Реактивное движение. Открытый урок по физике «Реактивное движение

Муниципальное казенное вечернее (сменное)общеобразовательное учреждение

"Вечерняя (сменная) общеобразовательная школа №4 при ИК"

План-конспект урока по физике в 10 классе

Тема урока: Реактивное движение.

Учитель физики

Локтев Владимир Александрович

Мариинск, 2016 г.

Конспект урока по физике в 10-м классе: "Реактивное движение. "

Тема: “Законы сохранения в механике”.

Урок 25/2: “ Реактивное движение. Успехи в освоении космоса”.

Тип урока: объяснение нового материала.

Цели урока:

формулировать принцип реактивного движения, приводить примеры реактивного движения, применять закон сохранения импульса для объяснения реактивного движения;

объяснять прочитанное, выделять главное, знакомое и новое, в прочитанном научно-популярном тексте, представлять информацию в виде развернутого плана, схем, таблиц;

обсуждать и отбирать в группах информацию для презентации, выступать публично с сообщением, добавлять и оценивать выступления других, формулировать вопросы.

Оборудование к уроку: шарик, надутый воздухом, фрагмент видеофильма «Космический полет», статьи для чтения.

Ход урока.

Деятельность учителя	Деятельность учеников
1 этап. Подготовка к основному этапу занятия. Продолжительность - 8 мин. Учитель демонстрирует пример реактивного движения: движение надутого воздухом шарика, если развязать нить, стягивающую отверстие. И в ходе демонстрации задает ученикам следующие вопросы: 1) Из каких тел состоит данная система? 2) Чему равен импульс системы, когда отверстие шарика было завязано? 3) Чему равен суммарный импульс системы при открытом отверстии? Учитель делает вывод о том, что импульс шарика изменился, импульс воздуха изменился, а суммарный импульс системы остался равным нулю, и это означает, что векторы импульсов шарика и воздуха направлены в противоположные стороны, т.е. шарик начинает двигаться в сторону противоположную воздушной струе. Учитель предлагает ученикам записать в тетради закон сохранения импульса для рассмотренной системы. Учитель может еще продемонстрировать вращение сегнерового колеса.	1 этап. Ученики, наблюдая демонстрацию, дают следующие ответы: 1) Из двух тел – шарика и воздуха в нем. 2) Т.к. шарик с находящимся внутри него воздухом покоится, то импульс системы равен нулю. 3) По закону сохранения импульса суммарный импульс системы должен остаться таким же, каким был до начала истечения воздуха, т.е. равным нулю. Ученики самостоятельно записывают в своих тетрадях закон сохранения импульса в векторной и скалярной форме: 0 = m в v в + m ш v ш (векторная форма); 0 = m в v в - m ш v ш (скалярная форма), v ш = m в v в/ т ш, где m в , m ш – масса вытекаемого воздуха и резиновой оболочки шарика соответственно; v в , v ш – скорость воздуха и шарика соответственно.
2 этап. Усвоение новых знаний. Продолжи-тельность - 2 мин. Учитель дает определение: ”Реактивное движение – это движение, которое возникает, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью какая-то его часть”. Учитель говорит, что реактивное движение используют для своего перемещения, например, осьминоги, кальмары, медузы. Принцип реактивного движения находит широкое практическое применение в авиации и космонавтике.	2 этап. Ученики записывают определение в тетради.
3 этап. Закрепление знаний. Продолжи-тельность - 20 мин. Просмотр видеофрагмента «Космический полет» ответить на вопросы 1 назвать ученых развивавших теорию космонавтики 2от чего зависит скорость ракеты? 1) “Кто придумал ракету?” 2) “Что такое ракета?” 3) ”Как устроена ракета?”	3 этап. Ученики отвчают на вопросы после просмотра видеофрагмента; читают статьи в группах и один ученик из группы отвечает устно у доски, выделяя с помощью учителя главное в прочитанной статье в виде развернутого плана: I. История создания ракеты 1) Древний Китай – родина пороха. Ракета - оружие и игрушка. 2) При Петре I – сигнальная ракета. 3) Н. Кибальчич предложил использовать ракету для воздухоплавания. 4) К.Э. Циолковский изобрел многоступенчатую ракету. 5) С.П. Королев воплотил расчеты и формулы в космические аппараты. II. Устройство и принцип действия ракеты . Основные части ракеты: 1 - корпус, 2 - головная часть, в которой помещается полезный груз (спутник, человек, боеголовка и т.д.), 3- многоступенчатый двигатель (топливо и окислитель, камера сгорания, реактивное сопло). Ракетное топливо: 1) жидкое (спирт, керосин, водород), 2) твердое (порох различного состава). Окислитель – жидкий кислород, фтор, азотная кислота. Ш. История полетов человека в космос 1) 04.10.1957 – начало космической эры. Запуск первого искусственного спутника Земли. 2) 12 апреля 1961г. – 108-минутный полет Юрия Гарина в космосе на корабле “Восток-1”. 3) 1965 г. – 10-минутный выход космонавта А.А. Леоновав открытый космос. 5) 1971 г. - запуск первой орбитальной станции “Салют-1” (СССР). 6) В 1981 г. многоразовый космический корабль “Спейс Шатлл” (США) совершает первый испытательный полет в космос .
4 этап. Обобщение и систематизация знаний. Продолжительность – 5 мин. Учитель говорит о том, что реактивное движение – это пример практического применения закона сохранения импульса. Примером реактивного движения может служить движение ракет. Ракета может двигаться, не взаимодействуя ни с какими другими телами, кроме продуктов сгорания содержащегося в ней топлива. Поэтому ракеты можно использовать для передвижения в безвоздушном космическом пространстве.	4 этап. Ученики, классифицируя и систематизируя знания, выявляя внутрипредметные связи, принимают участие в составлении следующего кластера (см.):
5 этап. Подведение итогов урока. Информация о домашнем задании. Продолжительность – 5 мин. Учитель делает анализ и оценку успешности достижения цели, выставляет отметки и объясняет домашнее задание:	5 этап. Ученики записывают домашнее задание, задают вопросы.

