Le leggi di Newton aiutano a spiegare un fenomeno meccanico molto importante: propulsione a getto. Questo è il nome dato al movimento di un corpo che avviene quando una parte di esso si separa da esso a qualsiasi velocità.
Prendiamo, ad esempio, una palla di gomma per bambini, gonfiatela e rilasciatela. Vedremo che quando l'aria inizierà a uscire in una direzione, la palla stessa volerà nell'altra. Questo è un movimento reattivo.
Alcuni rappresentanti del mondo animale si muovono secondo il principio della propulsione a reazione, come calamari e polpi. Gettando periodicamente fuori l'acqua che assorbono, sono in grado di raggiungere velocità fino a 60-70 km/h. Meduse, seppie e alcuni altri animali si muovono in modo simile.
Esempi di propulsione a reazione si possono trovare anche nel mondo vegetale. Ad esempio, i frutti maturi di un cetriolo “pazzo”, al minimo tocco, rimbalzano sul gambo e un liquido amaro con semi viene espulso con forza dal foro formato nel sito del gambo separato; i cetrioli stessi volano via nella direzione opposta.
Si può osservare il movimento reazionario che si verifica quando viene rilasciata l'acqua prossima esperienza. Versare l'acqua in un imbuto di vetro collegato ad un tubo di gomma con beccuccio a forma di L (Fig. 20). Vedremo che quando l'acqua inizierà a fuoriuscire dal tubo, il tubo stesso inizierà a muoversi e deviare nella direzione opposta alla direzione del flusso dell'acqua.
I voli si basano sul principio della propulsione a reazione missili. Un moderno razzo spaziale è un aereo molto complesso composto da centinaia di migliaia e milioni di parti. La massa del razzo è enorme. È costituito dalla massa del fluido di lavoro (cioè gas caldi formatisi a seguito della combustione del carburante ed emessi sotto forma di flusso a getto) e dalla massa finale o, come si suol dire, "secca" del razzo rimasta dopo il lancio il fluido di lavoro viene espulso dal razzo.
La massa “secca” di un razzo, a sua volta, consiste nella massa della struttura (cioè il guscio del razzo, i suoi motori e il sistema di controllo) e la massa del carico utile (cioè l’attrezzatura scientifica, il corpo del veicolo spaziale lanciato in orbita, l'equipaggio e il sistema di supporto vitale della nave).
Quando il fluido di lavoro scade, i serbatoi rilasciati, le parti in eccesso del guscio, ecc. iniziano a caricare il razzo con carichi non necessari, rendendo difficile l'accelerazione. Pertanto, per raggiungere velocità cosmiche, vengono utilizzati razzi compositi (o multistadio) (Fig. 21). Inizialmente, in tali razzi funzionano solo i primi blocchi dello stadio 1. Quando le riserve di carburante in essi si esauriscono, vengono separati e il secondo stadio 2 viene acceso; dopo che il carburante in esso contenuto è esaurito, viene anche separato e viene acceso il terzo stadio 3. Un satellite o qualche altro situato nella testa del razzo veicolo spaziale coperto da una carenatura 4, la cui forma aerodinamica aiuta a ridurre la resistenza dell'aria quando il razzo vola nell'atmosfera terrestre.
Quando un getto di gas viene espulso da un razzo ad alta velocità, il razzo stesso si precipita nella direzione opposta. Perché sta succedendo questo?
Secondo la terza legge di Newton, la forza F con cui il razzo agisce sul fluido di lavoro è uguale in grandezza e opposta in direzione alla forza F" con cui il fluido di lavoro agisce sul corpo del razzo:
La Forza F" (chiamata forza reattiva) accelera il razzo.
Dall'uguaglianza (10.1) segue che l'impulso impartito al corpo è uguale al prodotto della forza per il tempo della sua azione. Dunque forze uguali agenti nello stesso tempo impartiscono ai corpi uguali impulsi. In questo caso, l'impulso m p v p acquisito dal razzo deve corrispondere all'impulso m gas v gas dei gas espulsi:
m ð v ð = m gas v gas
Ne consegue che la velocità del razzo 
Analizziamo l'espressione risultante. Vediamo che la velocità del razzo è tanto maggiore quanto maggiore è la velocità dei gas emessi e quanto maggiore è il rapporto tra la massa del fluido di lavoro (cioè la massa del carburante) e la massa finale (“secca”) del il razzo.
La formula (12.2) è approssimativa. Non tiene conto del fatto che man mano che il carburante brucia, la massa del razzo in volo diventa sempre minore. La formula esatta per la velocità del razzo fu ottenuta per la prima volta nel 1897 da K. E. Tsiolkovsky e quindi porta il suo nome.
La formula Tsiolkovsky consente di calcolare le riserve di carburante necessarie per impartire una determinata velocità al razzo. La tabella 3 mostra il rapporto tra la massa iniziale del razzo m0 e la sua massa finale m, corrispondente velocità diverse razzi alla velocità del getto di gas (rispetto al razzo) v = 4 km/s. 
Ad esempio, per imprimere a un razzo una velocità superiore di 4 volte alla velocità del flusso di gas (v p = 16 km/s), è necessario che la massa iniziale del razzo (compreso il carburante) superi quella finale (“secca”) massa del razzo di 55 volte (m 0 /m = 55). Ciò significa che la parte del leone nella massa totale del razzo al momento del lancio dovrebbe essere la massa del carburante. Il carico utile, in confronto, dovrebbe avere una massa molto piccola.
Un importante contributo allo sviluppo della teoria della propulsione a reazione fu dato da un contemporaneo di K. E. Tsiolkovsky, lo scienziato russo I. V. Meshchersky (1859-1935). A lui prende il nome l'equazione del moto di un corpo a massa variabile.
1. Cos'è la propulsione a reazione? Fornisci esempi. 2. Nell'esperimento mostrato nella Figura 22, quando l'acqua esce attraverso tubi curvi, il secchio ruota nella direzione indicata dalla freccia. Spiegare il fenomeno. 3. Cosa determina la velocità acquisita da un razzo dopo la combustione del carburante?
Questa piattaforma girevole può essere definita la prima turbina a getto di vapore al mondo.
Razzo cinese
Anche prima, molti anni prima dell'Airone d'Alessandria, anche la Cina inventò motore a reazione un dispositivo leggermente diverso, ora chiamato razzo di fuochi d'artificio. I razzi pirotecnici non devono essere confusi con i loro omonimi: razzi di segnalazione, che vengono utilizzati nell'esercito e nella marina, e vengono lanciati anche durante le festività nazionali sotto il ruggito dei fuochi d'artificio di artiglieria. I razzi sono semplicemente proiettili compressi da una sostanza che brucia con una fiamma colorata. Vengono sparati da pistole di grosso calibro: lanciarazzi.
I razzi sono proiettili compressi da una sostanza che brucia con una fiamma colorata. Razzo cineseÈ un tubo di cartone o metallo, chiuso ad un'estremità e riempito con una composizione in polvere. Quando questa miscela viene accesa, un flusso di gas che fuoriesce ad alta velocità dall'estremità aperta del tubo fa volare il razzo nella direzione opposta alla direzione del flusso di gas. Un razzo del genere può decollare senza l'aiuto di un lanciarazzi. Un bastone legato al corpo del razzo rende il suo volo più stabile e dritto.
Fuochi d'artificio con razzi cinesi Abitanti del mare
Nel mondo animale:
Qui si trova anche la propulsione a reazione. Le seppie, i polpi e alcuni altri cefalopodi non hanno né pinne né una coda potente, ma nuotano non peggio degli altri abitanti del mare. Queste creature dal corpo molle hanno una sacca o cavità abbastanza capiente nel loro corpo. L'acqua viene aspirata nella cavità e poi l'animale con grande forza spinge fuori quest'acqua. La reazione dell'acqua espulsa fa sì che l'animale nuoti nella direzione opposta a quella del flusso.
Il polpo è una creatura marina che utilizza la propulsione a reazione Gatto che cade
Ma soprattutto modo interessante i movimenti furono dimostrati da un ordinario gatto.
Circa centocinquanta anni fa, un famoso fisico francese Marcel Depres ha dichiarato:
Ma si sa, le leggi di Newton non sono del tutto vere. Il corpo può muoversi con l'aiuto forze interne, senza fare affidamento su nulla e senza partire da nulla.
Dove sono le prove, dove sono gli esempi? - protestarono gli ascoltatori.
Vuoi una prova? Per favore. Un gatto che cade accidentalmente da un tetto ne è la prova! Non importa come il gatto cade, anche a testa in giù, rimarrà sicuramente a terra con tutte e quattro le zampe. Ma un gatto che cade non fa affidamento su nulla e non si allontana da nulla, ma si gira rapidamente e abilmente. (La resistenza dell'aria può essere trascurata: è troppo insignificante.)
In effetti, questo lo sanno tutti: i gatti, che cadono; riescono sempre a rimettersi in piedi.
I gatti lo fanno istintivamente, ma gli esseri umani possono fare lo stesso consapevolmente. I nuotatori che saltano da una piattaforma in acqua sanno come eseguire una figura complessa: una tripla capriola, cioè girarsi tre volte in aria, quindi improvvisamente raddrizzarsi, fermare la rotazione del corpo e tuffarsi in acqua in una linea retta.
Gli stessi movimenti, senza interazione con alcun oggetto estraneo, si osservano nel circo durante l'esibizione di acrobati - ginnasti aerei.
Esibizione di acrobati - ginnasti trapezi Il gatto che cadeva è stato fotografato con una cinepresa e poi sullo schermo hanno esaminato, fotogramma per fotogramma, cosa fa il gatto quando vola in aria. Si è scoperto che il gatto stava rapidamente facendo roteare la zampa. La rotazione della zampa provoca un movimento di risposta, una reazione dell'intero corpo, e gira nella direzione opposta al movimento della zampa. Tutto avviene nel rigoroso rispetto delle leggi di Newton, ed è grazie a loro che il gatto si rimette in piedi.
La stessa cosa accade in tutti i casi in cui creatura vivente senza alcuno motivo apparente cambia il suo movimento nell'aria.
