.
С какой скоростью движется оболочка ракеты? Запишем закон сохранения импульса для замкнутой системы двух тел: газа и оболочки.
Помимо скорости истечения газа существуют и другие факторы, от которых зависит скорость движения ракеты.
Ясно, что выведенная формула справедлива только для случая мгновенного сгорания топлива. Мгновенное сгорание – это взрыв, такого быть не может. На практике масса топлива уменьшается постепенно, поэтому точного расчета используются более сложные расчеты.
Мы рассмотрели устройство и принцип действия одноступенчатой ракеты, где под ступенью подразумевается та часть, которая содержит баки с горючим и окислителем и двигатель.
На рисунке 3 показана схема трехступенчатой ракеты. После того как топливо и окислитель первой ступени будут полностью израсходованы, эта ступень автоматически отбрасывается и в действие вступает двигатель второй ступени.
Уменьшение общей массы ракеты путем отбрасывания уже ненужной ступени позволяет
сэкономить топливо и окислитель и увеличить скорость ракеты. Затем таким же образом отбрасывается вторая ступень.
Если возвращение космического корабля на Землю или его посадка на какую-либо другую планету не планируется, то третья ступень, как и две первых, используется для увеличения скорости ракеты. Если же корабль должен совершить посадку, то она используется для торможения корабля перед посадкой. При этом ракету разворачивают на 180°, чтобы сопло оказалось впереди. Тогда вырывающийся из ракеты газ сообщает ей импульс, направленный против скорости ее движения, что приводит к уменьшению скорости и дает возможность осуществить посадку.
Идея использования ракет для космических полетов была выдвинута в начале XX в. русским ученым, изобретателем и учителем Константином Эдуардовичем Циолковским. Циолковский разработал теорию движения ракет, вывел формулу для расчета их скорости, был первым, кто предложил использовать многоступенчатые ракеты.
Полвека спустя идея Циолковского была развита и реализована советскими учеными под руководством Сергея Павловича Королева.
Примеры:
= движение кальмаров, каракатиц, осьминогов. ( Каракатица, как и большинство головоногих моллюсков, движется в воде, таким образом, забирает воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тала, а затем энергично выбрасывает струю воды через эту же воронку в результате этого каракатица довольно быстро плавает задней частью тела вперёд. Причём каракатица, направляя трубку воронки вбок или назад и стремительно выдавливая из неё воду, может двигаться в любых направлениях. Так же перемещаются кальмары. Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанических глубин. Он тоже передвигается по принципу реактивного движения, вбирает в себя воду, а затем с огромной силой проталкивает её через особое отверстие, и с большой скоростью (до 70 км/ч) двигается толчками назад. При этом все 10 щупалец кальмара собираются в узел над головой, и он приобретает обтекаемую форму.)
= созревшие плоды "бешеного" огурца при самом легком прикосновении отскакивают от плодоножки и из образовавшегося отверстия выбрасывается фонтаном со скоростью 10 м/с на 12 м горькая жидкость с семенами, а сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении.
Закрепление.
1. Какое движение называют реактивным?
2. Верно ли утверждение: для осуществления реактивного движения не
требуется взаимодействия с окружающей средой?
3. На каком законе основано реактивное движение?
4. От чего зависит скорость ракеты?
5. Когда и где был запущен первый спутник Земли?
6. Попробуйте ответить мне на такой вопрос: как космонавту вернуться на корабль? Сдвинуться с места, если оттолкнуться ногами не от чего? Подсказка- при выходе в открытый космос космонавт должен обязательно держать что-нибудь в руках. (Необходимо бросить какой-нибудь предмет в сторону, противоположную кораблю. Тогда по закону сохранения импульса МV=mv, где М и m -массы космонавта и предмета, а V и v -скорости космонавта и предмета. Космонавт приобретает скорость, направленную к ракете и равную: V=v*m/М.)
– Кстати, если космонавту необходимо повернуться он тоже может использовать этот закон. Ему необходимо вращать рукой в противоположном направлении.
– Для поворота по часовой стрелке ему надо будет проделать следующий цикл движений: вытянуть правую руку в сторону, затем прижать её к груди, опустить вдоль туловища.
Тепловой двигатель внутреннего сгорания – это устройство, предназначенное для преобразования тепловой энергии от сгорания топлива в механическую работу.
Реактивный двигатель – это устройство, создающее необходимую для движения силу тяги посредством преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.
Ракетный двигатель – это вид реактивного двигателя, создающее необходимую для движения силу тяги посредством преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела.
В тепловых двигателях внутреннего сгорания рабочим телом является горячий газ под высоким давлением.
Основными видами тепловых ДВС являются бензиновый и дизельный ДВС и газовая турбина. Ракетный двигатель в отличии от воздушно-реактивного двигателя не нуждается в кислороде для сгорания топлива.
Атомный ракетный двигатель является будущим космонавтики.
