Hilfe zu Tele2, Tarife, Fragen

Strahlantrieb in Natur und Technik

ZUSAMMENFASSUNG ÜBER PHYSIK

Strahlantrieb- die Bewegung, die auftritt, wenn sich ein Teil davon mit einer bestimmten Geschwindigkeit vom Körper löst.

Die Reaktionskraft entsteht ohne Wechselwirkung mit äußeren Körpern.

Anwendung des Düsenantriebs in der Natur

Viele von uns sind in unserem Leben beim Schwimmen im Meer auf Quallen gestoßen. Im Schwarzen Meer gibt es jedenfalls genug davon. Aber nur wenige Leute dachten, dass Quallen auch Düsenantrieb verwenden, um sich fortzubewegen. Außerdem bewegen sich so Libellenlarven und einige Arten von Meeresplankton. Und oft ist die Effizienz von wirbellosen Meerestieren beim Einsatz von Düsenantrieben viel höher als die von technischen Erfindungen.

Strahlantrieb wird von vielen Mollusken verwendet - Tintenfische, Tintenfische, Tintenfische. Zum Beispiel bewegt sich eine Meeresmuschel aufgrund der Reaktionskraft eines Wasserstrahls vorwärts, der während einer starken Kompression ihrer Ventile aus der Schale ausgestoßen wird.

Krake

Tintenfisch

Der Tintenfisch bewegt sich, wie die meisten Kopffüßer, im Wasser. auf die folgende Weise. Sie nimmt Wasser durch einen seitlichen Schlitz und einen speziellen Trichter vor dem Körper in die Kiemenhöhle auf und wirft dann kräftig einen Wasserstrahl durch den Trichter. Der Tintenfisch lenkt das Trichterrohr zur Seite oder nach hinten und kann sich, indem er schnell Wasser herausdrückt, in verschiedene Richtungen bewegen.

Salpa ist ein Meerestier mit einem durchsichtigen Körper, das bei Bewegung Wasser durch die vordere Öffnung aufnimmt und das Wasser in eine breite Höhle eindringt, in der Kiemen diagonal gestreckt sind. Sobald das Tier einen großen Schluck Wasser nimmt, schließt sich das Loch. Dann ziehen sich die Längs- und Quermuskeln der Salpa zusammen, der ganze Körper zieht sich zusammen und Wasser wird durch die hintere Öffnung herausgedrückt. Die Reaktion des ausströmenden Strahls drückt die Salpa nach vorne.

Das meiste Interesse stellt das Squid-Jet-Triebwerk dar. Tintenfisch ist der größte wirbellose Bewohner der Meerestiefen. Die Tintenfische sind angekommen höchste Perfektion bei der reaktiven Navigation. Sie haben sogar einen Körper mit seinen äußeren Formen, der eine Rakete kopiert (oder besser gesagt, eine Rakete kopiert einen Tintenfisch, da sie in dieser Angelegenheit eine unbestreitbare Priorität hat). Wenn sich der Tintenfisch langsam bewegt, verwendet er eine große rautenförmige Flosse, die sich regelmäßig biegt. Für einen schnellen Wurf benutzt er ein Düsentriebwerk. Muskelgewebe - Der Mantel umgibt den Körper der Molluske von allen Seiten, das Volumen seiner Höhle beträgt fast die Hälfte des Volumens des Tintenfischkörpers. Das Tier saugt Wasser in die Mantelhöhle, stößt dann abrupt einen Wasserstrahl durch eine schmale Düse aus und bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit rückwärts. Gleichzeitig sammeln sich alle zehn Tentakel des Tintenfischs zu einem Knoten über dem Kopf und er erwirbt stromlinienförmige Form. Die Düse ist mit einem speziellen Ventil ausgestattet, und die Muskeln können sie drehen und die Bewegungsrichtung ändern. Der Tintenfischmotor ist sehr sparsam, er kann Geschwindigkeiten von bis zu 60 - 70 km / h erreichen. (Einige Forscher glauben sogar bis zu 150 km/h!) Nicht umsonst wird der Tintenfisch als „lebender Torpedo“ bezeichnet. Durch Biegen der zu einem Bündel gefalteten Tentakel nach rechts, links, oben oder unten dreht sich der Tintenfisch in die eine oder andere Richtung. Da ein solches Lenkrad, im Vergleich zum Tier selbst, einen sehr große Größen, dann reicht schon seine leichte Bewegung aus, damit der Tintenfisch auch bei voller Geschwindigkeit einer Kollision mit einem Hindernis problemlos ausweichen kann. Eine scharfe Drehung am Lenkrad – und schon stürmt der Schwimmer hinein Rückseite. Jetzt hat er das Ende des Trichters nach hinten gebogen und gleitet jetzt mit dem Kopf voran. Er bog es nach rechts - und der Düsenschub warf ihn nach links. Aber wenn es schnell gehen muss, ragt der Trichter immer direkt zwischen den Tentakeln hervor, und der Tintenfisch saust mit seinem Schwanz nach vorne, als würde ein Krebs rennen – ein Läufer, der mit der Beweglichkeit eines Pferdes ausgestattet ist.

Wenn es nicht eilig ist, schwimmen Tintenfische und Tintenfische mit wellenförmigen Flossen - Miniaturwellen durchziehen sie von vorne nach hinten, und das Tier gleitet anmutig und stößt sich gelegentlich auch mit einem Wasserstrahl ab, der unter dem Mantel hervorgeschleudert wird. Dann sind die einzelnen Stöße, die die Molluske zum Zeitpunkt des Ausbruchs von Wasserstrahlen erhält, deutlich sichtbar. Einige Kopffüßer können Geschwindigkeiten von bis zu fünfundfünfzig Kilometern pro Stunde erreichen. Niemand scheint direkte Messungen vorgenommen zu haben, aber dies kann anhand der Geschwindigkeit und Reichweite fliegender Tintenfische beurteilt werden. Und so stellt sich heraus, dass die Verwandten der Tintenfische Talente haben! Der beste Pilot unter den Weichtieren ist der Tintenfisch Stenoteuthis. Englische Seeleute nennen es - fliegender Tintenfisch ("fliegender Tintenfisch"). Dies ist ein kleines Tier von der Größe eines Herings. Er jagt Fische mit solcher Schnelligkeit, dass er oft aus dem Wasser springt und wie ein Pfeil über die Wasseroberfläche rast. Er greift auch auf diesen Trick zurück, um sein Leben vor Raubtieren zu retten - Thunfisch und Makrele. Nachdem er im Wasser maximalen Strahlschub entwickelt hat, hebt der Lotsenkalmar in die Luft ab und fliegt mehr als fünfzig Meter über die Wellen. Der Höhepunkt des Fluges einer lebenden Rakete liegt so hoch über dem Wasser, dass fliegende Tintenfische oft auf die Decks von Hochseeschiffen fallen. Vier oder fünf Meter sind keine Rekordhöhe, in der Tintenfische in den Himmel steigen. Manchmal fliegen sie sogar noch höher.

Der englische Schalentierforscher Dr. Rees beschrieb in einem wissenschaftlichen Artikel einen Tintenfisch (nur 16 Zentimeter lang), der, nachdem er eine ziemliche Strecke durch die Luft geflogen war, auf die Brücke der Yacht fiel, die fast sieben Meter aus dem Wasser ragte.

Es kommt vor, dass viele fliegende Tintenfische in einer funkelnden Kaskade auf das Schiff fallen. Der antike Schriftsteller Trebius Niger hat es einmal erzählt traurige Geschichteüber ein Schiff, das unter dem Gewicht fliegender Tintenfische, die auf sein Deck gefallen waren, sogar gesunken zu sein schien. Tintenfische können ohne Beschleunigung abheben.

Oktopusse können auch fliegen. Der französische Naturforscher Jean Verany sah, wie ein gewöhnlicher Oktopus in einem Aquarium beschleunigte und plötzlich rückwärts aus dem Wasser sprang. Er beschrieb in der Luft einen etwa fünf Meter langen Bogen und ließ sich zurück ins Aquarium fallen. Schnelligkeit für den Sprung gewinnend, bewegte sich der Oktopus nicht nur bedingt Strahlschub, aber auch Rudern mit Tentakeln.
Baggy Oktopusse schwimmen natürlich schlechter als Tintenfische, aber in kritischen Momenten können sie eine Rekordklasse für die besten Sprinter vorweisen. Mitarbeiter des California Aquarium versuchten, einen Oktopus zu fotografieren, der eine Krabbe angreift. Der Oktopus raste mit einer solchen Geschwindigkeit auf die Beute zu, dass er selbst beim Schießen höchstens auf Film zu sehen war hohe Geschwindigkeiten, stellten sich immer als Schmiermittel heraus. Der Wurf dauerte also Hundertstelsekunden! Normalerweise schwimmen Tintenfische relativ langsam. Joseph Signl, der die Migration von Oktopussen untersuchte, berechnete, dass ein Halbmeter-Oktopus mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von etwa fünfzehn Kilometern pro Stunde durch das Meer schwimmt. Jeder Wasserstrahl, der aus dem Trichter geschleudert wird, schiebt ihn zwei bis zweieinhalb Meter vorwärts (oder besser gesagt zurück, da der Oktopus rückwärts schwimmt).