Примеры РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ В ПРИРОДЕ

Под реактивным понимают движение тела, возникающее при отделении некоторой его части с определенной скоростью относительно тела. При этом возникает т.н. реактивная сила, сообщающая телу ускорение.

ИЗ ИСТОРИИ РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ

Первые пороховые фейерверочные и сигнальные ракеты были применены в Китае в 10 веке. В 18 веке при ведении боевых действий между Индией и Англией, а также в Русско-турецких войнах. были использованы боевые ракеты.

Живые ракеты.

Реактивное движение, используемое ныне в самолетах, ракетах и космических снарядах, свойственно осьминогам, кальмарам, каракатицам, медузам – все они, без исключения, используют для плавания реакцию (отдачу) выбрасываемой струи воды.

Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Он передвигается по принципу реактивного движения, вбирая в себя воду, а затем с огромной силой проталкивая ее через особое отверстие - "воронку", и с большой скоростью (около 70 км\час) двигается толчками назад. При этом все десять щупалец кальмара собираются в узел над головой и он приобретает обтекаемую форму.

Инженеры уже создали двигатель, подобный двигателю кальмара. Его называют водометом. В нем вода засасывается в камеру. А затем выбрасывается из нее через сопло; судно движется в сторону, противоположную направлению выброса струи. Вода засасывается при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя.

Сальпа - морское животное с прозрачным телом, при движении принимает воду через переднее отверстие, причем вода попадает в широкую полость, внутри которой по диагонали натянуты жабры. Как только животное сделает большой глоток воды, отверстие закрывается. Тогда продольные и поперечные мускулы сальпы сокращаются, все тело сжимается и вода через заднее отверстие выталкивается наружу. Реакция вытекающей струи толкает сальпу вперед.

Билимович Б.Ф. "Физические викторины"

Бешеный огурец

Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений.

В южных странах (и у нас на побережье Черного моря тоже) произрастает растение под названием "бешеный огурец". Стоит только слегка прикоснуться к созревшему плоду, похожему на огурец, как он отскакивает от плодоножки, а через образовавшееся отверстие из плода фонтаном со скоростью до 10 м/с вылетает жидкость с семенами.

Сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении. Стреляет бешеный огурец (иначе его называют «дамский пистолет») более чем на 12 м.

ДОМАШНИЙ ОПЫТ

"Реактивная банка"

Возьмите пустую консервную банку без верхней крышки. На равных расстояниях по верхнему ободу банки проделайте три маленьких отверстия и вставьте в них прочные нити, с помощью которых можно будет подвесить банку к водопроводному крану. У донышка на боковой стенке банки проделайте пару отверстий напротив друг друга диаметром около 5 см. Подвесьте банку на водопроводный кран и откройте кран с водой, чтобы банка наполнилась. Банка начнет вращаться! Отрегулируйте силу водяной струю так, чтобы вращение не прекращалось.

А КАК БЫ ТЫ ПОСТУПИЛ НА ЕГО МЕСТЕ?

Известна старинная легенда о богаче с мешком золотых, который, оказавшись на абсолютно гладком льду озера, замерз, но не пожелал расстаться с богатством. А ведь он мог спастись, если бы не был так жаден! Достаточно было оттолкнуть от себя мешок с золотом, и богач сам заскользил бы по льду в противоположную сторону по закону сохранения импульса.

§ 1 Реактивное движение

Реактивное движение - это движение тела, возникающее при отделении от него некоторой части массы с определенной скоростью. Принцип реактивного движения основан на законе сохранения импульса изолированной механической системы:

полный импульс замкнутой системы должен оставаться постоянным.

Рассмотрим явление реактивного движения на примере ракеты.

В начальный момент времени ракета покоится, то есть ее полный импульс равен нулю. Когда из ракеты начнет выбрасываться с некоторой скоростью часть ее массы (газ)

появляется так называемая реактивная сила

Изменение импульса газа создает реактивную силу.

Ракета получает скорость, направленную в противоположную сторону.

Главная особенность реактивного движения в том, что для осуществления реактивного движения не требуется взаимодействия тела с окружающей средой.

Реактивное движение можно наблюдать, если надуть резиновый шарик и отпустить его.

Шарик стремительно полетит. Реактивная сила будет действовать, пока продолжается истечение воздуха.

Шарик летит за счет взаимодействия с вытекающей из него струей воздуха. Объяснить это явление можно, применяя закон сохранения импульса. Пока отверстие шарика завязано, шарик с находящимся внутри воздухом покоится, импульс такой системы равен нулю. Если открыть отверстие, из шарика с довольно большой скоростью вырвется струя сжатого воздуха. Движущийся воздух обладает некоторым импульсом. Шарик полетит в противоположную сторону с такой скоростью, что его импульс будет равен импульсу воздушной струи. Векторы импульса шарика и воздушной струи направлены в противоположные стороны. Сумма импульсов остается постоянной величиной.

Реактивное движение применяли в глубокой древности. В конце первого тысячелетия нашей эры в Китае реактивное движение приводило в действие

ракеты - бамбуковые трубки, начиненные порохом. Один из первых проектов автомобилей был с реактивным двигателем, и принадлежал этот проект Ньютону. Это произошло в 1680 году.

Реактивное движение можно обнаружить в мире растений. В южных странах да и у нас на садовых участках можно увидеть растение под названием «бешеный огурец».

Плоды бешеного огурца продолговатой формы, длиной 4 - 6 см, шириной 1 - 2 см. Семена удлиненные, мелкие, гладкие, длиной 4 мм. При созревании семян окружающая их ткань превращается в слизистую массу. При этом в плоде образуется большое давление, в результате чего плод отрывается от плодоножки, а семена с силой выбрасываются наружу через образовавшееся отверстие. Сам огурец при этом отлетает в противоположном направлении на расстояние до 12 м.

Многие морские животные «пользуются» для передвижения реактивным движением.

Это кальмары, каракатицы, медузы, осьминоги, морские гребешки. Они используют реакцию выбрасываемой струи воды, отличие состоит лишь в строении тела, то есть в методе забора и выброса воды. Реактивное движение кальмара напоминает движение ракеты. Животное засасывает воду внутрь мантийной полости, а затем резко выбрасывает струю воды через узкое сопло и с большой скоростью двигается толчками назад. Мышечная ткань - мантия окружает тело моллюска со всех сторон, объем ее полости составляет почти половину объема тела кальмара. При этом все десять щупалец кальмара собираются над головой в узел, и он приобретает обтекаемую форму, точно как ракета. Сопло снабжено клапаном, мышцы, поворачивая его, изменяют направление движения кальмара. Кальмара называют «живой торпедой», так как он может развивать скорость до 60 - 70 км/час. Изгибая сложенные пучком щупальца вправо, влево, вверх или вниз, кальмар поворачивает в ту или иную сторону, это позволяет ему увернуться от столкновения с любым препятствием.

После появления в 1881 году проекта народовольца Н.И. Кибальчича эта идея получила дальнейшее развитие в трудах преподавателя калужской гимназии Константина Эдуардовича Циолковского. В 1903 году появилась в печати статья К.Э. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В статье было изложено важнейшее для космонавтики математическое уравнение, известное в наше время как «формула Циолковского», которое описывает движение тела переменной массы. В дальнейшем он разработал схему ракетного двигателя на жидком топливе, предложил многоступенчатую конструкцию ракеты. Циолковский показал, что единственный аппарат, способный преодолеть силу тяжести - это ракета, то есть аппарат с реактивным двигателем, используемый горючее и окислитель, находящиеся в самом аппарате.

Нашей стране принадлежит великая честь запуска 4 октября 1957 года первого искусственного спутника Земли. Первым человеком, который совершил полет в космическом пространстве, был гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. 12 апреля 1961 года он облетел земной шар на корабле- спутнике «Восток» за 1 час и 48 минут. Эти и другие полеты были совершены на ракетах, сконструированных советскими учеными и инженерами под руководством Сергея Павловича Королева. Под его руководством созданы многие баллистические и геофизические ракеты-носители, пилотируемые космические корабли «Восток» и «Восход», на которых впервые в истории совершены космический полет человека и выход человека в космическое пространство.

Советские ракеты первыми достигли Луну и сфотографировали невидимую с Земли сторону, первыми достигли планету Венера и доставили на ее поверхность научные приборы. С выходом человека в космос открылась возможность исследования природных явлений,ресурсов Земли и других планет. В настоящее время в связи с освоением космоса получили широкое распространение реактивные двигатели. Реактивный двигатель - это двигатель, преобразующий химическую энергию топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель приобретает скорость в противоположнм направлении. Все современные скоростные самолеты оснащены реактивными двигателями, а в космосе использовать какие-либо другие двигатели, кроме реактивных, невозможно, так как там нет опоры, от которой, отталкиваясь, корабль получил бы ускорение.

В любой ракете, независимо от ее конструкции, всегда есть оболочка и топливо с окислителем. Оболочка ракеты включает в себя полезный груз (космический корабль), приборный отсек и двигатель (камера сгорания, насосы сопло и так далее). 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. Благодаря большой разности давлений в камере сгорания и в космическом пространстве газы из камеры, сгорая, мощной струей устремляются наружу через раструб специальной формы, называемый соплом. Назначение сопла состоит в том, чтобы повысить скорость струи газа.

Перед стартом ракеты ее импульс равен нулю. Ракета представляет собой замкнутую систему, ее общий импульс до и после запуска равен нулю. На основании закона сохранения импульса оболочка ракеты со всем, что в ней находится, получает импульс, равный по модулю импульсу газа, но противоположный по направлению. Речь шла об одноступенчатой ракете. Чтобы вывести спутник на околоземную орбиту, необходима многоступенчатая ракета.

Наиболее массивную часть ракеты, предназначенную для старта и разгона всей ракеты, называют первой ступенью. Когда первая массивная ступень многоступенчатой ракеты исчерпает все запасы топлива, она отделяется. Дальнейший разгон продолжает вторая, менее массивная ступень, она увеличивает ранее достигнутую при помощи первой ступени скорость, а затем отделяется. Третья ступень продолжает наращивание скорости до необходимого значения и доставляет полезный груз на орбиту.

Для чего надо осваивать космос? Космические исследования проводятся с целью зондирования Земли, создания телекоммуникационных систем, предупреждения экологических катастроф, разработки новых материалов и устройств, применяемых в промышленности, в сельском хозяйстве, медицине.

§ 2 Краткий итог урока

Реактивное движение- это движение, возникающее при отделении от тела с определенной скоростью некоторой его части.

Объяснить реактивное движение можно, используя закон сохранения импульса. Особенность реактивного движения в том, что для осуществления реактивного движения не требуется взаимодействия тела с окружающей средой.

Ракета представляет собой замкнутую систему, импульс системы до и после запуска равен нулю. Первый искусственный спутник Земли был запущен 4 октября 1957 года с космодрома Байконур в СССР. Первым человеком, который совершил полет в космическом пространстве, был гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин. 12 апреля 1961 года он облетел земной шар на корабле-спутнике «Восток» за 1 час и 48 минут. Эти и другие полеты были совершены на ракетах, сконструированных советскими учеными и инженерами под руководством Сергея Павловича Королева.

Список использованной литературы:

Касьянов В.А. Физика. 10 кл. Базовый уровень: учеб. для общеобразоват. учрежден. – 3-е изд. перераб. / Касьянов В.А. – М.: Дрофа, 2012. – 271 с.: илл.
Мякишев Г.Я. Физика. 10 кл. учеб. для общеобразоват. учрежден. Базовый и профильный уровень: – 3-е изд. перераб. / Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.; под. ред. Николаева В.И., Парфентьевой Н.А. – 19-е изд. М.: Просвещение, 2010. – 366 с.: илл.
Мякишев Г.Я. Физика. 10 кл. учеб. для общеобразоват. учрежден. Базовый и профильный уровень: – 3-е изд. перераб./ Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.; под. ред. Николаева В.И., Парфентьевой Н.А. – 19-е изд. М.: Просвещение, 2010. – 366 с.: илл.
Касаткина И.Л. Репетитор по физике: механика, молекулярная физика, термодинамика / Касаткина И.Л. Изд-е 14-е / Под. ред. Т.В. Шкиль. – Ростов н/Дону: Феникс, 2013. – 852с.: илл.
Кабардин О.Ф., Кабардина С.И., Орлов В.А. Контрольные и проверочные работы по физике. - М.: Дрофа, 2000 190 с.
Методическое письмо «О преподавании учебного предмета «Физика» в условиях введения федерального компонента государственного стандарта общего образования».
http://festival.1september.ru/articles/413630/

Использованные изображения:

Представляем вашему вниманию урок по теме «Реактивное движение. Значение работ К.Э. Циолковского». На этом уроке мы обсудим, что собой представляет реактивное движение и как оно связано с движением ракет и самолетов. Вначале дадим определение этому виду движения. С помощью формул рассмотрим его взаимосвязь с законом сохранения импульса. Обсудим значение работ К.Э. Циолковского.

Тема урока тесно связана с законом сохранения импульса и называется «Реактивное движение ». Сегодня мы обсудим, что это за движение и как оно определяет движение ракет и самолетов.

Явление отдачи

На практике часто приходится сталкиваться с ситуацией, когда тело под действием внутренних сил распадается на части. Если внутренние силы достаточно велики по сравнению с внешними силами, то можно применять закон сохранения импульса и описывать движение этих тел. Эта ситуация имеет название «явление отдачи». Примером такого явления является выстрел снарядом из пушки (рис. 1).

Рис. 1. Выстрел снарядом из пушки

Пушка выстреливает снарядом. Снаряд движется в направлении оси . По закону сохранения импульса пушка начнет двигаться в противоположную сторону. Для простоты будем считать, что все скорости направлены вдоль одной прямой параллельно оси .

Запишем закон сохранения импульса. До выстрела система покоилась, значит, импульс был равен нулю. После выстрела импульс системы состоит из двух частей: импульс снаряда и импульс пушки. Получаем:

Перепишем полученное выражение в проекциях на ось . При этом скорость снаряда будет со знаком «+», а скорость пушки (скорость отдачи) со знаком «-».

Выразим скорость, с которой откатится пушка:

Подставим следующие значения: .

В реальности данная скорость может быть меньше за счет того, что масса пушки будет больше. Или же за счет специального оборудования (противооткатные опоры, гидропневматический амортизатор), которое предотвращает откат назад. В современных автоматах и пулеметах за счет энергии отдачи происходит перезаряд орудия и выброс гильзы.

Явление отдачи - это причина любого движения на Земле. Рассмотрим движение автомобиля. Он катится по земле, и между автомобилем и землей возникает сила трения. Эта сила является внутренней для системы «автомобиль - Земля». Фактически автомобиль отталкивается от Земли и приобретает скорость в одну сторону, а Земля приобретает скорость в противоположную сторону. Конечно, Земля имеет намного большую массу, чем автомобиль, и она не движется в том направлении, в котором она должна была бы двигаться, если бы имела малую массу.

Явление отдачи сопровождает многие процессы в микромире. Например, процесс деления ядра урана при попадании в него медленного нейтрона (рис. 2). До деления ядро и нейтрон можно считать неподвижным, а после деления два осколка разлетаются с большой скоростью в разные стороны. Здесь тоже применим закон сохранения импульса.

Рис. 2. Процесс деления ядра урана

Наиболее привычным примером явления отдачи является реактивное движение (движение космических ракет).

На сегодняшний день реактивное движение широко распространено не только среди ракет и самолетов, многие животные тоже используют реактивное движение. Например, такие морские животные, как осьминоги или каракатицы, используют как раз реактивное движение. Они набирают воду, потом ее под давлением из себя выдавливают, и это приводит к тому, что они быстро перемещаются под водой (рис. 3).

Рис. 3. Реактивное движение осьминога и каракатицы

Определение. Реактивным движением называют движение, которое происходит в результате отделения от тела какой-либо его части или, наоборот, если к телу присоединяется какая-либо часть.

Как связано реактивное движение с импульсом? Если мы рассматриваем тело, в котором находится определенное количество газов (именно за счет газов чаще всего и осуществляется реактивное движение в технике), и если эта масса газов отделяется от тела с большой скоростью, то импульс газов будет численно равен импульсу самого тела (рис. 4):

В проекциях на ось :

Рис. 4. Реактивное движение ракеты

Соответственно, скорость ракеты можно определить для данного мгновения времени следующим образом: .

Важно понимать, как скорость газов влияет на увеличение скорости оболочки, т. е., чем больше скорость вырывающихся газов, тем больше скорость самой оболочки. Заметим, что эта формула записана для мгновенного сгорания газов, а в ракетах не происходит такого: топливо сгорает постепенно.

Как движется ракета?

Ракета движется благодаря выбрасыванию горючего в сторону, противоположную движению ракеты.

Рассмотрим движение ракеты (рис. 5).

Рис. 5. Движение ракеты

Пусть в начальный момент скорость ракеты равна , а масса ракеты вместе с газами и окислителем равна . Газы вытекают со скоростью относительно ракеты. Через некоторое время скорость ракеты станет , а масса ракеты . Масса вытекшего газа за время равна разности масс и . Скорость газов относительно Земли равна разности скорости и . В начальный момент времени суммарный импульс равен . После промежутка времени импульс равен сумме импульса ракеты и импульса вытекающих газов. Запишем закон сохранения импульса:

Если спроектировать закон сохранения импульса на ось и провести преобразования, можно получить закон, который описывает движение ракеты:

Знак минуса говорит о том, что ракета и газы движутся в разных направлениях. Разделим обе части этого уравнения на промежуток времени, в течение которого ракета разгонялась до скорости . Слева у нас получится сила тяги:

Слева у нас получится массовый расход , умноженный на скорость газов. В итоге получаем выражение для реактивной силы тяги:

Реактивная сила тяги зависит от двух параметров: от скорости, которой выбрасываются газы, и от массового расхода.

Постепенно масса ракеты уменьшается за счет сгорания топлива, и газы, вырывающиеся из ракеты, соответственно увеличивают скорость уже тела с уменьшающейся массой (рис. 6). В данном случае нужно говорить о законе сохранения импульса с переменной массой.

Рис. 6. Уменьшение массы ракеты

Реактивное движение бывает двух видов. Реактивное движение само по себе характерно для ракет в космосе. Ракеты летают во всех средах, в том числе в вакууме, и движение ракет обеспечивается наличием топлива и окислителя для него внутри самой ракеты.

Воздушно-реактивное движение - второй вид реактивного движения, характерный для реактивных самолетов. В этом случае никакой окислитель не нужен, потому что самолет летит в воздушном пространстве и, двигаясь с большой скоростью, прокачивает через себя большое количество воздуха (кислорода), который и окисляет топливо, дает большую температуру сгорания. Образуются газы, которые заставляют двигаться самолет вперед (рис. 7).

Рис. 7. Движение самолета

Ракетный двигатель содержит все компоненты рабочего тела на борту и способен работать в любой среде.

Воздушно-реактивный двигатель использует энергию окисления горючего кислородом воздуха, забираемого из атмосферы.

Чтобы перемещаться дальше в пространстве, необходимо постоянно увеличивать массу горючего. Так, например, чтобы создать такую ракету, которая преодолела бы силу притяжения Солнца, потребуется масса топлива в 55 раз больше, чем масса самой ракеты.

Расчет запаса топлива для ракеты

Сколько необходимо взять топлива на ракету, чтобы она стала искусственным спутником Земли?

Представим, что масса ракеты . Ускорение, которое будет у ракеты во время подъема на орбиту, равно . Посчитаем силу тяги:

У современных ракет скорость выброса газов равна .

Найдем массовый расход:

Если учесть, что первая космическая скорость , то при заданном ускорении этой скорости можно достигнуть за время .

Тогда нам понадобится горючего:

Обратите внимание, что масса топлива в 2 раза больше массы ракеты. Наши расчеты не совсем точны. Ведь в начальный момент масса ракеты не 10 тонн, а 30 тонн, с учетом массы топлива.

Если говорить об устройстве ракеты, важно понимать, что все ракеты строятся по одному и тому же принципу. Во-первых, это головная часть. Приборный отсек. Вторая часть - бак с топливом и окислитель. При смешивании этих двух частей происходит возгорание, сгорание топлива. Далее идут насосы и сопло (рис. 8). Форма сопла - того места, откуда вырываются газы, - имеет значение. Оказывается, изменение формы позволяет изменять скорость движения.

Рис. 8. Устройство ракеты

Список литературы

А так ли хорошо знакомо вам реактивное движение? // Квант. - 2007. - № 5. - С. 32-33.
Николаев В. Космический полет - это так просто!?.. // Квант. - 1990. - № 4. - С. 52-56.
Саенко П.Г. Физика: Учеб. для 9 кл. сред. шк. - М.: Просвещение, 1990. - С. 98-106.
Физика: Механика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / М.М. Балашов, А.И.
Гомонова, А.Б. Долицкий и др.; Под ред. Г.Я. Мякишева. - М.: Дрофа, 2002. - C. 284-307.

Интернет-портал «tsiolkovsky.tass.ru» ()
Интернет-портал «prosopromat.ru» ()
Интернет-портал «poznavayka.org» ()

Домашнее задание

Что такое реактивное движение? Приведите несколько примеров реактивного движения в природе.
Какой закон сохранения используется для получения закон движения ракеты? Сформулируйте его.
Что такое первая космическая скорость? Назовите ее численное значение.

Явление отдачи

Рис. 1. Выстрел снарядом из пушки

Выразим скорость, с которой откатится пушка:

Подставим следующие значения: .

Рис. 2. Процесс деления ядра урана

Наиболее привычным примером явления отдачи является реактивное движение (движение космических ракет).

Рис. 3. Реактивное движение осьминога и каракатицы

В проекциях на ось :

Рис. 4. Реактивное движение ракеты

Соответственно, скорость ракеты можно определить для данного мгновения времени следующим образом: .

Как движется ракета?

Ракета движется благодаря выбрасыванию горючего в сторону, противоположную движению ракеты.

Рассмотрим движение ракеты (рис. 5).

Рис. 5. Движение ракеты

Рис. 6. Уменьшение массы ракеты

Рис. 7. Движение самолета

Ракетный двигатель содержит все компоненты рабочего тела на борту и способен работать в любой среде.

Расчет запаса топлива для ракеты

Сколько необходимо взять топлива на ракету, чтобы она стала искусственным спутником Земли?

У современных ракет скорость выброса газов равна .

Найдем массовый расход:

Тогда нам понадобится горючего:

Рис. 8. Устройство ракеты

Список литературы

А так ли хорошо знакомо вам реактивное движение? // Квант. - 2007. - № 5. - С. 32-33.
Николаев В. Космический полет - это так просто!?.. // Квант. - 1990. - № 4. - С. 52-56.
Саенко П.Г. Физика: Учеб. для 9 кл. сред. шк. - М.: Просвещение, 1990. - С. 98-106.
Физика: Механика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / М.М. Балашов, А.И.
Гомонова, А.Б. Долицкий и др.; Под ред. Г.Я. Мякишева. - М.: Дрофа, 2002. - C. 284-307.

Интернет-портал «tsiolkovsky.tass.ru» ()
Интернет-портал «prosopromat.ru» ()
Интернет-портал «poznavayka.org» ()

Домашнее задание

Что такое реактивное движение? Приведите несколько примеров реактивного движения в природе.
Какой закон сохранения используется для получения закон движения ракеты? Сформулируйте его.
Что такое первая космическая скорость? Назовите ее численное значение.

Задача любой науки, и физики в том числе, не только описать явление, но и найти ему практическое применение. Сегодня мы будем рассматривать реактивное движение, одно из проявлений закона сохранения импульса. Мы с вами совершим мысленное и рассмотрим реактивное движение в разных средах.

Скачать:

Предварительный просмотр:

План-конспект урока в 9 классе по теме:

« Реактивное движение»

Цели урока: Образовательная : познакомить учащихся с понятием реактивного движения на основе закона сохранения энергии, рассмотреть реактивное движение в природе и технике.

Развивающая : подчеркнуть взаимосвязь физики с другими предметами: историей, биологией и др.; вырабатывать у учащихся умение получать знания обрабатывая научные факты.

Воспитательная : способствовать развитию чувства патриотизма.

План урока:

Организационный момент – 1 мин
Постановка цели и задач урока – 3 мин
Проверка домашнего задания – 10 мин
Изучение нового материала – 20 мин
Обобщение знаний – 7 мин
Обсуждение, подведение итогов урока – 3 мин
Задание на дом – 1 мин

Ход урока:

I. Организационный момент (организация внимание, приветствие класса)

II. Постановка цели и задачи урока (объявление темы урока, формулировка задачи)

III. Проверка домашнего задания (§ 21,22 фронтальный опрос; работа по карточкам)

Вопросы к фронтальному опросу

Какие физические величины имеют свойство сохраняться?
Что такое импульс, как его обозначают, в каких единицах измеряют?
Что такое импульс силы, как его обозначают, в каких единицах измеряют?
Как связаны между собой импульс тела и импульс силы?
Как вы понимаете свойство сохранения?
В какой системе тел выполняется свойство сохранения?
Какая система тел называется замкнутой?
Приведите примеры замкнутой системы тел.
Как формулируется закон сохранения импульса?
Как математически выражается закон сохранения импульса?
Сохраняется ли импульс в незамкнутой системе тел?
Чему равно изменение импульса в этом случае?

IV. Изучение нового материала (работа над материалом презентации)

Счастлив в наш век, кому победа далась

Далась не кровью, а умом.

Счастлив, кто точку Архимеда

Сумел сыскать в себе самом.

Учитель : Задача любой науки, и физики в том числе, не только описать явление, но и найти ему практическое применение. Сегодня мы будем рассматривать реактивное движение, одно из проявлений закона сохранения импульса. Мы с вами совершим мысленное и рассмотрим реактивное движение в разных средах. В этом нам поможет гид и научный консультант (один из учеников). Вначале выясним, что же такое реактивное движение.

Научный консультант : Реактивное движение – такой вид движения, когда от тела отделяется и движется с некоторой скоростью какая-то часть этого тела. При этом само тело движется в противоположную сторону со скоростью, которая зависит от соотношения масс тела и его части. Реактивное движение встречается в природе и используется в технике. Самым простым видом реактивного движения является полёт развязанного воздушного шарика. (Запуск шарика)

Учитель : Реактивное движение в нашем мире не редкость, его можно встретить в воде и воздухе, в космическом пространстве и на поверхности Земли. Начиная своё знакомство с примерами реактивного движения, мы должны будем вначале «окунуться в воду».

Научный консультант : Природа самый лучший инженер. Она первая додумалась использовать реактивный принцип движения в воде. И заскользили в толще воды изящные медузы и быстроходные кальмары, неуклюжие осьминоги и каракатицы. Как же они перемещаются? Например, морской моллюск-гребешок, резко сжимая створки раковины, рывками может двигаться за счёт реактивной силы струи воды, выброшенной из раковины. Медуза набирает внутрь воды, а затем резко сжимается, выбрасывая воду вниз, а сама при этом поднимается вверх за счёт той же самой реактивной силы струи воды. Но самый эффективный реактивный двигатель в природе у кальмара. Его даже называют «живой торпедой», так как он может достигать скорости 70 км/ч. Копируя двигатель кальмара, инженеры создали водомётный двигатель, который используется на лодках. К нижней стороне головы прилегает, а иногда и прирастает мускулистая коническая трубка, своим основанием уходящая внутрь мантийной полости. Это воронка, или с и ф о н,- основной движитель головоногого моллюска, его «реактивный двигатель». Воронка головоногих, так же как и щупальца, является гомологом ноги моллюсков. Если трубка - это сопло, то мантийная полость - это «камера сгорания» живой ракеты. Всасывая в нее воду через мантийную щель, моллюск с силой выталкивает ее затем через воронку. Чтобы вода не вытекала при этом обратно через щель, кальмар ее плотно замыкает при помощи особых «кнопок», находящихся на основании воронки и на внутренней поверхности мантии. Кнопки имеют вид бугорков и соответствующих им углублений и носят название вороночных и мантийных хрящей. Когда моллюск сокращает мускулатуру брюшной стенки мантии, сильная струя воды бьет из воронки. Реактивная сила, возникающая при этом, толкает моллюска в противоположную сторону. Воронка направлена к переднему концу тела, и поэтому моллюск обычно плывет задним концом вперед. Реактивные толчки и всасывания воды в мантийную полость с неуловимой быстротой следуют одно за другим, и кальмар ракетой проносится в синеве океана.

Учитель : Итак, в воде живут организмы, которые двигаются, используя реактивный принцип, а как же в воздухе?

Научный консультант : Природа не использует реактивный принцип в атмосфере, зато это сумел сделать человек. Он построил ракеты и реактивные самолёты.

Как вы думаете, сколько лет ракетам?... Более двух тысяч лет. Ещё до нашей эры их использовали в Индии и Китае. А с семнадцатого века ракеты стали использовать и в Европе, сначала для фейерверков, а затем в военном деле. Большую роль в победе над фашизмом сыграли реактивные миномёты «Катюши», использовавшиеся Советской армией в Великую Отечественную войну. И в наше время ракетное оружие нашей страны играет большую роль в сохранении мира на планете.

Первые экспериментальные реактивные самолёты появились в конце тридцатых годов двадцатого века. Вначале они были неуклюжими и ненадёжными, но шло время, реактивные самолёты становились всё совершеннее, и сейчас большая часть самолётов в мире использует реактивный принцип.

Учитель : Человек пытается покорить и космос.

Научный консультант : Для того чтобы двигаться, не используя реактивный принцип, тело должно взаимодействовать с землёй, водой или воздухом. В космосе взаимодействовать не с чем, поэтому там можно использовать только реактивный принцип движения.

Для того чтобы вывести космический корабль за пределы земной атмосферы требуется громадная скорость 29000 км/ч или 8 км/с. Сделать это можно только с помощью мощной ракеты. Впервые люди сумели совершить подобное в нашей стране в октябре 1957 года, под руководством генерального конструктора космических ракет Королёва Сергея Павловича. Первый спутник был небольшой, массой всего 85 кг, но затем ракеты стали мощнее, космические корабли увеличились. В космос полетел человек – наш соотечественник Юрий Алексеевич Гагарин. Люди изучили Землю из космоса, высадились на Луне, исследовали другие планеты с помощью автоматических спутников. Космос постепенно покоряется человеку.

Учитель : А как же реактивный двигатель используется на поверхности Земли?

Научный консультант : В природе реактивный принцип на поверхности Земли используют не животные, а растения. А именно «бешеный огурец», прозванный так за умение «выстреливать» созревшие плоды. При созревании семян окружающая их ткань превращается в слизистую массу. При этом в плоде образуется большое давление, в результате чего плод отделяется от плодоножки, а семена вместе со слизью с силой выбрасываются наружу через образовавшееся отверстие. Если коснуться зрелых плодов, то они моментально отскакивают от плодоножки, а из образовавшейся дырочки фонтаном вылетает слизистая клейкая жидкость с семенами. "Выстреливает" свои семена бешеный огурец на расстояние более шести метров.

Огурец движется за счёт реактивной струи состоящей из воздуха, семенной жидкости и самих семян. Таким образом «бешеный огурец» рассеивает свои семена.

Бешеный огурец имеет несколько разновидностей:

Момордика (Momordica L.) - однолетняя сильноветвящаяся травянистая вьющаяся лиана семейства тыквенных, распространенная в Юго-Восточной Азии. В Китае, Гонконге, Tайване, Восточной Индии, на Филиппинах это растение произрастает на склонах в предгорных лесах на высоте до 1300 м. Его название происходит от латинского momordicus - кусачий. Название, видимо, связано с тем, что пока растение развивается, все его органы жгутся при прикосновении, как крапива. Но при появлении первых спелых плодов кусаться момордика перестает.

Ecballium elateium - Однолетнее растение семейства тыквенных. Стебель лежачий или восходящий, длиной 50-150 см. Листья сердцевидно-яйцевидные или слегка лопастные, городчатые по краю, снизу серовато-войлочные. Цветет в июне-июле. Цветы однополые .

Колючеплодник, или эхиноцистис лопастной, или эхиноцистис шиповатый (Echinocystis lobata , Echinocystis echinata).Это однолетнее декоративное растение-лиана семейства тыквенных (Cucurbitaceae). В очень благоприятных условиях роста его побеги могут достигать длины 10 м. Травянистые стебли «бешеного огурца» снабжены ветвящимися усиками, крепко цепляющимися за опору. Побеги покрыты изрезанно-лопастными листьями. Одиночные женские цветки и собранные в соцветия-«свечки» мужские цветки колючеплодника расположены рядом, в пазухах листьев. Образующиеся сизо-зелёные овальные плоды-коробочки покрыты мягкими шипами. Бешеный огурец используется как декоративное растение для изгороди, плоды момордики используются в свежем и маринованном виде. Используется как лекарственное растение в гомеопатии.

Человек издавна стремился реализовать принцип «быстрее, выше, сильнее». Именно для достижения больших скоростей люди используют реактивный двигатель на суше. Чтобы достигнуть скорости звука на специальные автомобили устанавливают двигатели с реактивных самолётов. И вот 15 октября 1997 года скорость звука была покорена на автомобиле, а ведь это около 1200 км/ч.

Учитель : Мы с вами познакомились с использованием реактивных двигателей. Ну а почему они движутся?

По закону сохранения импульса суммарный импульс замкнутой системы тел сохраняется. Так как ракета является замкнутой системой, то этот закон справедлив и для неё. И если в начальный момент времени, когда, к примеру, ракета стоит на старте и импульс ракеты равен нулю, так как скорость равна нулю, то и во время движения импульс тоже должен быть равен нулю.

Т.к. , то тогда для ракеты до старта, и после старта ракеты. А это возможно только, если импульс ракеты равен импульсу сгоревшего топлива, покидающего ракету . То есть если газы от сгоревшего топлива движутся, то и ракета должна двигаться в другую сторону с тем же импульсом.

При этом большое значение имеет скорость движения сгоревших газов. Конструкции современных ракет допускают истечение газов из сопла ракеты со скоростью 2 км/с. Скорость космического корабля должна быть по крайней мере в четыре раза больше. Следовательно, и масса топлива должна быть больше массы ракеты. Если бы всё топливо сгорало сразу, то его масса должна была бы в четыре раза превышать массу ракеты и груза. Но так как топливо горит постепенно и на ракету действует сила тяжести, то на практике это соотношение достигает 55 раз.

V. Обобщение знаний

1.Контрольные вопросы

Как формулируется закон сохранения импульса.
В какой системе тел сохраняется импульс.
Является ли ракета замкнутой системой тел, почему?
Что такое реактивное движение?
Как движется медуза, является ли это движение реактивным? Как это связано с особенностями строения тела?
Почему кальмара называют «живой торпедой»?
За что получил своё название «бешеный огурец»? Для чего используется огурец человеком?
Как люди используют реактивный принцип движения в воде и в воздухе?
Возможен ли в космосе другой принцип движения кроме реактивного?
От чего отталкивается движущаяся ракета?
Какое соотношение массы топлива и ракеты необходимо для выведения космического корабля в космос?
Почему космические ракеты делают много ступенчатыми?

2.Решение задач:

а) Почему медуза при движении вверх сжимается?

б) Космонавту, находящемуся в открытом космосе, необходимо вернуться на корабль. В космосе отталкиваться не от чего, но у космонавта с собой массивный молоток. Как это сделать?

в) Как можно затормозить ракету?

3.Решение задач-кроссвордов.

VI. Обсуждение, подведение итогов урока.

VII. Домашнее задание §23,22