Barca a reazione
Gli inventori hanno avuto un'idea: perché non adottare il loro metodo di nuoto dalle seppie. Hanno deciso di costruire una nave semovente con motore a reazione. L'idea è sicuramente fattibile. È vero, non c'era fiducia nel successo: gli inventori dubitavano che una cosa del genere sarebbe andata a buon fine barca a reazione meglio di una vite normale. Era necessario fare un esperimento.
Jet boat - nave semovente con motore a reazione Selezionarono un vecchio rimorchiatore a vapore, ne ripararono lo scafo, rimossero le eliche e installarono una pompa a getto d'acqua nella sala macchine. Questa pompa pompava l'acqua di mare e attraverso un tubo la spingeva dietro la poppa con un forte getto. Il piroscafo galleggiava, ma si muoveva comunque più lentamente del piroscafo a coclea. E questo si spiega semplicemente: una normale elica ruota dietro la poppa, senza vincoli, circondata solo dall'acqua; L'acqua nella pompa a getto d'acqua veniva azionata quasi esattamente dalla stessa vite, ma non ruotava più sull'acqua, ma in un tubo stretto. Si è verificata la frizione del getto d'acqua contro le pareti. L'attrito ha indebolito la pressione del getto. Un battello a vapore con propulsione a getto d'acqua navigava più lentamente di uno con propulsione a elica e consumava più carburante.
Tuttavia, non abbandonarono la costruzione di tali navi: presentavano importanti vantaggi. Nave attrezzata elica, deve essere immerso nell'acqua, altrimenti l'elica farà schiuma inutilmente nell'acqua o girerà nell'aria. Pertanto, i piroscafi a elica hanno paura delle acque basse e delle fratture; non possono navigare in acque poco profonde. E i piroscafi a getto d'acqua possono essere costruiti con un pescaggio ridotto e con il fondo piatto: non hanno bisogno di profondità: dove va la barca, andrà il piroscafo a getto d'acqua.
Le prime imbarcazioni a idrogetto dell'Unione Sovietica furono costruite nel 1953 nel cantiere navale di Krasnoyarsk. Sono progettati per piccoli fiumi dove i normali battelli a vapore non possono navigare.
Ingegneri, inventori e scienziati iniziarono a studiare la propulsione a reazione in modo particolarmente diligente quando armi da fuoco. Le prime pistole - tutti i tipi di pistole, moschetti e pistole semoventi - colpiscono duramente una persona alla spalla con ogni colpo. Dopo diverse dozzine di colpi, la spalla cominciò a ferire così tanto che il soldato non poteva più mirare. I primi cannoni - cigolii, unicorni, colubrine e bombarde - saltavano indietro quando venivano sparati, tanto che accadeva che paralizzassero gli artiglieri se non avevano il tempo di schivare e saltare di lato.
Il rinculo della pistola interferiva con il tiro preciso, perché la pistola sussultava prima che la palla di cannone o la granata lasciassero la canna. Questo ha perso il comando. La sparatoria si è rivelata senza scopo.
Sparare con armi da fuoco Gli ingegneri di artiglieria iniziarono a combattere il rinculo più di quattrocentocinquanta anni fa. Innanzitutto, la carrozza era dotata di un coltro, che si schiantava al suolo e fungeva da forte supporto per la pistola. Poi pensarono che se l'arma fosse stata adeguatamente sostenuta da dietro, in modo che non potesse rotolare via, il rinculo sarebbe scomparso. Ma è stato un errore. Non è stata presa in considerazione la legge di conservazione della quantità di moto. I cannoni ruppero tutti i supporti e i carrelli divennero così allentati che il cannone divenne inadatto al lavoro di combattimento. Quindi gli inventori si sono resi conto che le leggi del movimento, come tutte le leggi della natura, non possono essere rifatte a modo loro, possono essere "superate in astuzia" solo con l'aiuto della scienza - meccanica.
Lasciarono un dispositivo di apertura relativamente piccolo sulla carrozza come supporto e posizionarono la canna del cannone su una "slitta" in modo che solo una canna rotolasse via e non l'intera pistola. La canna era collegata a un pistone del compressore, che si muove nel suo cilindro allo stesso modo del pistone di un motore a vapore. Ma nel cilindro di un motore a vapore c'è vapore, e in un compressore a pistola c'è olio e una molla (o aria compressa).
Quando la canna della pistola torna indietro, il pistone comprime la molla. In questo momento, l'olio viene forzato attraverso piccoli fori nel pistone sull'altro lato del pistone. Si crea un forte attrito che assorbe parzialmente il movimento della canna rotolante, rendendola più lenta e fluida. Quindi la molla compressa si raddrizza e riporta il pistone, e con esso la canna della pistola, nella sua posizione originale. L'olio preme sulla valvola, la apre e scorre liberamente sotto il pistone. Durante il fuoco rapido, la canna della pistola si muove quasi continuamente avanti e indietro.
In un compressore per pistola, il rinculo viene assorbito dall'attrito.
Freno di bocca
Quando la potenza e la portata delle armi aumentarono, il compressore non fu più sufficiente a neutralizzare il rinculo. È stato inventato per aiutarlo freno di bocca.
Il freno di bocca è solo corto tubo d'acciaio, montato sul taglio del tronco e fungente da sua continuazione. Il suo diametro è maggiore del diametro della canna e quindi non interferisce minimamente con il proiettile che vola fuori dalla canna. Lungo la circonferenza delle pareti del tubo vengono praticati diversi fori oblunghi.
Freno di bocca: riduce il rinculo dell'arma I gas in polvere che volano fuori dalla canna della pistola seguendo il proiettile divergono immediatamente ai lati e alcuni di essi cadono nei fori del freno di bocca. Questi gas colpiscono le pareti dei fori con grande forza, vengono respinti da essi e volano fuori, ma non in avanti, ma leggermente di traverso e all'indietro. Allo stesso tempo, spingono in avanti le pareti e le spingono, e con esse l'intera canna della pistola. Aiutano il controllo del fuoco perché tendono a far rotolare in avanti la canna. E mentre erano nella canna, hanno spinto indietro la pistola. Il freno di bocca riduce e smorza significativamente il rinculo.
Altri inventori hanno preso una strada diversa. Invece di combattere movimento reattivo della canna e cercare di estinguerlo, hanno deciso di utilizzare il rollback della pistola con buoni risultati. Questi inventori hanno creato molti tipi di armi automatiche: fucili, pistole, mitragliatrici e cannoni, in cui il rinculo serve ad espellere il bossolo esaurito e ricaricare l'arma.
Artiglieria a razzo
Non devi affatto combattere il rinculo, ma usarlo: dopo tutto, azione e reazione (rinculo) sono equivalenti, uguali in diritti, uguali in grandezza, quindi lasciamo che azione reattiva dei gas in polvere, invece di spingere indietro la canna della pistola, manda il proiettile in avanti verso il bersaglio. Ecco come è stato creato artiglieria a razzo. In esso, un getto di gas non colpisce in avanti, ma all'indietro, creando una reazione diretta in avanti nel proiettile.
Per pistola a razzo la costosa e pesante canna risulta essere superflua. Dirigere il volo di un proiettile è più economico e più semplice tubo di ferro. Puoi fare a meno del tubo e far scorrere il proiettile lungo due lamelle di metallo.
Nel suo design, un proiettile a razzo è simile a un razzo pirotecnico, è solo di dimensioni maggiori. Nella sua parte della testa, invece di una composizione per una scintilla colorata, è posta una carica esplosiva di grande potere distruttivo. Il centro del proiettile è pieno di polvere da sparo che, quando brucia, crea un potente flusso di gas caldi che spinge il proiettile in avanti. In questo caso, la combustione della polvere da sparo può durare una parte significativa del tempo di volo, e non solo il breve periodo di tempo durante il quale un normale proiettile avanza nella canna di una normale pistola. Lo sparo non è accompagnato da un suono così forte.
L'artiglieria missilistica non è più giovane dell'artiglieria ordinaria, e forse anche più antica: antichi libri cinesi e arabi scritti più di mille anni fa riportano l'uso in combattimento dei razzi.
Nelle descrizioni delle battaglie dei tempi successivi no, no, e si parlerà di missili da combattimento. Quando le truppe britanniche conquistarono l'India, i guerrieri missilistici indiani, con le loro frecce dalla coda di fuoco, terrorizzarono gli invasori britannici che schiavizzarono la loro patria. Per gli inglesi a quel tempo le armi a reazione erano una novità.
Granate a razzo inventate dal generale K. I. Konstantinov, i coraggiosi difensori di Sebastopoli nel 1854-1855 respinsero gli attacchi delle truppe anglo-francesi.
Razzo
L'enorme vantaggio rispetto all'artiglieria convenzionale - non era necessario trasportare armi pesanti - attirò l'attenzione dei leader militari sull'artiglieria a razzo. Ma un inconveniente altrettanto grave ne ha impedito il miglioramento.
Il fatto è che la carica propulsiva, o, come si diceva, la carica di forza, poteva essere costituita solo da polvere nera. E la polvere nera è pericolosa da maneggiare. È successo questo durante la produzione missili il propellente è esploso e gli operai sono morti. A volte il razzo esplodeva al momento del lancio, uccidendo gli artiglieri. Costruire e usare tali armi era pericoloso. Ecco perché non è diventato molto diffuso.
Il lavoro iniziato con successo, però, non ha portato alla costruzione di un veicolo spaziale interplanetario. I fascisti tedeschi prepararono e scatenarono una sanguinosa guerra mondiale.
Missile
Le carenze nella produzione di razzi furono eliminate dai progettisti e dagli inventori sovietici. Durante il Grande Guerra Patriottica hanno fornito al nostro esercito eccellenti armi missilistiche. Furono costruiti i mortai delle guardie - furono inventati "Katyusha" e RS ("eres") - razzi.
Missile In termini di qualità, l'artiglieria missilistica sovietica superò tutti i modelli stranieri e causò enormi danni ai nemici.
Difendendo la Patria, il popolo sovietico fu costretto a mettere tutte le conquiste della tecnologia missilistica al servizio della difesa.
Negli stati fascisti, molti scienziati e ingegneri, anche prima della guerra, sviluppavano intensamente progetti per armi di distruzione disumane e massacri. Questo lo consideravano lo scopo della scienza.
Aerei a guida autonoma
Durante la guerra, gli ingegneri di Hitler ne costruirono diverse centinaia aerei a guida autonoma: Proiettili V-1 e razzi V-2. Si trattava di conchiglie a forma di sigaro, lunghe 14 metri e con un diametro di 165 centimetri. Il sigaro mortale pesava 12 tonnellate; di cui 9 tonnellate di carburante, 2 tonnellate di involucri e 1 tonnellata di esplosivi. "V-2" volava a velocità fino a 5.500 chilometri all'ora e poteva raggiungere un'altezza di 170-180 chilometri.
Questi mezzi di distruzione non differivano nella precisione del colpo ed erano adatti solo per sparare a bersagli così grandi come città grandi e densamente popolate. I fascisti tedeschi produssero il V-2 a 200-300 chilometri da Londra nella convinzione che la città fosse grande: avrebbe colpito da qualche parte!
È improbabile che Newton potesse immaginare che la sua spiritosa esperienza e le leggi del movimento da lui scoperte avrebbero costituito la base delle armi create dalla rabbia bestiale nei confronti delle persone, e interi isolati di Londra si sarebbero trasformati in rovine e sarebbero diventati le tombe delle persone catturate dagli raid dei ciechi “FAU”.
Veicolo spaziale
Per molti secoli gli uomini hanno accarezzato il sogno di volare nello spazio interplanetario, di visitare la Luna, il misterioso Marte e la nuvolosa Venere. Su questo argomento sono stati scritti molti romanzi, novelle e racconti di fantascienza. Gli scrittori mandavano i loro eroi in cielo su cigni ammaestrati, palloncini, nei proiettili di cannone o in qualche altro modo incredibile. Tuttavia, tutti questi metodi di volo erano basati su invenzioni che non avevano alcun supporto scientifico. Le persone credevano solo che un giorno sarebbero state in grado di lasciare il nostro pianeta, ma non sapevano come avrebbero potuto farlo.
Scienziato meraviglioso Konstantin Eduardovich Ciolkovskij nel 1903 per la prima volta ha dato base scientifica idea viaggio spaziale . Ha dimostrato che le persone possono lasciare il globo e veicolo a questo servirà un razzo, perché un razzo è l'unico motore che non necessita di alcun supporto esterno per il suo movimento. Ecco perché razzo capace di volare nello spazio senz'aria.
Lo scienziato Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky ha dimostrato che le persone possono lasciare il globo su un razzo In termini di struttura, il veicolo spaziale dovrebbe essere simile a un razzo, solo nella sua testa ci sarà una cabina per passeggeri e strumenti, e il resto dello spazio sarà occupato da una fornitura di miscela combustibile e da un motore.
Per dare alla nave la velocità richiesta, è necessario il carburante giusto. La polvere da sparo e altri esplosivi non sono affatto adatti: sono pericolosi e bruciano troppo rapidamente, non fornendo movimento a lungo termine. K. E. Tsiolkovsky consigliava di utilizzare combustibile liquido: alcool, benzina o idrogeno liquefatto, bruciando in un flusso di ossigeno puro o qualche altro ossidante. Tutti hanno riconosciuto la correttezza di questo consiglio, perché a quel tempo non conoscevano il carburante migliore.
Il primo razzo a combustibile liquido, del peso di sedici chilogrammi, fu testato in Germania il 10 aprile 1929. Il razzo sperimentale decollò in aria e scomparve alla vista prima che l'inventore e tutti i presenti potessero tracciare dove volava. Non è stato possibile trovare il razzo dopo l'esperimento. La volta successiva, l'inventore decise di "superare in astuzia" il razzo e gli legò una corda lunga quattro chilometri. Il razzo decollò trascinandosi dietro la coda di corda. Ha tirato fuori due chilometri di corda, l'ha spezzata e ha seguito il suo predecessore in una direzione sconosciuta. E anche questo fuggitivo non è stato trovato.
La legge di conservazione della quantità di moto è di grande importanza quando si considera il moto del getto.
Sotto propulsione a getto comprendere il movimento di un corpo che si verifica quando una parte di esso si separa con una certa velocità rispetto ad esso, ad esempio, quando i prodotti della combustione escono da un ugello a getto aereo. In questo caso, il cosiddetto forza di reazione spingendo il corpo.
La particolarità della forza reattiva è che nasce dall'interazione tra parti del sistema stesso senza alcuna interazione con corpi esterni.
Mentre la forza che imprime l'accelerazione, ad esempio, a un pedone, a una nave o a un aereo, nasce solo dall'interazione di questi corpi con il suolo, l'acqua o l'aria.
Pertanto, il movimento di un corpo può essere ottenuto come risultato del flusso di un flusso di liquido o gas.
Movimento del getto in natura inerente principalmente agli organismi viventi che vivono in un ambiente acquatico.
Nella tecnologia propulsione a getto utilizzati nei trasporti fluviali (motori a getto d'acqua), nell'industria automobilistica ( auto da corsa), negli affari militari, nell'aviazione e nell'astronautica.
Tutti i moderni aerei ad alta velocità sono dotati di motori a reazione, perché... sono in grado di fornire la velocità di volo richiesta.
IN spazio esternoÈ impossibile utilizzare motori diversi dai motori a reazione, poiché non esiste alcun supporto da cui si possa ottenere l'accelerazione.
Storia dello sviluppo della tecnologia dei jet
Il creatore del missile da combattimento russo fu lo scienziato dell'artiglieria K.I. Konstantinov. Con un peso di 80 kg, la portata del razzo di Konstantinov raggiunse i 4 km.
L'idea di utilizzare la propulsione a reazione in un aereo, il progetto di un dispositivo aeronautico a reazione, fu avanzata nel 1881 da N.I. Kibalchich.
Nel 1903, il famoso fisico K.E. Tsiolkovsky dimostrò la possibilità del volo nello spazio interplanetario e sviluppò il progetto del primo aereo a razzo con motore a propellente liquido.
K.E. Tsiolkovsky ha progettato un treno spaziale composto da una serie di razzi che funzionano alternativamente e cadono man mano che il carburante si esaurisce.
Principi dei motori a reazione
La base di qualsiasi motore a reazione è la camera di combustione, nella quale la combustione del carburante produce gas che hanno molto alta temperatura ed esercitando pressione sulle pareti della camera. I gas fuoriescono ad alta velocità da uno stretto ugello del razzo e creano una spinta del getto. Secondo la legge di conservazione della quantità di moto, il razzo acquisisce velocità nella direzione opposta.
La quantità di moto del sistema (prodotti della combustione di razzi) rimane zero. Poiché la massa del razzo diminuisce, anche con una portata di gas costante, la sua velocità aumenterà, raggiungendo gradualmente il suo valore massimo.
Il moto di un razzo è un esempio del moto di un corpo con massa variabile. Per calcolare la sua velocità si usa la legge di conservazione della quantità di moto.
I motori a reazione si dividono in motori a razzo e motori a respirazione d'aria.
Motori a razzo Disponibili con combustibile solido o liquido.
Nei motori a razzo a propellente solido, il carburante, che contiene sia carburante che ossidante, viene forzato all'interno della camera di combustione del motore.
IN motori a getto liquido, destinato a funzionare astronavi, carburante e ossidante vengono immagazzinati separatamente in appositi serbatoi e forniti alla camera di combustione mediante pompe. Possono utilizzare cherosene, benzina, alcool, idrogeno liquido, ecc. come combustibile e ossigeno liquido, acido nitrico, ecc. come agente ossidante necessario per la combustione.
I moderni razzi spaziali a tre stadi vengono lanciati verticalmente e, dopo aver attraversato gli strati densi dell'atmosfera, vengono trasferiti in volo in una determinata direzione. Ogni stadio del razzo ha il proprio serbatoio del carburante e quello dell'ossidante, nonché il proprio motore a reazione. Man mano che il carburante brucia, gli stadi esauriti del razzo vengono scartati.
Motori a reazione attualmente utilizzato principalmente negli aerei. La loro principale differenza rispetto ai motori a razzo è che l'ossidante per la combustione del carburante è l'ossigeno dell'aria che entra nel motore dall'atmosfera.
I motori a respirazione d'aria includono motori turbocompressori con compressore sia assiale che centrifugo.
L'aria in tali motori viene aspirata e compressa da un compressore azionato da una turbina a gas. I gas che escono dalla camera di combustione creano una forza di spinta e fanno ruotare il rotore della turbina.
A velocità di volo molto elevate è possibile ottenere la compressione dei gas nella camera di combustione a causa dell'aria in arrivo flusso d'aria. Non è necessario un compressore.
Propulsione a reazione in natura e tecnologia
ESTRATTO DI FISICA
Propulsione a getto- movimento che si verifica quando una qualsiasi parte di esso viene separata dal corpo ad una certa velocità.
La forza reattiva avviene senza alcuna interazione con corpi esterni.
Applicazione della propulsione a reazione in natura
Molti di noi nella nostra vita hanno incontrato meduse mentre nuotavano nel mare. In ogni caso, ce ne sono abbastanza nel Mar Nero. Ma poche persone pensavano che anche le meduse usassero la propulsione a reazione per muoversi. Inoltre, è così che si muovono le larve di libellula e alcuni tipi di plancton marino. E spesso l'efficienza degli invertebrati marini quando utilizzano la propulsione a reazione è molto superiore a quella delle invenzioni tecnologiche.
La propulsione a reazione è utilizzata da molti molluschi: polpi, calamari, seppie. Ad esempio, un mollusco di capesante si muove in avanti a causa della forza reattiva di un flusso d'acqua espulso dal guscio durante una forte compressione delle sue valvole.