Strahlbewegungen sind auch in der Pflanzenwelt zu finden. Zum Beispiel prallen die reifen Früchte der „verrückten Gurke“ bei der geringsten Berührung vom Stiel ab, und eine klebrige Flüssigkeit mit Samen wird mit Gewalt aus dem gebildeten Loch ausgestoßen. Die Gurke selbst fliegt bis zu 12 m in die entgegengesetzte Richtung.

Wenn Sie das Impulserhaltungsgesetz kennen, können Sie Ihre eigene Bewegungsgeschwindigkeit ändern Freifläche. Wenn Sie in einem Boot sind und einige schwere Steine ​​haben, werden Sie durch das Werfen von Steinen in eine bestimmte Richtung in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Dasselbe wird im Weltraum passieren, aber dafür werden Düsentriebwerke verwendet.

Jeder weiß, dass ein Schuss aus einer Waffe von einem Rückstoß begleitet wird. Wenn das Gewicht der Kugel gleich dem Gewicht der Waffe wäre, würden sie mit der gleichen Geschwindigkeit auseinander fliegen. Der Rückstoß tritt auf, weil die abgeworfene Gasmasse eine Reaktionskraft erzeugt, aufgrund derer die Bewegung sowohl in der Luft als auch im luftleeren Raum sichergestellt werden kann. Und je größer die Masse und Geschwindigkeit der ausströmenden Gase ist, desto größer ist die Rückstoßkraft, die unsere Schulter spürt, desto stärker ist die Reaktion der Waffe, desto größer ist die Reaktionskraft.

Der Einsatz von Strahlantrieben in der Technik

Seit vielen Jahrhunderten träumt die Menschheit von Weltraumflügen. Science-Fiction-Autoren haben eine Vielzahl von Mitteln vorgeschlagen, um dieses Ziel zu erreichen. Im 17. Jahrhundert gab es eine Geschichte Französischer Schriftsteller Cyrano de Bergerac über den Flug zum Mond. Der Held dieser Geschichte kam in einem Eisenwagen zum Mond, über den er ständig einen starken Magneten warf. Von ihm angezogen, stieg der Wagen höher und höher über die Erde, bis er den Mond erreichte. Und Baron Münchhausen sagte, er sei auf dem Stiel einer Bohne zum Mond geklettert.

Ende des ersten Jahrtausends n. Chr. erfand China Strahlantrieb, die Raketen antrieben - mit Schießpulver gefüllte Bambusrohre, die auch als Spaß benutzt wurden. Eines der ersten Autoprojekte war auch mit einem Strahltriebwerk und dieses Projekt gehörte Newton

Der Autor des weltweit ersten Projekts eines Düsenflugzeugs für den menschlichen Flug war der russische Revolutionär N.I. Kibaltschich. Wegen Beteiligung am Attentat auf Kaiser Alexander II. wurde er am 3. April 1881 hingerichtet. Er entwickelte sein Projekt im Gefängnis nach dem Todesurteil. Kibalchich schrieb: „Im Gefängnis, ein paar Tage vor meinem Tod, schreibe ich dieses Projekt. Ich glaube an die Machbarkeit meiner Idee, und dieser Glaube stützt mich in meiner schrecklichen Lage ... Ich werde dem Tod gelassen entgegensehen, wissend, dass meine Idee nicht mit mir sterben wird.

Die Idee, Raketen für Weltraumflüge einzusetzen, wurde zu Beginn unseres Jahrhunderts vom russischen Wissenschaftler Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky vorgeschlagen. 1903 erschien ein Artikel eines Lehrers des Kalugaer Gymnasiums K.E. Tsiolkovsky "Erforschung von Welträumen durch Strahlgeräte". Diese Arbeit enthielt die wichtigste mathematische Gleichung für die Raumfahrt, die heute als „Tsiolkovsky-Formel“ bekannt ist und die Bewegung eines Körpers mit variabler Masse beschrieb. Anschließend entwickelte er ein Schema für ein Flüssigbrennstoff-Raketentriebwerk, schlug ein mehrstufiges Raketendesign vor und äußerte die Idee der Möglichkeit, ganze Weltraumstädte in einer erdnahen Umlaufbahn zu schaffen. Er zeigte, dass der einzige Apparat, der die Schwerkraft überwinden kann, eine Rakete ist, d.h. ein Gerät mit einem Strahltriebwerk, das Brennstoff und ein Oxidationsmittel verwendet, das sich auf dem Gerät selbst befindet.

Düsentriebwerk- Dies ist ein Motor, der die chemische Energie des Kraftstoffs in die kinetische Energie des Gasstrahls umwandelt, während der Motor in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt.

Die Idee von K. E. Tsiolkovsky wurde von sowjetischen Wissenschaftlern unter der Leitung des Akademikers Sergei Pavlovich Korolev umgesetzt. Der erste künstliche Erdsatellit der Geschichte wurde am 4. Oktober 1957 von einer Rakete in der Sowjetunion gestartet.

Das Prinzip des Strahlantriebs ist weit verbreitet praktischer Nutzen in der Luft- und Raumfahrt. Im Weltraum gibt es kein Medium, mit dem der Körper interagieren und dadurch die Richtung und den Modul seiner Geschwindigkeit ändern könnte, daher z Raumflüge Es dürfen nur Düsenflugzeuge, also Raketen, eingesetzt werden.

Raketengerät

Die Raketenbewegung basiert auf dem Gesetz der Impulserhaltung. Wenn irgendwann ein Körper von der Rakete geschleudert wird, erhält er den gleichen Impuls, aber in die entgegengesetzte Richtung

In jeder Rakete, unabhängig von ihrem Design, gibt es immer eine Hülle und einen Treibstoff mit einem Oxidationsmittel. Die Raketenhülle umfasst eine Nutzlast (in diesem Fall ein Raumfahrzeug), einen Instrumentenraum und einen Motor (Brennkammer, Pumpen usw.).

Die Hauptmasse der Rakete ist Brennstoff mit einem Oxidationsmittel (das Oxidationsmittel wird benötigt, um den Brennstoff am Brennen zu halten, da es im Weltraum keinen Sauerstoff gibt).

Brennstoff und Oxidationsmittel werden in die Brennkammer gepumpt. Brennender Kraftstoff verwandelt sich in ein Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck. Aufgrund des großen Druckunterschieds im Brennraum und im Weltraum strömen die Gase aus dem Brennraum in einem kräftigen Strahl durch eine speziell geformte Glocke, die sogenannte Düse. Der Zweck der Düse besteht darin, die Geschwindigkeit des Strahls zu erhöhen.

Vor dem Start der Rakete, ihrem Schwung Null. Durch die Wechselwirkung des Gases in der Brennkammer und allen anderen Teilen der Rakete erhält das durch die Düse austretende Gas einen gewissen Impuls. Dann ist die Rakete ein geschlossenes System, und ihr Gesamtimpuls muss nach dem Start gleich Null sein. Daher erhält die Hülle der Rakete, was auch immer darin enthalten ist, einen Impuls, der im absoluten Wert dem Impuls des Gases entspricht, aber in entgegengesetzter Richtung.

Der massivste Teil der Rakete, der zum Starten und Beschleunigen der gesamten Rakete bestimmt ist, wird als erste Stufe bezeichnet. Wenn die erste massive Stufe einer mehrstufigen Rakete beim Beschleunigen alle Treibstoffreserven erschöpft, trennt sie sich. Die weitere Beschleunigung wird durch die zweite, weniger massive Stufe fortgesetzt, und zu der zuvor mit Hilfe der ersten Stufe erreichten Geschwindigkeit fügt sie etwas mehr Geschwindigkeit hinzu und trennt sich dann. Die dritte Stufe erhöht ihre Geschwindigkeit weiter auf den erforderlichen Wert und bringt die Nutzlast in den Orbit.

Der erste Mensch, der in den Weltraum flog, war ein Bürger Sovietunion Juri Alexejewitsch Gagarin. 12. April 1961 Er kreiste Erde auf dem Schiffssatelliten "Wostok"

Sowjetische Raketen erreichten als erste den Mond, umkreisten den Mond und fotografierten seine unsichtbare Seite von der Erde aus, erreichten als erste den Planeten Venus und brachten wissenschaftliche Instrumente an seine Oberfläche. 1986 untersuchten zwei sowjetische Raumsonden „Vega-1“ und „Vega-2“ den Halleyschen Kometen aus nächster Nähe und näherten sich einmal alle 76 Jahre der Sonne.

Zu den großen technischen und wissenschaftlichen Errungenschaften des 20. Jahrhunderts gehört zweifellos einer der ersten Plätze Raketen- und Strahlantriebstheorie. Die Jahre des Zweiten Weltkriegs (1941-1945) führten zu einer ungewöhnlich schnellen Verbesserung der Konstruktion von Düsenfahrzeugen. Schießpulverraketen tauchten wieder auf den Schlachtfeldern auf, aber bereits auf kalorienreicherem rauchfreiem TNT-Schießpulver („Katyusha“). Flugzeuge mit Luftstrahltriebwerken, unbemannte Luftfahrzeuge mit gepulsten Luftstrahltriebwerken ("V-1") und ballistische Raketen mit einer Reichweite von bis zu 300 km ("V-2").

Die Raketentechnologie entwickelt sich mittlerweile zu einem sehr wichtigen und stark wachsenden Industriezweig. Die Entwicklung der Flugtheorie von Düsenfahrzeugen ist eine der dringende Probleme moderne wissenschaftliche und technologische Entwicklung.

K. E. Tsiolkovsky hat viel für Wissen getan Grundlagen der Theorie der Raketenbewegung. Er war der erste in der Wissenschaftsgeschichte, der das Problem formulierte und untersuchte, geradlinige Bewegungen von Raketen auf der Grundlage der Gesetze zu untersuchen Theoretische Mechanik. Wie wir bereits ausgeführt haben, wurde das Prinzip der Bewegungsübertragung mit Hilfe von Reaktionskräften ausgestoßener Teilchen bereits 1883 von Tsiolkovsky erkannt, aber seine Schaffung einer mathematisch strengen Theorie des Strahlantriebs bezieht sich darauf spätes XIX Jahrhunderte.

In einem seiner Werke schrieb Tsiolkovsky: „Lange Zeit habe ich die Rakete wie alle anderen betrachtet: unter dem Gesichtspunkt der Unterhaltung und kleiner Anwendungen. Ich kann mich nicht gut erinnern, wie es mir eingefallen ist, die Berechnungen im Zusammenhang mit der Rakete durchzuführen. Mir scheint, dass der berühmte Visionär Jules Verne die ersten Samen des Denkens gepflanzt hat; Er erweckte die Arbeit meines Gehirns in bekannte Richtung. Wünsche tauchten auf, hinter den Wünschen entstand die Aktivität des Geistes. ... Das alte Blatt mit den endgültigen Formeln zum Strahlgerät ist mit dem Datum 25. August 1898 gekennzeichnet.

„... Ich habe nie behauptet, eine vollständige Lösung des Problems zu haben. Zuerst kommen zwangsläufig: Gedanke, Fantasie, Märchen. Ihnen folgt eine wissenschaftliche Berechnung. Und am Ende krönt die Hinrichtung den Gedanken. Meine Arbeit zur Raumfahrt gehört in die mittlere Schaffensphase. Mehr als jeder andere verstehe ich den Abgrund, der eine Idee von ihrer Umsetzung trennt, denn ich habe in meinem Leben nicht nur gedacht und gerechnet, sondern auch ausgeführt, auch mit meinen Händen gearbeitet. Es ist jedoch unmöglich, keine Idee zu sein: Der Ausführung geht ein Gedanke voraus, einer genauen Berechnung ist eine Fantasie.

1903 veröffentlichte die Zeitschrift Nauchnoye Obozrenie den ersten Artikel von Konstantin Eduardovich über Raketentechnologie mit dem Titel "Untersuchung von Welträumen mit Strahlgeräten". In dieser Arbeit wurde auf der Grundlage der einfachsten Gesetze der theoretischen Mechanik (Impulserhaltungsgesetz und Gesetz der unabhängigen Kraftwirkung) eine Theorie des Raketenflugs aufgestellt und die Möglichkeit der Verwendung von Düsenfahrzeugen für die interplanetare Kommunikation begründet (Schaffung Allgemeine Theorie Bewegung von Körpern, deren Masse sich im Bewegungsprozess ändert, gehört Professor I. V. Meshchersky (1859-1935)).

Die Idee, mit einer Rakete zu lösen wissenschaftliche Probleme, die Verwendung von Strahltriebwerken zur Schaffung der Bewegung grandioser interplanetarer Schiffe gehört vollständig Tsiolkovsky. Er ist der Begründer moderner Flüssigkeitsraketen. Langstrecken, einer der Schöpfer neues Kapitel Theoretische Mechanik.

Grundlage ist die klassische Mechanik, die die Bewegungsgesetze und das Gleichgewicht materieller Körper untersucht drei Bewegungsgesetze, klar und streng formuliert von einem englischen Wissenschaftler im Jahr 1687. Diese Gesetze wurden von vielen Forschern verwendet, um die Bewegung von Körpern zu untersuchen, deren Masse sich während der Bewegung nicht änderte. Es wurden sehr wichtige Fälle von Bewegung betrachtet und eine große Wissenschaft geschaffen - die Mechanik von Körpern mit konstanter Masse. Die Axiome der Mechanik der Körper konstanter Masse oder die Newtonschen Bewegungsgesetze waren eine Verallgemeinerung aller bisherigen Entwicklungen in der Mechanik. Gegenwärtig sind die Grundgesetze der mechanischen Bewegung in allen Lehrbüchern der Physik dargelegt weiterführende Schule. Wir werden hier geben Zusammenfassung Newtons Bewegungsgesetze waren seit dem nächsten Schritt in der Wissenschaft, der es ermöglichte, die Bewegung von Raketen zu studieren, eine Weiterentwicklung der Methoden der klassischen Mechanik.

Multitons steigen in den Himmel Raumschiffe, und in Meerwasser transparente, gallertartige Quallen, Tintenfische und Oktopusse manövrieren geschickt - was haben sie gemeinsam? Es stellt sich heraus, dass in beiden Fällen das Prinzip des Strahlantriebs zur Fortbewegung genutzt wird. Diesem Thema widmet sich unser heutiger Artikel.

Schauen wir in die Geschichte

Die meisten Die ersten zuverlässigen Informationen über Raketen stammen aus dem 13. Jahrhundert. Sie wurden von Indern, Chinesen, Arabern und Europäern bei Kampfhandlungen als Militär- und Signalwaffen eingesetzt. Dann folgten Jahrhunderte der fast vollständigen Vergessenheit dieser Geräte.

In Russland wurde die Idee, ein Strahltriebwerk einzusetzen, dank der Arbeit des Revolutionärs von Narodnaya Volya, Nikolai Kibalchich, wiederbelebt. In den königlichen Kerkern sitzend, entwickelte er das russische Projekt eines Düsentriebwerks und eines Flugzeugs für Menschen. Kibalchich wurde hingerichtet, und sein Projekt lange Jahre verstaubt in den Archiven der zaristischen Geheimpolizei.

Die wichtigsten Ideen, Zeichnungen und Berechnungen dieses talentierten und mutiger Mann habe weitere Entwicklung in den Werken von K. E. Tsiolkovsky, der vorschlug, sie für die interplanetare Kommunikation zu verwenden. Von 1903 bis 1914 veröffentlichte er eine Reihe von Arbeiten, in denen er überzeugend die Möglichkeit der Nutzung des Strahlantriebs zur Erforschung des Weltraums bewies und die Machbarkeit des Einsatzes mehrstufiger Raketen begründete.

Viele wissenschaftliche Entwicklungen von Tsiolkovsky werden immer noch in der Raketenwissenschaft verwendet.

biologische Raketen

Wie kam es dazu die Idee, sich zu bewegen, indem Sie Ihren eigenen Jetstream abstoßen? Vielleicht haben die Bewohner der Küstengebiete bei genauer Beobachtung des Meereslebens bemerkt, wie dies in der Tierwelt geschieht.

Zum Beispiel, Jakobsmuschel bewegt sich aufgrund der Reaktionskraft des Wasserstrahls, der während der schnellen Kompression seiner Ventile aus der Schale ausgestoßen wird. Aber er wird niemals mit den schnellsten Schwimmern mithalten - Tintenfischen.

Ihre raketenförmigen Körper eilen mit dem Schwanz nach vorne und werfen gespeichertes Wasser aus einem speziellen Trichter heraus. bewegen sich nach dem gleichen Prinzip und pressen Wasser heraus, indem sie ihre transparente Kuppel zusammenziehen.

Die Natur hat ein "Düsentriebwerk" und eine Pflanze namens "Jet Engine" gestiftet "spritzende Gurke". Wenn seine Früchte vollreif sind, schießt es bei der kleinsten Berührung Gluten mit Samen heraus. Der Fötus selbst wird in einer Entfernung von bis zu 12 m in die entgegengesetzte Richtung geschleudert!

Weder Meereslebewesen noch Pflanzen kennen die physikalischen Gesetze, die dieser Fortbewegungsart zugrunde liegen. Wir werden versuchen, dies herauszufinden.

Physikalische Grundlagen des Strahlantriebsprinzips

Beginnen wir mit einem einfachen Experiment. Blase einen Gummiball auf und ohne zu binden, werden wir in den freien Flug gehen. Die schnelle Bewegung des Balls wird so lange fortgesetzt, wie der daraus strömende Luftstrom stark genug ist.

Um die Ergebnisse dieser Erfahrung zu erklären, sollten wir uns dem dritten Hauptsatz zuwenden, der dies besagt Zwei Körper wirken mit Kräften gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung. Daher ist die Kraft, mit der die Kugel auf die aus ihr austretenden Luftstrahlen wirkt, gleich der Kraft, mit der die Luft die Kugel von sich selbst abstößt.

Übertragen wir diese Argumentation auf die Rakete. Diese Geräte werfen mit großer Geschwindigkeit einen Teil ihrer Masse ab, wodurch sie selbst eine Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung erhalten.

Aus physikalischer Sicht ist dies Der Vorgang wird durch das Impulserhaltungsgesetz klar erklärt. Der Impuls ist das Produkt aus der Masse des Körpers und seiner Geschwindigkeit (mv). Während die Rakete ruht, sind ihre Geschwindigkeit und ihr Impuls Null. Wird daraus ein Jetstream ausgestoßen, so muss der verbleibende Teil nach dem Impulserhaltungssatz eine solche Geschwindigkeit annehmen, dass der Gesamtimpuls immer noch gleich Null ist.

Schauen wir uns die Formeln an:

mg v g + m p v p = 0;

m g v g \u003d - m p v p,

wo m g v g der vom Gasstrahl erzeugte Impuls, m p v p der von der Rakete empfangene Impuls.

Das Minuszeichen zeigt an, dass die Bewegungsrichtung der Rakete und des Jetstreams entgegengesetzt sind.

Das Gerät und das Funktionsprinzip eines Strahltriebwerks

In der Technik treiben Strahltriebwerke Flugzeuge und Raketen an und bringen Raumfahrzeuge in die Umlaufbahn. Je nach Verwendungszweck haben sie ein anderes Gerät. Aber jeder von ihnen hat eine Brennstoffversorgung, eine Kammer für seine Verbrennung und eine Düse, die den Strahl beschleunigt.

Die interplanetaren automatischen Stationen sind außerdem mit einem Instrumentenfach und Kabinen mit einem Lebenserhaltungssystem für Astronauten ausgestattet.

Moderne Weltraumraketen sind komplexe, mehrstufige Fluggeräte letzte Errungenschaften Ingenieurgedanke. Nach dem Start verbrennt zuerst der Treibstoff in der unteren Stufe, danach trennt er sich von der Rakete, verringert seine Gesamtmasse und erhöht seine Geschwindigkeit.

Dann wird der Treibstoff in der zweiten Stufe verbraucht usw. Schließlich wird das Flugzeug auf eine vorgegebene Flugbahn gebracht und beginnt seinen unabhängigen Flug.

Lass uns ein bisschen träumen

Der große Träumer und Wissenschaftler K. E. Tsiolkovsky gab zukünftigen Generationen das Vertrauen, dass Düsentriebwerke es der Menschheit ermöglichen werden, aus der Erdatmosphäre auszubrechen und in den Weltraum zu rasen. Seine Vorhersage traf ein. Der Mond und sogar weit entfernte Kometen werden erfolgreich von Raumfahrzeugen erforscht.

In der Raumfahrt werden Flüssigtreibstoffmotoren verwendet. Verwendung von Erdölprodukten als Treibstoff, aber die Geschwindigkeiten, die mit ihrer Hilfe erreicht werden können, sind für sehr lange Flüge unzureichend.

Vielleicht werden Sie, liebe Leserinnen und Leser, Zeuge der Flüge von Erdbewohnern in andere Galaxien in Fahrzeugen mit Atom-, Thermonuklear- oder Ionenstrahltriebwerken.

Wenn diese Nachricht für Sie nützlich war, würde ich mich freuen, Sie zu sehen

Das Phänomen des Rückstoßes, Strahlantrieb, die Formel von Meshchersky, Tsiolkovsky.

Das Phänomen des Rückstoßes wird beobachtet, wenn der Körper unter dem Einfluss von steht interne Kräfte zerbricht in zwei Teile, die auseinander fliegen.
 Einfaches Beispiel: Schießpulvergase stoßen Geschosse aus dem Waffenrohr aus. Das Projektil fliegt in eine Richtung und die Waffe rollt zurück, wenn sie nicht fixiert ist - sie hat einen Rückstoß erfahren. Bevor die Waffe abgefeuert wurde, hatten wir einen "Körper", der aus der Waffe selbst und dem Projektil im Lauf bestand. Es gab eine "Zersetzung" des ursprünglichen Körpers - unter dem Einfluss innerer Kräfte "zerfiel" er in zwei Teile (eine Waffe und ein Projektil) und bewegte sich unabhängig voneinander.
 Stellen Sie sich folgendes Bild vor. drauf stehen glattes Eis Eine Person wirft einen Stein in eine bestimmte Richtung. Nach einem Rückstoß beginnt eine Person auf dem Eis in die entgegengesetzte Richtung zu gleiten.
Der „Körper“ eines Mannes + ein Stein wird unter der Einwirkung der Muskelanstrengung einer Person in zwei Teile „gespalten“ - in einen Mann und einen Stein. Beachten Sie, dass die Person mit dem Stein auf glattes Eis gelegt wurde, um die Reibungskraft erheblich zu verringern und mit einer Situation fertig zu werden, in der die Summe der äußeren Kräfte nahe Null ist und nur innere Kräfte wirken - die Person wirkt auf den Stein, indem sie ihn wirft , und der Stein wirkt gemäß Newtons drittem Gesetz pro Person ein. Als Ergebnis wird das Phänomen des Rückstoßes beobachtet.
Dieses Phänomen lässt sich mit dem Impulserhaltungssatz erklären. Betrachten Sie, von jeder Lebenssituation abstrahierend, zwei Körper mit Massen m 1 und m2, die relativ zu einem Trägheitsbezugssystem ruht (sei es die Erde). Wir nehmen an, dass die Einwirkung äußerer Kräfte auf den Körper vernachlässigt werden kann. Nehmen wir an, das System zerfällt durch Einwirkung innerer Kräfte – ein Massekörper m 1 Geschwindigkeit gewonnen v1, und die Körpermasse m2− Geschwindigkeit v2. Vor dem Zerfall war der Impuls des Systems null ( p = 0); nach dem Zerfall kann es dargestellt werden als

Das folgt aus dem Impulserhaltungssatz

Von hier erhalten wir:

Wie erwartet, die Vektoren v1 und v2 entgegengesetzt gerichtet. Wenn zum Beispiel v1 ist die Geschwindigkeit, mit der eine Person auf dem Eis einen Massestein geworfen hat m 1, dann v2− die Geschwindigkeit einer Person mit einer Masse m2 die er durch Schenkung erworben hat. Als m 1<< m 2 , dann folgt aus (1) dass

Nehmen wir nun an, dass ein Haufen Körper mit Massen M und m bewegt sich gleichmäßig und geradlinig mit einer Geschwindigkeit relativ zu einem festen (Trägheits-) Bezugssystem. Infolge der Einwirkung innerer Kräfte (deren Natur in diesem Fall keine Rolle spielt) bricht das Bündel auf; Körper mit Masse m gewinnt an Geschwindigkeit u relativ zu einem Körper mit Masse M, so dass seine Geschwindigkeit relativ zum festen Bezugssystem gleich ausfällt

Die Geschwindigkeit eines Körpers mit Masse M in diesem Bezugsrahmen repräsentieren wir als

Betrachten wir das Körpersystem als geschlossen, verwenden wir das Gesetz der Impulserhaltung, wonach

Nach Öffnen der Klammern und Abkürzen identischer Begriffe erhalten wir die Relation

Aus (2) ist ersichtlich, dass die Richtungen der Vektoren v1 und u sind gegenüber.
Ein interessanter Spezialfall ist, wenn der Vektor auf den Vektor gerichtet ist v. In diesem Fall die Körpermasse M wird sich nach dem Aufbrechen des Bündels weiter in Richtung des Vektors bewegen v, während der Modul seiner Geschwindigkeit aufgrund des Rückstoßes zunimmt und gleich ist v+um/M.
Gehen wir vom Phänomen des Rückstoßes zur Betrachtung des Strahlantriebs am Beispiel der Raketenbewegung über. Ganz allgemein lässt sich diese Bewegung ganz einfach erklären. Bei der Verbrennung von Treibstoff entweichen Gase mit sehr hoher Geschwindigkeit aus der Raketendüse. Aufgrund des Rückstoßes bewegt sich die Rakete in die Richtung, die der Richtung des Ausströmens von Gasen aus der Düse entgegengesetzt ist.
Bezeichne mit v die Geschwindigkeit der Rakete relativ zur Erde zu einem bestimmten Zeitpunkt t. Raketengeschwindigkeit im Moment t + Δt bezeichnen mit v + Δv. Die Geschwindigkeitsänderung der Rakete erfolgte dadurch, dass eine Gasmasse aus ihr ausgestoßen wurde ∆M mit Geschwindigkeit u in Bezug auf die Rakete. Geschwindigkeit u heißt Abflussrate. Am Ende des Zeitraums Δt Die Masse der Rakete nahm zusammen mit dem Treibstoff um ab ∆M. Lücke Δt Wir nehmen an, dass es klein genug ist, um davon ausgehen zu können, dass die Masse der Rakete mit Treibstoff über ein bestimmtes Intervall konstant ist und sich am Ende durch einen sofortigen Ausstoß einer Gasmasse abrupt ändert ∆M(Anschließend gehen wir zur Grenze bei über ∆t → 0 und dadurch den impulsiven Ausstoß von Gasen durch deren kontinuierlichen Austritt aus der Raketendüse ersetzen). Wenn die Masse der Rakete im Moment mit Treibstoff gefüllt ist t ist gleich M, dann im Moment t + Δt es wird gleich sein M − ∆M.
Also im Moment t Es gibt eine Rakete mit Treibstoff, die eine Masse hat M und Geschwindigkeit relativ zur Erde. In dem Moment t + Δt Es gibt, Erstens, eine treibstoffbeladene Rakete mit einer Masse M − ∆M und Geschwindigkeit v + Δv relativ zur Erde und Zweitens, ein Teil des Gases mit einer Masse ∆M und Geschwindigkeit v+u relativ zur Erde. Unter Vernachlässigung der Wechselwirkung der Rakete mit äußeren Körpern wenden wir das Gesetz der Impulserhaltung an und schreiben:

Wenn wir die Klammern erweitern, erhalten wir

Kunstwerke MV, und auch ΔMv schrumpfen. Arbeit ∆M∆v kann vernachlässigt werden, da hier zwei kleine Mengen multipliziert werden; ein solches Produkt ist, wie man zu sagen pflegt, eine Quantität zweiter Ordnung. Als Ergebnis wird die Beziehung (4) in die Form umgewandelt (vergleiche mit (3)):

Wir dividieren beide Seiten dieser Gleichheit durch Δt; wir bekommen

Das berücksichtigen wir

und dann übergeben wir beide Teile von Gleichheit (5) bis zur Grenze bei ∆t → 0.

Grenze

ist die momentane Beschleunigung der Rakete.
der Wert ∆M/dt Nennen wir es den Durchschnitt über einen bestimmten Zeitraum. Δt Kraftstoffverbrauch. Wert

momentaner Kraftstoffverbrauch für einen bestimmten Zeitpunkt t. Unter Berücksichtigung der gemachten Bemerkungen nimmt (6) die Form an

Beschleunigung bei) durch Gewalt verursacht

die als Reaktionskraft bezeichnet wird. Sie ist proportional zum Brennstoffverbrauch und der Gasaustrittsgeschwindigkeit und der Austrittsgeschwindigkeit entgegen gerichtet.
Wenn eine fliegende Rakete betroffen ist, zusätzlich zur Reaktionskraft F p (t), eine äußere Kraft F(t), dann folgt die Beziehung (7).
durch das Verhältnis ersetzen:

Diese Beziehung ist eine Verallgemeinerung des zweiten Newtonschen Gesetzes für die Bewegung eines Körpers variabler Masse. Es wurde die Meshchersky-Formel genannt (nach dem russischen Wissenschaftler Ivan Vsevolodovich Meshchersky, der die Mechanik von Körpern mit variabler Masse untersuchte).

 Formelableitung(Ziolkowskis Formel), Verknüpfung von Masse und Geschwindigkeit der Rakete.
Nehmen wir an, dass der Brennstoff in getrennten Portionen mit einer Masse verbrennt ∆M = M/N, wo M ist die Masse der Rakete vor dem Auswurf eines Teils ∆M, a N ist eine ausreichend große Zahl. Nach der Verbrennung des ersten Teils wird die Masse der Rakete gleich sein

Nach der Verbrennung des zweiten Anteils nimmt die Masse wieder ab (1/N)-u Teil, aber schon aus der Masse M1, und wird gleich


Wenn wir weiter auf die gleiche Weise argumentieren, finden wir die Masse der Rakete nach der Verbrennung n Portionen

Betrachten wir nun, wie sich die Geschwindigkeit der Rakete in diesem Fall ändert. Bei der Abflussrate von Verbrennungsprodukten gleich u, Gewicht ∆M bläst Schwung weg ∆p = u∆M. Gemäß dem Impulserhaltungssatz erhält die Rakete einen gleich großen, aber entgegengesetzt gerichteten Impuls, wodurch sich ihre Geschwindigkeit erhöht

Wenn also die Rakete zuerst in Ruhe war, dann nach der Verbrennung des ersten Teils mit einer Masse ΔM 1 = M 0 /N, die einen Impuls hatte Δp 1 = M 0 u/N, wird die Geschwindigkeit der Rakete gleich sein

Nach der Verbrennung des zweiten Teils der Kraftstoffmasse ∆M2 = M1/N, was den Schwung mitnahm &Dgr;p 2 /(M 1 – M 1 /N) und wird sein

Wenn wir die Argumentation weiter fortsetzen, erhalten wir die Geschwindigkeit der Rakete nach der Verbrennung n Portionen:

Dann die Masse der Rakete, die Geschwindigkeit erreicht hat v

Index n hier und im Folgenden weggelassen, da es nicht mehr benötigt wird.
Tatsächlich verbrennt der Treibstoff in der Rakete nicht in einzelnen Portionen, sondern kontinuierlich. Um zu einer Formel zu gelangen, die den realen Fall genauer beschreibt, müssen wir überlegen N eine extrem große Zahl. In diesem Fall kann die Einheit im Exponenten des letzten Ausdrucks vernachlässigt werden, danach nimmt sie die Form an


oder mit unbegrenzter Steigerung N

Diese Formel wurde abgeleitet K.E. Ziolkowski und trägt seinen Namen. Es zeigt deutlich, dass die Rakete eine hohe Geschwindigkeit erreichen kann, aber die verbleibende Masse wird viel geringer sein als die des Originals.

 Aufgabe 1
Von einer Masserakete M sich mit einer Geschwindigkeit bewegen v, wird ein Teil des Kraftstoffs ausgestoßen m mit Geschwindigkeit u bezüglich der Rakete. Welche Geschwindigkeit wird die Rakete haben? Welche Geschwindigkeit wird die Rakete nach dem Ausstoß haben? 2, 3, k Portionen?

Lösung

Wir verwenden den Impulserhaltungssatz. Es ist bequemer, es in einem Bezugsrahmen zu schreiben, der sich mit der Anfangsgeschwindigkeit der Rakete bewegt v(da die Treibstoffausstoßgeschwindigkeit u relativ zur Rakete gegeben ist). In der Projektion auf die Bewegungsrichtung der Rakete erhalten wir

wo ist die geschwindigkeit der rakete

In einem festen Bezugssystem ist die Geschwindigkeit der Rakete nach dem Ausstoß der ersten Treibstoffportion modulo

Der Ausstoß der zweiten Kraftstoffportion wird in einem System betrachtet, das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt v1. Aus dem Impulserhaltungsgesetz haben wir

und in einem festen System


Nach k Emissionen Raketengeschwindigkeit wird gleich sein

Zum Vergleich finden wir auch die Geschwindigkeit der Rakete v k / mit einer einmaligen Freisetzung von Kraftstoff mit einer Masse km bei gleicher Geschwindigkeit u bezüglich der Rakete.
Dazu verwenden wir den Impulserhaltungssatz, schreiben ihn einfach gleich bezüglich eines festen Bezugsrahmens auf:

wo

Das ist leicht zu sehen v k / > v k. Dieses Ergebnis ist mit der Annahme verbunden, dass die Ausstoßgeschwindigkeit von Treibstoff aus einer Rakete in einem festen Bezugssystem konstant und gleich ist v − u. In Wirklichkeit nimmt die Treibmittelausstoßgeschwindigkeit ab, wenn die Rakete beschleunigt (konstante Ausstoßgeschwindigkeit relativ zur Rakete). Also die erste Formel für v k beschreibt die reale Situation genauer.

 Aufgabe 2
Die Rakete hat vor dem Start eine Masse m 0 \u003d 120 kg. Auf welcher Höhe wird die Rakete sein? t = 15 s nach dem Start seiner Motoren? Spritverbrauch berechnen μ = 4 kg/s und die Geschwindigkeit des Ausströmens von Gasen relativ zur Rakete u = 1000 m/s dauerhaft. 1) Betrachten Sie das Gravitationsfeld der Erde als homogen, 2) Betrachten Sie das Gravitationsfeld der Erde als inhomogen.

Lösung

1) Achse z senkrecht nach oben gerichtet
Schreiben wir die Meshchersky-Gleichung im homogenen Gravitationsfeld der Erde in der Form

wo m = m0 − μt, a v0− Raketengeschwindigkeit zum Zeitpunkt t. Wenn wir die Variablen trennen, erhalten wir die Gleichung

Die Lösung dieser Gleichung, die die Anfangsbedingung erfüllt v0 = 0 bei t = 0, hat die Form

Die Variablen wieder trennen und das berücksichtigen ausgangsbedingung z0 = 0 bei t = 0, wir finden

Durch Einsetzen der Zahlenwerte bekommen wir das hin 15 Sek Nach dem Start befindet sich die Rakete in einer Höhe von etwa 3500 m und hat dabei eine Geschwindigkeit 540 m/s.

2) Berücksichtigen wir, dass die Inhomogenität des Gravitationsfeldes der Erde in den betrachteten Höhen gering ist. Um die Bewegung in diesem Fall zu berechnen, ist es daher zweckmäßig, das Verfahren der sukzessiven Annäherung anzuwenden.
Lassen R− Radius der Erde. Wir stellen die Gravitationskraft in der Form dar

wo M ist die Masse der Erde, λ = z/R<< 1 .
Wenn sich eine Rakete in einem inhomogenen Feld bewegt, kann die Geschwindigkeit der Rakete mit einem gegebenen Gesetz der Änderung ihrer Masse als Summe dargestellt werden: v = v 0 + v /, wo v/<< v 0 . Ähnlich schreiben wir z = z 0 + z /, wo z /<< z 0 . Ersetzen Sie diese Ausdrücke durch v, z und F in die Meshchersky-Gleichung finden wir

In der resultierenden Gleichung lassen wir nur die Terme der ersten Ordnung der Kleinheit und verwerfen den letzten Term auf der rechten Seite (nicht-kleine Terme addieren sich zu Null). Wir kommen zur Gleichung

wo z0 definiert durch Formel (2). Jetzt ist es einfach, die Variablen zu trennen und zu finden

Dieser Spinner kann als die erste Dampfstrahlturbine der Welt bezeichnet werden.

Chinesische Rakete

Noch früher, viele Jahre vor dem Reiher von Alexandria, wurde auch in China erfunden Düsentriebwerk ein etwas anderes Gerät, jetzt genannt Feuerwerk Rakete. Feuerwerksraketen sind nicht mit ihren Namensvettern zu verwechseln – Signalraketen, die bei Heer und Marine eingesetzt werden und auch an Feiertagen unter Artilleriegebrüll abgefeuert werden. Signalfackeln sind einfach Kugeln, die aus einer Substanz gepresst werden, die mit farbigen Flammen brennt. Sie werden von großkalibrigen Pistolen abgefeuert - Raketenwerfern.

Signalfackeln - Kugeln, die aus einer Substanz gepresst werden, die mit einer farbigen Flamme brennt

Chinesische Rakete Es ist eine Papp- oder Metallröhre, die an einem Ende verschlossen und mit einer Pulverzusammensetzung gefüllt ist. Wenn diese Mischung gezündet wird, bewirkt ein Gasstrahl, der mit hoher Geschwindigkeit aus dem offenen Ende des Rohrs entweicht, dass die Rakete in die Richtung fliegt, die der Richtung des Gasstrahls entgegengesetzt ist. Eine solche Rakete kann ohne die Hilfe eines Raketenwerfers starten. Ein am Körper der Rakete befestigter Stab macht den Flug stabiler und gerader.

Feuerwerk mit chinesischen Raketen

Meeresbewohner

In der Tierwelt:

Es gibt auch Strahlantrieb. Tintenfische, Tintenfische und einige andere Kopffüßer haben weder Flossen noch kräftige Schwänze, schwimmen aber genauso gut wie andere Meeresbewohner. Diese Kreaturen mit weichem Körper haben eine ziemlich geräumige Tasche oder einen Hohlraum im Körper. Wasser wird in den Hohlraum gezogen, und dann drückt das Tier dieses Wasser mit großer Kraft heraus. Die Reaktion des ausgestoßenen Wassers bewirkt, dass das Tier in die Richtung schwimmt, die der Richtung des Strahls entgegengesetzt ist.

Octopus - ein Meeresbewohner, der einen Strahlantrieb verwendet

fallende Katze

Aber die interessanteste Art der Bewegung wurde von einem gewöhnlichen gezeigt Katze.

Vor 150 Jahren ein berühmter französischer Physiker Marcel Deprez angegeben:

Und wissen Sie, Newtons Gesetze sind nicht ganz richtig. Der Körper kann sich mit Hilfe innerer Kräfte bewegen, ohne sich auf irgendetwas zu verlassen und ohne sich von irgendetwas abzustoßen.

Wo sind die Beweise, wo sind die Beispiele? Zuhörer protestierten.

Willst du einen Beweis? Bitte. Eine Katze, die aus Versehen vom Dach gefallen ist – das ist der Beweis! Egal wie die Katze fällt, auch mit gesenktem Kopf steht sie auf jeden Fall mit allen vier Pfoten auf dem Boden. Aber schließlich stützt sich eine fallende Katze auf nichts und stößt nichts ab, sondern überschlägt sich schnell und geschickt. (Der Luftwiderstand kann vernachlässigt werden - er ist zu vernachlässigbar.)

Tatsächlich kennt das jeder: Katzen, die fallen; schaffen es immer wieder auf die Beine zu kommen.

Katzen tun dies instinktiv, aber ein Mensch kann dasselbe bewusst tun. Schwimmer, die von einem Turm ins Wasser springen, können eine komplexe Figur ausführen - einen dreifachen Salto, dh sich dreimal in der Luft umdrehen und sich dann plötzlich aufrichten, die Rotation ihres Körpers stoppen und in einer geraden Linie ins Wasser tauchen .

Dieselben Bewegungen ohne Interaktion mit Fremdkörpern werden zufällig im Zirkus bei der Aufführung von Akrobaten - Luftturnern - beobachtet.

Auftritt von Akrobaten - Luftturner

Eine fallende Katze wurde mit einer Filmkamera fotografiert und dann Bild für Bild auf dem Bildschirm untersucht, was die Katze macht, wenn sie in die Luft fliegt. Es stellte sich heraus, dass die Katze schnell mit der Pfote wirbelt. Die Drehung des Fußes verursacht eine Reaktionsbewegung - die Reaktion des gesamten Körpers und dreht sich in die der Fußbewegung entgegengesetzte Richtung. Alles geschieht streng nach den Newtonschen Gesetzen, und ihnen ist es zu verdanken, dass die Katze auf die Beine kommt.

Dasselbe geschieht in allen Fällen, in denen ein Lebewesen ohne ersichtlichen Grund seine Bewegung in der Luft ändert.

Jet-Boot

Die Erfinder hatten eine Idee, warum sie ihre Schwimmweise nicht von Tintenfischen übernehmen sollten. Sie beschlossen, ein selbstfahrendes Schiff mit zu bauen Düsentriebwerk. Die Idee ist auf jeden Fall umsetzbar. Es gab zwar keine Gewissheit im Glück: Die Erfinder bezweifelten, ob solches der Fall war Jet-Boot besser als eine normale Schraube. Es war notwendig, eine Erfahrung zu machen.

Wasserstrahlboot - selbstfahrendes Schiff mit einem Wasserstrahlmotor

Sie wählten einen alten Schleppdampfer, reparierten seinen Rumpf, entfernten die Propeller und installierten im Maschinenraum einen Pumpjet. Diese Pumpe pumpte Außenbordwasser und drückte es mit einem starken Strahl durch ein Rohr aus dem Heck. Der Dampfer segelte, aber er bewegte sich immer noch langsamer als ein Propellerdampfer. Und das ist einfach erklärt: Ein gewöhnlicher Propeller dreht sich hinter dem Heck, durch nichts eingeschränkt, es gibt nur Wasser um ihn herum; das Wasser in der Strahlpumpe wurde von fast genau dem gleichen Propeller in Bewegung gesetzt, drehte sich aber nicht mehr auf dem Wasser, sondern in einem dichten Rohr. Der Wasserstrahl reibt an den Wänden. Reibung schwächte den Druck des Strahls. Ein Düsendampfer segelte langsamer als ein Schraubendampfer und verbrauchte mehr Treibstoff.

Der Bau solcher Schiffe wurde jedoch nicht aufgegeben: Sie fanden wichtige Vorteile. Ein Schiff, das mit einem Propeller ausgestattet ist, muss tief im Wasser stehen, sonst schäumt der Propeller das Wasser unnötig auf oder dreht sich in der Luft. Daher haben Schraubendampfer Angst vor Untiefen und Rissen, sie können nicht in seichtem Wasser segeln. Und Wasserstrahldampfer können mit geringem Tiefgang und flachem Boden gebaut werden: Sie brauchen keine Tiefe - wo das Boot vorbeifährt, wird der Wasserstrahldampfer dort passieren.

Die ersten Wasserstrahlboote in der Sowjetunion wurden 1953 auf der Krasnojarsker Werft gebaut. Sie sind für kleine Flüsse konzipiert, auf denen gewöhnliche Dampfschiffe nicht fahren können.

Besonders fleißig beschäftigten sich Ingenieure, Erfinder und Wissenschaftler mit dem Studium des Strahlantriebs Feuerarme. Die ersten Geschütze – alle Arten von Pistolen, Musketen und Selbstfahrlafetten – trafen mit jedem Schuss einen Menschen hart auf die Schulter. Nach mehreren Dutzend Schüssen begann die Schulter so stark zu schmerzen, dass der Soldat nicht mehr zielen konnte. Die ersten Kanonen - Quietschen, Einhörner, Feldwege und Bomben - sprangen beim Abfeuern zurück, so dass es vorkam, dass sie Kanoniere-Artilleristen verstümmelten, wenn sie keine Zeit hatten, auszuweichen und zur Seite zu springen.

Der Rückstoß der Waffe störte die Treffsicherheit, weil die Waffe zitterte, bevor die Kanonenkugel oder Granate aus dem Lauf flog. Es schlug die Spitze nieder. Die Schüsse erwiesen sich als ziellos.

Schießen mit Schusswaffen

Artillerie-Ingenieure begannen vor über vierhundertfünfzig Jahren mit der Bekämpfung des Rückstoßes. Zunächst wurde der Wagen mit einem Öffner ausgestattet, der in den Boden krachte und als fester Anschlag für die Waffe diente. Dann dachten sie, wenn die Kanone richtig von hinten gestützt würde, damit sie nirgendwo zurückrollen könnte, würde der Rückstoß verschwinden. Aber es war ein Fehler. Der Impulserhaltungssatz wurde nicht berücksichtigt. Die Kanonen brachen alle Stützen und die Lafetten wurden so locker, dass die Kanone für den Kampfeinsatz ungeeignet wurde. Dann erkannten die Erfinder, dass die Bewegungsgesetze, wie alle Naturgesetze, nicht auf ihre eigene Weise neu gemacht werden können, sie können nur mit Hilfe der Wissenschaft - der Mechanik "überlistet" werden.

Am Wagen ließen sie ein relativ kleines Schar zum Anhalten zurück, und das Geschützrohr wurde auf den „Schlitten“ gelegt, sodass nur ein Lauf wegrollte und nicht das gesamte Geschütz. Das Fass war mit dem Kolben des Kompressors verbunden, der sich in seinem Zylinder wie der Kolben einer Dampfmaschine bewegte. Aber im Zylinder einer Dampfmaschine - Dampf und in einem Pistolenkompressor - Öl und eine Feder (oder Druckluft).

Wenn der Waffenlauf zurückrollt, drückt der Kolben die Feder zusammen. Öl wird zu diesem Zeitpunkt durch die kleinen Löcher im Kolben auf der anderen Seite des Kolbens gepresst. Es entsteht eine starke Reibung, die die Bewegung des rollenden Fasses teilweise dämpft, wodurch es langsamer und ruhiger wird. Dann dehnt sich die komprimierte Feder aus und bringt den Kolben und damit den Waffenlauf an seinen ursprünglichen Platz zurück. Das Öl drückt auf das Ventil, öffnet es und fließt ungehindert unter den Kolben zurück. Beim Schnellfeuer bewegt sich der Lauf der Waffe fast ununterbrochen hin und her.

In einem Pistolenkompressor wird der Rückstoß durch Reibung absorbiert.

Mündungsbremse

Als die Leistung und Reichweite der Geschütze zunahm, reichte der Kompressor nicht aus, um den Rückstoß zu neutralisieren. Um ihm zu helfen erfunden Mündungsbremse.

Die Mündungsbremse ist nur ein kurzes Stahlrohr, das auf den Schnitt des Laufs montiert ist und als Fortsetzung desselben dient. Sein Durchmesser ist größer als der Durchmesser der Bohrung und hindert daher das Projektil nicht im Geringsten daran, aus der Mündung herauszufliegen. In die Wände des Rohres sind entlang des Umfangs mehrere Langlöcher geschnitten.

Mündungsbremse - Reduziert den Rückstoß von Schusswaffen

Pulvergase, die nach dem Projektil aus dem Waffenrohr austreten, weichen sofort zu den Seiten ab und ein Teil davon tritt in die Löcher der Mündungsbremse ein. Diese Gase treffen mit großer Wucht auf die Wände der Löcher, werden von ihnen abgestoßen und fliegen heraus, aber nicht nach vorne, sondern ein wenig seitwärts und rückwärts. Gleichzeitig üben sie Druck auf die Wände nach vorne aus und schieben sie und mit ihnen den gesamten Lauf der Waffe. Sie unterstützen die Monitorfeder, da sie dazu neigen, den Lauf nach vorne zu rollen. Und während sie im Lauf waren, schoben sie die Waffe zurück. Die Mündungsbremse reduziert und schwächt den Rückstoß erheblich.

Andere Erfinder sind den anderen Weg gegangen. Anstatt zu kämpfen Strahlbewegung des Laufs und um zu versuchen, es zu löschen, beschlossen sie, den Rückstoß der Waffe zum Wohle der Sache zu nutzen. Diese Erfinder schufen viele Beispiele für automatische Waffen: Gewehre, Pistolen, Maschinengewehre und Kanonen, bei denen der Rückstoß dazu dient, die verbrauchte Patronenhülse auszuwerfen und die Waffe nachzuladen.

Raketenartillerie

Sie können mit der Rückkehr überhaupt nicht kämpfen, sondern sie verwenden: Schließlich sind Aktion und Reaktion (Rückstoß) gleichwertig, gleichberechtigt, gleich groß, also lassen Sie sie reaktive Wirkung von Pulvergasen, anstatt den Lauf der Waffe zurückzudrücken, schickt das Projektil nach vorne auf das Ziel. So ist es entstanden Raketenartillerie. Dabei trifft der Gasstrahl nicht nach vorne, sondern nach hinten, wodurch im Projektil eine nach vorne gerichtete Reaktion entsteht.