Технология. 7 класс : учеб. для общеобразоват. организаций / [В. М. Казакевич, Г. В. Пичугина, Г. Ю. Семенова и др.]; под ред. В. М. Казакевича. — М.: Просвещение, 2017.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
конспект урока в 10 классе "Реактивное движение"
конспект урока в 10 классе "Реактивное движение".
План конспект урока Тема: Социальные движения второй половины XVII в.
Социальные движения второй половины XVII в.
Конспект урока по географии "Движение воздуха".
Сформировать представление об образовании ветра. Ознакомить с видами ветров; Развивать мышление, умение быстро отвечать на вопросы, работать с учебником; Воспитывать интерес к окружающей природе.
конспект урока по теме "Движение вод" в 6 классе
урок интересен тем, что применяются структурно- логические схемы.что позволяет ребенку логически рассуждать и мыслить. На протяжении всего урока используется ЭОР и сопровождается музыкой.
конспект урока "Задачи на движение"
Конспект урока с использованием презентации по теме "Задачи на движение".
Конспект урока "Задачи на движение"
План-конспект урока с применением технологии УДЕ П.М.Эрдниева. Использован метод обратной задачи. Параллельное рассмотрение взаимно-обратных задач учит анализировать, сравнивать. "Без обратной задачи .
План-конспект урока физики 10 класс "Тепловые двигатели"
Сегодня почти все слышали о реактивных двигателях, которые используются в самолетах и ракетах. Познакомившись с законом сохранения импульса, мы можем объяснить с точки зрения физики, такой интересный вид движения, как реактивное движение.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Реактивное движение"
Все вы много раз слышали о реактивном двигателе или реактивных самолетах.
Реактивное движение — это движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно него.
В частности, реактивная тяга — это сила, возникающая в результате истечения газов из сопла летательного аппарата с определенной скоростью.
Элементарный пример реактивного движения видел каждый: если надуть воздушный шарик и, не завязав его, отпустить, шарик полетит, и будет летать до тех пор, пока из него не выйдет весь воздух.
Реактивные двигатели, в первую очередь, необходимы для освоения космического пространства. Ведь, находясь в открытом космосе, корабль не имеет возможности оттолкнуться от какой-либо опоры, поскольку ее, попросту, нет. Единственной силой, которая могла бы сообщить кораблю ускорение, является реактивная тяга.
Несмотря на то, что в пределах земной атмосферы нет необходимости применять реактивные двигатели, большинство современных самолетов летают именно на реактивной тяге. Это обусловлено тем, что реактивная тяга предоставляет достаточно высокие скорости, по сравнению с теми, которые достижимы винтовыми самолетами.
Реактивные двигатели делятся на два основных типа: ракетные и воздушно-реактивные.
Для работы ракетного двигателя необходимо топливо и окислитель, который способствует горению. В двигателях на твердом топливе (в качестве которого часто используется порох), горючее и окислитель находятся непосредственно в двигателе. В реактивных двигателях на жидком топливе, таком как бензин, например, топливо и окислитель хранятся в отдельных баках, и с помощью насосов подаются в камеру сгорания.
Температура в камере сгорания составляет порядка 3 000 о С, в результате чего, давление возрастает до 50 атм. В камере сгорания при сгорании топлива образуются газы, которые из-за высокой температуры создают высокое давление на стенки камеры. В результате этого, газы вырываются из сопла ракеты, тем самым двигая ее вперед.
Выполняется закон сохранения импульса: суммарный импульс системы должен оставаться равным нулю. Определенная масса газов вырывается из сопла в одну сторону, поэтому, ракета должна начать двигаться в другую сторону. Для увеличения эффекта применяют сужение сопла, чтобы увеличить скорость истечения газов. Ведь при этом, через меньшее поперечное сечение должно будет пройти то же количество газов за определенное время. Следовательно, скорость истечения газов должна увеличиться.
Заметим, что даже при постоянной скорости истечения газов, скорость ракеты будет увеличиваться, поскольку будет уменьшаться ее масса в результате сгорания топлива. Исходя из этого, мы можем вывести формулу, по которой рассчитывается реактивная тяга:
Эта же формула выводится из закона сохранения импульса для системы ракета — продукты сгорания:
В правой части мы видим отношение изменения массы к промежутку времени — эта величина называется массовым расходом топлива.
Воздушно-реактивные двигатели немногим отличаются от ракетных. Основное их отличие в том, что в качестве окислителя используется кислород, содержащийся в воздухе, который попадает внутрь двигателя.
Пример решения задачи.
Задача. Реактивный самолет набирает скорость от 800 км/ч до 2000 км/ч. За это время самолет потерял 1 т топлива. Масса самолета без топлива равна 16 т. Какова скорость истечения газов?
Нам ничего не сказано о других силах, поэтому, внешними силами можно пренебречь.
Читайте также: