Почему ракета может двигаться в безвоздушном пространстве технология 7 класс кратко
Обновлено: 04.07.2024
От одного из наших подписчиков мы недавно получили такой вопрос:
Похожие вопросы нам часто приходят, поэтому мы решили ответить на них более подробно в этой статье.
Третий закон Ньютона
Все знают, что Земля своей силой тяготения притягивает нас. Но для многих не очевидно, что и мы (люди) тоже притягиваем Землю. Причём силы эти равны по модулю, но противоположны по направлению. Это следствие третьего закона Ньютона и прежде, чем мы попытаемся ответить на вышеизложенный вопрос, нам нужно правильно понять третий закон Ньютона. Он звучит так:
“Силы взаимодействия двух материальных точек равны по величине, противоположно направлены, и действуют вдоль прямой, соединяющей эти материальные точки”
Но все, конечно, привыкли слышать такую, совсем простую формулировку этого же закона:
Вот несколько примеров проявления третьего закона Ньютона. Автомобиль во время своего движения ускоряется, потому что дорога толкает колёса вперед в результате противодействия, возникающего, когда колёса толкают её назад. Вот почему когда автомобиль двигается по камням, то они улетают в противоположную сторону от движения автомобиля.
Как движется ракета в космосе?
Наверное, наиболее ярким примером проявления третьего закона Ньютона является движение ракеты. Иногда можно встретить заблуждение, будто ракета взлетает только из-за того, что она отталкивается от Земли с помощью струи сгорающего топлива, но на самом деле в вакууме отработанное топливо легче выбрасывается из сопла, поэтому там тяга реактивного двигателя даже больше. Но всё-таки, от чего тогда отталкивается ракета?
Представьте космическую ракету, летящую в космическом вакууме, выбрасывая при этом с огромным ускорением газ разогретый до температуры около 2800*С из сопла. Давайте разберемся, что при этом происходит.
Энергия, изначально существовавшая в виде внутренней энергии химического топлива, превращается в кинетическую энергию молекул газов, которые образуются при сгорании, а, значит, они приобретают некоторую скорость, причём довольно большую. Все эти газы выбрасываются ракетой в одном направлении и если мы умножим скорость этого газа на его массу, то получим импульс, а изменение импульса со временем приводит к возникновению силы. Если эту силу разделить на массу ракеты, получим ускорение, с которым ракета улетит в противоположную от газа сторону. Кстати, это движение называют реактивным.
Следовательно, таким образом, в космосе ракета, так сказать, отталкивается от горячего газа, который с ускорением вытекает из сопла ракеты в противоположную сторону.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .
Знание закона сохранения импульса во многих случаях дает возможность выполнить расчеты результата взаимодействия тел, когда значения действующих сил неизвестны.
Рассмотрим в качестве примера действие реактивного двигателя, При сгорании топлива газы, нагретые до высокой температуры, выбрасываются из сопла ракеты со скоростью (рис. 61).
Ракета и выбрасываемые ее двигателем газы взаимодействуют между собой. На основании закона сохранения импульса при отсутствии внешних сил сумма векторов импульсов взаимодействующих тел остается постоянной. До начала работы двигателей импульс ракеты и горючего был равен нулю; следовательно, и после включения двигателей сумма векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю:
где М — масса ракеты; V — скорость ракеты; — масса выброшенных газов; — скорость истечения газов.
а для модуля V скорости ракеты имеем
Эта формула применима для вычисления модуля скорости V ракеты при условии небольшого изменения массы М ракеты в результате работы ее двигателей.
Реактивный двигатель обладает многими замечательными особенностями, но главная из них заключается в следующем. Автомобилю для движения, кроме двигателя, нужна еще и дорога, с которой могли бы взаимодействовать колеса, теплоходу — вода, а самолету — воздух. Ракете для движения не нужны ни земля, ни вода, ни воздух, так как она движется в результате взаимодействия с газами, образующимися при сгорании топлива. Поэтому ракета может двигаться в безвоздушном космическом пространстве.
Первый в мире искусственный спутник Земли был с помощью ракеты запущен в Советском Союзе 4 октября 1957 г.
12 апреля 1961 г. гражданин Советского Союза Юрий
Советские космические ракеты доставили на Землю образцы грунта с поверхности Луны, осуществили мягкую посадку автоматических межпланетных станций на поверхность Венеры и Марса, вывели на околоземную орбиту долговременные орбитальные станции.
Полеты космических кораблей с космонавтами на борту, автоматических межпланетных станций и искусственных спутников Земли используются как для научных исследований в околоземном и межпланетном пространстве, так и для решения практических задач народного хозяйства.
С помощью спутников и автоматических межпланетных станций изучены состав и строение атмосферы Земли на больших высотах, химический состав и физические свойства атмосферы Венеры и Марса, получены изображения поверхности Луны, Венеры и Марса.
Специальные спутники помогают морским судам и самолетам определять свои координаты. Исследования поверхности материков и океанов, выполняемые космонавтами при полетах на орбитальных станциях, позволяют оценить и уточнить природные ресурсы в различных районах земного шара.