Zum Jet-Pistole entpuppt sich als unnötig teurer und schwerer Kofferraum. Ein billigeres, einfaches Eisenrohr eignet sich hervorragend, um den Flug eines Projektils zu lenken. Sie können ganz auf ein Rohr verzichten und das Projektil entlang zweier Metallschienen gleiten lassen.

Ein Raketenprojektil ähnelt in seiner Konstruktion einer Feuerwerksrakete, es ist nur größer. In seinem Kopfteil ist anstelle der Komposition für farbiges bengalisches Feuer eine Sprengladung von großer Zerstörungskraft platziert. Die Mitte des Projektils ist mit Schießpulver gefüllt, das beim Verbrennen einen starken Strahl heißer Gase erzeugt, die das Projektil nach vorne drücken. In diesem Fall kann die Verbrennung von Schießpulver einen erheblichen Teil der Flugzeit andauern und nicht nur die kurze Zeitspanne, während der sich ein herkömmliches Projektil im Lauf einer herkömmlichen Waffe bewegt. Der Schuss wird nicht von einem so lauten Geräusch begleitet.

Raketenartillerie ist nicht jünger als gewöhnliche Artillerie und vielleicht sogar älter: Alte chinesische und arabische Bücher, die vor mehr als tausend Jahren geschrieben wurden, berichten über den Kampfeinsatz von Raketen.

In den Beschreibungen der Schlachten späterer Zeiten blitzt nein, nein und sogar die Erwähnung von Kampfraketen auf. Als die britischen Truppen Indien eroberten, erschreckten die indischen Krieger-Raketenkämpfer mit ihren Feuerschwanzpfeilen die britischen Invasoren, die ihr Heimatland versklavten. Für die Briten waren Strahlwaffen damals ein Kuriosum.

Von General erfundene Raketengranaten K. I. Konstantinow, schlugen die mutigen Verteidiger von Sewastopol in den Jahren 1854-1855 die Angriffe der englisch-französischen Truppen zurück.

Rakete

Ein großer Vorteil gegenüber konventioneller Artillerie - es war nicht erforderlich, schwere Geschütze zu tragen - lenkte die Aufmerksamkeit der Militärführer auf die Raketenartillerie. Aber ein ebenso großer Fehler verhinderte seine Verbesserung.

Tatsache ist, dass eine Wurf- oder, wie sie früher sagten, Kraftladung nur aus Schwarzpulver hergestellt werden konnte. Und der Umgang mit Schwarzpulver ist gefährlich. Das ist bei der Herstellung passiert Raketen Die Treibladung explodierte und die Arbeiter starben. Manchmal explodierte die Rakete während des Starts und Kanoniere starben. Es war gefährlich, solche Waffen herzustellen und zu benutzen. Daher hat es keine weite Verbreitung gefunden.

Die erfolgreich begonnenen Arbeiten führten jedoch nicht zum Bau eines interplanetaren Raumfahrzeugs. Die deutschen Faschisten haben einen blutigen Weltkrieg vorbereitet und entfesselt.

Rakete

Der Mangel bei der Herstellung von Raketen wurde von sowjetischen Designern und Erfindern beseitigt. Während des Großen Vaterländischen Krieges gaben sie unserer Armee eine hervorragende Düsenwaffe. Wachmörser wurden gebaut - "Katyushas" und RS ("eres") wurden erfunden - Raketen.

Rakete

In Bezug auf die Qualität übertraf die sowjetische Raketenartillerie alle ausländischen Modelle und fügte den Feinden enormen Schaden zu.

Bei der Verteidigung des Mutterlandes war das sowjetische Volk gezwungen, alle Errungenschaften der Raketentechnologie in den Dienst der Verteidigung zu stellen.

In den faschistischen Staaten haben viele Wissenschaftler und Ingenieure bereits vor dem Krieg intensiv Entwürfe für unmenschliche Zerstörungs- und Massakerinstrumente entwickelt. Dies hielten sie für das Ziel der Wissenschaft.

selbstfahrende Flugzeuge

Während des Krieges bauten Hitlers Ingenieure mehrere hundert selbstfahrende Flugzeuge: Granaten "V-1" und Raketen "V-2". Es waren zigarrenförmige Schalen, die 14 Meter lang und 165 Zentimeter im Durchmesser waren. Die tödliche Zigarre wog 12 Tonnen; Davon sind 9 Tonnen Treibstoff, 2 Tonnen Rumpf und 1 Tonne Sprengstoff. "V-2" flog mit einer Geschwindigkeit von bis zu 5500 Stundenkilometern und konnte eine Höhe von 170 bis 180 Kilometern erreichen.

Diese Zerstörungsmittel unterschieden sich nicht in der Treffergenauigkeit und waren nur zum Beschuss so großer Ziele wie großer und dicht besiedelter Städte geeignet. Die deutschen Faschisten produzierten "V-2" für 200-300 Kilometer von London in der Erwartung, dass die Stadt groß ist - ja, es wird irgendwo hinkommen!

Es ist unwahrscheinlich, dass Newton sich hätte vorstellen können, dass seine geniale Erfahrung und die von ihm entdeckten Bewegungsgesetze die Grundlage für Waffen bilden würden, die durch bestialische Bosheit gegenüber Menschen geschaffen wurden, und ganze Häuserblocks von London in Ruinen und Gräber von Menschen verwandelt würden, die von ihm gefangen genommen wurden ein Überfall der blinden FAA.

Raumschiff

Seit vielen Jahrhunderten hegen die Menschen den Traum, im interplanetaren Raum zu fliegen und den Mond, den mysteriösen Mars und die wolkenverhangene Venus zu besuchen. Zahlreiche Science-Fiction-Romane, Novellen und Kurzgeschichten wurden zu diesem Thema geschrieben. Schriftsteller schickten ihre Helden auf abgerichteten Schwänen, in Ballons, in Kanonenpatronen oder auf andere unglaubliche Weise in himmelhohe Entfernungen. Alle diese Flugmethoden basierten jedoch auf Erfindungen, die keine wissenschaftliche Grundlage hatten. Die Menschen glaubten nur, dass sie unseren Planeten eines Tages verlassen könnten, wussten aber nicht, wie sie das schaffen sollten.

Bemerkenswerter Wissenschaftler Konstantin Eduardowitsch Ziolkowski 1903 zum ersten Mal gab der Idee der Raumfahrt eine wissenschaftliche Grundlage. Er bewies, dass Menschen den Globus verlassen können und die Rakete dafür als Vehikel dienen wird, denn die Rakete ist der einzige Motor, der für seine Bewegung keine externe Unterstützung benötigt. Deshalb Rakete in der Lage, im luftleeren Raum zu fliegen.

Der Wissenschaftler Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky - hat bewiesen, dass Menschen den Globus mit einer Rakete verlassen können

Das Raumschiff sollte in seiner Konstruktion einem Raketengeschoss ähneln, nur in seinem Kopfteil wird es eine Kabine für Passagiere und Instrumente geben, und der Rest des Raums wird vom Kraftstoffgemisch und dem Motor eingenommen.

Um dem Schiff die richtige Geschwindigkeit zu geben, braucht man den richtigen Treibstoff. Schießpulver und andere Sprengstoffe sind auf keinen Fall geeignet: Sie sind sowohl gefährlich als auch verbrennen zu schnell, ohne dauerhaften Vortrieb zu bieten. K. E. Tsiolkovsky empfahl die Verwendung von flüssigem Brennstoff: Alkohol, Benzin oder verflüssigtem Wasserstoff, der in einem Strom aus reinem Sauerstoff oder einem anderen Oxidationsmittel verbrennt. Jeder erkannte die Richtigkeit dieses Hinweises, denn damals kannte man noch nicht den besten Brennstoff.

Am 10. April 1929 wurde in Deutschland die erste 16 Kilogramm schwere Rakete mit Flüssigtreibstoff getestet. Eine experimentelle Rakete hob ab und verschwand aus dem Blickfeld, bevor der Erfinder und alle Anwesenden nachvollziehen konnten, wohin sie flog. Nach dem Experiment war es nicht möglich, eine Rakete zu finden. Beim nächsten Mal beschloss der Erfinder, die Rakete zu „überlisten“, und band ein vier Kilometer langes Seil daran. Die Rakete hob ab und zog ihren Seilschwanz hinter sich her. Sie zog zwei Kilometer Seil heraus, zerriss es und folgte ihrem Vorgänger in unbekannte Richtung. Und auch dieser Flüchtling konnte nicht gefunden werden.