Polpo
Seppia
Le seppie, come la maggior parte dei cefalopodi, si muovono nell'acqua nel modo seguente. Prende l'acqua nella cavità branchiale attraverso una fessura laterale e uno speciale imbuto davanti al corpo, quindi lancia energicamente un flusso d'acqua attraverso l'imbuto. La seppia dirige il tubo dell'imbuto lateralmente o indietro e, spremendone rapidamente l'acqua, può muoversi in diverse direzioni.
La salpa è un animale marino dal corpo trasparente; quando si muove riceve l'acqua attraverso l'apertura anteriore, e l'acqua entra in un'ampia cavità, all'interno della quale le branchie sono distese diagonalmente. Non appena l'animale beve un abbondante sorso d'acqua, il buco si chiude. Quindi i muscoli longitudinali e trasversali della salpa si contraggono, tutto il corpo si contrae e l'acqua viene espulsa attraverso l'apertura posteriore. La reazione del getto in fuga spinge la salpa in avanti.
Il motore a reazione del calamaro è di grande interesse. Il calamaro è il più grande abitante invertebrato delle profondità oceaniche. I calamari hanno raggiunto la massima perfezione nella navigazione a reazione. Hanno persino i propri corpi forme esterne copia il razzo (o per meglio dire, il razzo copia il calamaro, poiché in questa materia ha la priorità indiscutibile). Quando si muove lentamente, il calamaro utilizza una grande pinna a forma di diamante che si piega periodicamente. Utilizza un motore a reazione per lanciarsi rapidamente. Tessuto muscolare: il mantello circonda il corpo del mollusco su tutti i lati; il volume della sua cavità è quasi la metà del volume del corpo del calamaro. L'animale aspira l'acqua all'interno della cavità del mantello, quindi lancia bruscamente un getto d'acqua attraverso uno stretto ugello e si muove all'indietro con spinte ad alta velocità. Allo stesso tempo, tutti e dieci i tentacoli del calamaro sono raccolti in un nodo sopra la sua testa e assume una forma snella. L'ugello è dotato di una valvola speciale e i muscoli possono ruotarlo, cambiando la direzione del movimento. Il motore del calamaro è molto economico, è in grado di raggiungere velocità fino a 60 - 70 km/h. (Alcuni ricercatori ritengono che possa raggiungere anche i 150 km/h!) Non c’è da stupirsi che il calamaro sia chiamato “siluro vivente”. Piegando i tentacoli avvolti a destra, a sinistra, in alto o in basso, il calamaro gira in una direzione o nell'altra. Poiché un volante del genere, rispetto all'animale stesso, ha un aspetto molto grandi dimensioni, quindi il suo leggero movimento è sufficiente affinché il calamaro, anche a tutta velocità, possa schivare facilmente una collisione con un ostacolo. Una brusca svolta del volante e il nuotatore si precipita dentro retro. Quindi ha piegato indietro l'estremità dell'imbuto e ora scivola a testa in giù. L'ha piegato a destra e la spinta del getto lo ha gettato a sinistra. Ma quando hai bisogno di nuotare velocemente, l'imbuto sporge sempre proprio tra i tentacoli e il calamaro si precipita per primo con la coda, proprio come correrebbe un gambero: un camminatore veloce dotato dell'agilità di un cavallo.
Se non c'è bisogno di correre, calamari e seppie nuotano con pinne ondulate: onde in miniatura li attraversano da davanti a dietro e l'animale scivola con grazia, spingendosi di tanto in tanto anche con un getto d'acqua gettato da sotto il mantello. Quindi sono chiaramente visibili gli shock individuali che il mollusco riceve al momento dell'eruzione dei getti d'acqua. Alcuni cefalopodi possono raggiungere velocità fino a cinquantacinque chilometri orari. Sembra che nessuno abbia effettuato misurazioni dirette, ma questo può essere giudicato dalla velocità e dal raggio di volo dei calamari volanti. E si scopre che i polpi hanno tali talenti nella loro famiglia! Il miglior pilota tra i molluschi è il calamaro Stenoteuthis. I marinai inglesi lo chiamano calamaro volante (“calamaro volante”). Questo è un piccolo animale delle dimensioni di un'aringa. Insegue i pesci con una velocità tale che spesso salta fuori dall'acqua, sfiorandone la superficie come una freccia. Ricorre a questo trucco per salvarsi la vita dai predatori: tonno e sgombro. Avendo sviluppato la massima spinta del getto nell'acqua, il calamaro pilota decolla in aria e vola sopra le onde per più di cinquanta metri. L'apogeo del volo di un razzo vivente si trova così in alto sopra l'acqua che i calamari volanti spesso finiscono sui ponti delle navi oceaniche. Da quattro a cinque metri non è un'altezza record alla quale i calamari si alzano in cielo. A volte volano ancora più in alto.
Il ricercatore inglese di molluschi Dr. Rees descrisse in un articolo scientifico un calamaro (lungo solo 16 centimetri), che, dopo aver volato per una discreta distanza in aria, cadde sul ponte di uno yacht, che si innalzava di quasi sette metri sopra l'acqua.
Succede che molti calamari volanti cadono sulla nave in una cascata scintillante. L'antico scrittore Trebius Niger una volta raccontò una triste storia di una nave che presumibilmente affondò sotto il peso dei calamari volanti caduti sul ponte. I calamari possono decollare senza accelerazione.
Anche i polpi possono volare. Il naturalista francese Jean Verani vide come un normale polpo accelerava in un acquario e improvvisamente saltava fuori dall'acqua all'indietro. Dopo aver descritto nell'aria un arco lungo circa cinque metri, si lasciò cadere nell'acquario. Quando ha preso velocità per saltare, il polpo si è mosso non solo a causa di spinta del getto, ma anche remato con tentacoli.
I polpi larghi nuotano, ovviamente, peggio dei calamari, ma nei momenti critici possono mostrare una classe da record per i migliori velocisti. Lo staff del California Aquarium ha provato a fotografare un polipo che attaccava un granchio. Il polpo si precipitava verso la sua preda con una velocità tale che la pellicola, anche durante le riprese alla massima velocità, conteneva sempre grasso. Ciò significa che il lancio è durato centesimi di secondo! In genere, i polpi nuotano relativamente lentamente. Joseph Seinl, che studiò le migrazioni dei polpi, calcolò: un polpo di mezzo metro nuota nel mare con velocità media circa quindici chilometri orari. Ogni getto d'acqua gettato fuori dall'imbuto lo spinge in avanti (o meglio, all'indietro, visto che il polpo nuota all'indietro) per due-due metri e mezzo.
Il movimento del getto può essere trovato anche nel mondo vegetale. Ad esempio, i frutti maturi del "cetriolo pazzo", al minimo tocco, rimbalzano sul gambo e un liquido appiccicoso con semi viene espulso con forza dal buco risultante. Il cetriolo stesso vola nella direzione opposta fino a 12 m.
Conoscendo la legge di conservazione della quantità di moto, puoi modificare la tua velocità di movimento nello spazio aperto. Se sei su una barca e hai diverse pietre pesanti, lanciarle in una certa direzione ti sposterà nella direzione opposta. Lo stesso accadrà nello spazio, ma lì usano i motori a reazione per questo.
Tutti sanno che un colpo di pistola è accompagnato da un rinculo. Se il peso del proiettile fosse uguale al peso della pistola, si allontanerebbero alla stessa velocità. Il rinculo avviene perché la massa di gas espulsa crea una forza reattiva, grazie alla quale il movimento può essere assicurato sia nell'aria che nello spazio senz'aria. E maggiore è la massa e la velocità dei gas che fluiscono, maggiore è la forza di rinculo percepita dalla nostra spalla, più forte è la reazione dell'arma, maggiore è la forza reattiva.
Applicazione della propulsione a reazione nella tecnologia
Per molti secoli l'umanità ha sognato il volo spaziale. Gli scrittori di fantascienza hanno offerto di più mezzi diversi per raggiungere questo obiettivo. Nel XVII secolo apparve una storia Scrittore francese Cyrano de Bergerac sul volo sulla luna. L'eroe di questa storia raggiunse la Luna su un carro di ferro, sul quale lanciò costantemente un potente magnete. Attratto da lui, il carro salì sempre più in alto sopra la Terra fino a raggiungere la Luna. E il barone di Munchausen disse di essere salito sulla luna lungo un gambo di fagioli.
Alla fine del primo millennio d.C., la Cina inventò la propulsione a reazione, che alimentava i razzi: tubi di bambù pieni di polvere da sparo, usati anche come divertimento. Anche uno dei primi progetti automobilistici prevedeva un motore a reazione e questo progetto apparteneva a Newton
L'autore del primo progetto al mondo di un aereo a reazione destinato al volo umano fu il rivoluzionario russo N.I. Kibalchich. Fu giustiziato il 3 aprile 1881 per la sua partecipazione all'attentato all'imperatore Alessandro II. Ha sviluppato il suo progetto in carcere dopo essere stato condannato a morte. Kibalchich ha scritto: “Mentre ero in prigione, pochi giorni prima della mia morte, sto scrivendo questo progetto. Credo nella fattibilità della mia idea, e questa fede mi sostiene nella mia terribile situazione... Affronterò con calma la morte, sapendo che la mia idea non morirà con me.”
L'idea di utilizzare i razzi per i voli spaziali fu proposta all'inizio di questo secolo dallo scienziato russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Nel 1903 apparve in stampa un articolo dell'insegnante del ginnasio di Kaluga K.E. Tsiolkovsky “Esplorazione degli spazi del mondo utilizzando strumenti reattivi”. Quest'opera conteneva la più importante equazione matematica per l'astronautica, oggi conosciuta come la “formula Tsiolkovsky”, che descriveva il movimento di un corpo di massa variabile. Successivamente, sviluppò un progetto per un motore a razzo a combustibile liquido, propose un progetto di razzo a più stadi ed espresse l'idea della possibilità di creare intere città spaziali nell'orbita terrestre bassa. Ha dimostrato che l'unico dispositivo in grado di superare la gravità è un razzo, ad es. un dispositivo con un motore a reazione che utilizza carburante e ossidante situati sul dispositivo stesso.
Caricamento...