Топливо сгорает, газы летят назад, а ракета вперёд.
Действует закон сохранения импульса.
Отталкивание от себя (путём изменения/увеличения объёма предмета) возможно только в условиях материальной среды.
В ситуации, когда из сопла внутрь ракеты "заглядывает" пустота, происходит не отталкивание части корабля (газов, топлива) а невероятно мощное втягивание вещества пустотой.
Вдали от планеты эта сила должна стремиться к бесконечности.
Единственным и самым существенным результирующим эффектом такого взаимодействия вещества с пустотой является уменьшение плотности предмета (ракеты). Изменение местоположения в пространстве в таком случае ничтожно мало.
По этой причине (ввиду взаимоисключающего эффекта), прямого контакта между атмосферой Земли и космическим вакуумом нет.
Околоземное пространство есть - вот там и летают
принцип выстрела. отдача.
А чем она "хуже" Земли или Луны? Земля вращается вокруг Солнца миллиарды лет в вакууме.
Реактивная тяга из газов топлива.
Высвобождается энергия, которая, собственно, толкает эту ракету.
За счет реактивной тяги двигателей, в космосе если Вы толкнете гирю от себя, то сами полетите в противоположном направлении
А какая разница где ей двигаться? Как раз в вакууме ей легче всего двигаться. Движется она за счёт момента инерции. Это то, что заставляет вас двигаться (например - на роликовых коньках) , если Вы оттолкнётесь от препятствия (например - от своей подруги тоже на роликовых коньках) . При этом Вы начнёте двигаться в одну сторону, а препятствие, если оно может двигаться (подруга) - в противоположную. Скорость, с которой Вы будете удаляться от препятствия, будет зависеть от вашей массы, массы препятствия и момента силы, которую Вы приложили для отталкивания.
Если бы у вас было много подруг (в рюкзаке, в кармане, на шее) и вы бы их постоянно отталкивали от себя в одну и ту же сторону, то Вы бы начали ускоряться в противоположную сторону. Всё это и называется - реактивным движением.
Когда ракета выбрасывает рабочее тело с большой скоростью из сопел своих двигателей, она поступает точно так же, как поступали бы и Вы в вышеприведённом примере с вашей подругой (препятствием) на роликовых коньках (роликах) . Как понятно из примера, воздух (трение о воздух, ветер) , асфальт (трение об асфальт) и т. д. только будут мешать и тормозить. Поэтому, когда ракета попадает в открытый космос (вакуум) , она может двигаться (без работы двигателей - без ускорения (с постоянной скоростью) ) неограниченно долго. В общем случае это происходит (движение с постоянной скоростью) благодаря закону сохранения энергии. А энергия ракеты в этом случае будет равна E=m*S^2, где Е - энергия в Джоулях, m - масса в колограммах, S - скорость в метрах в секунду. Но про ракету говорят о законе сохранении момента инерции, но закон сохранение момента инерции является частным случаем закона сохранения энергии.
Сегодня ракетой называют летательный аппарат, двигающийся в пространстве за счет действия реактивной тяги. Полет ракеты не требует обязательного наличия окружающей воздушной или газовой среды, и, следовательно, он возможен не только в атмосфере, но и в вакууме. Ракетная техника позволила человеку выйти за пределы земной атмосферы и заняться исследованием космического пространства.
Как работает ракета?
В наши дни практически все ракеты многоступенчатые. Конструктивно каждая ступень представляет собой отдельную ракету с собственными двигателями и запасом топлива. Первая ступень производит отрыв ракеты от Земли. Как только топливо в ее баках заканчивается, она отбрасывается, а поскольку вес ракеты после освобождения от первой ступени уменьшается, дальнейший полет продолжается с ускорением. После этого включаются двигатели второй ступени.
Этот процесс повторяется столько раз, сколько ступеней содержит ракета. А последняя ступень доставляет космический аппарат к месту назначения. Так как в космическом пространстве нет ни твердой, ни жидкой, ни газообразной опоры, ускорение ракете может сообщить только реактивная сила двигателя. В камере сгорания происходят смешивание и сгорание ракетного топлива. В результате образуются газы, которые с огромной скоростью выбрасываются через сопло. При этом ракета, согласно закону сохранения импульса, получает ускорение, направленное в обратную сторону.
Ракетное топливо: горючее (например, жидкий водород) и окислитель (жидкий кислород) — находится в топливных баках, изолированных друг от друга.
Грузоподъемность ракет-носителей
С каждым новым поколением ракет их грузоподъемность растет. Так, советская межконтинентальная баллистическая ракета Р7 в 1957 г. вывела на орбиту Земли первый в мире искусственный спутник массой 84 кг.
Ради полезного груза
В последней ступени ракеты-носителя находится отсек с так называемым полезным грузом (полезной нагрузкой). Это, собственно, то, ради чего запускается ракета-носитель. В зависимости от выполняемой космической программы, полезной нагрузкой может быть спутник, космический зонд, капсула с космонавтами, грузовой корабль и т. п.
Читайте также: