O conceito de propulsão a jato e impulso do jato

Propulsão a jato (do ponto de vista, exemplos na natureza)- movimento que ocorre quando qualquer parte dele é separada do corpo a uma determinada velocidade.

O princípio da propulsão a jato é baseado na lei da conservação do momento de um sistema mecânico isolado de corpos:

Ou seja, o momento total de um sistema de partículas é um valor constante. Na ausência de influências externas, o impulso do sistema igual a zero e é possível alterá-lo por dentro devido ao impulso do jato.

Impulso a jato (do ponto de vista de exemplos na natureza)- a força de reação das partículas separadas, que é aplicada no ponto do centro de exaustão (para um foguete - o centro da saída do bocal do motor) e é direcionada opostamente ao vetor velocidade das partículas separadas.

Massa do fluido de trabalho (foguete)

Aceleração geral do fluido de trabalho

Taxa de fluxo de partículas separadas (gases)

Cada segundo consumo de combustível

Exemplos de propulsão a jato na natureza inanimada

O movimento do jato também pode ser encontrado no mundo das plantas. EM países do sul(e aqui também na costa do Mar Negro) cresce uma planta chamada “pepino louco”.

O nome latino do gênero Ecballium vem de palavra grega com o significado - jogo fora, conforme a estrutura de uma fruta que lança sementes.

Os frutos do pepino louco são verde-azulados ou verdes, suculentos, oblongos ou oblongo-ovóides, com 4-6 cm de comprimento, 1,5-2,5 cm de largura, eriçados, rombos em ambas as extremidades, com múltiplas sementes (Figura 1). As sementes são alongadas, pequenas, comprimidas, lisas, com bordas estreitas, com cerca de 4 mm de comprimento. À medida que as sementes amadurecem, o tecido que as rodeia transforma-se numa massa viscosa. Ao mesmo tempo, forma-se muita pressão no fruto, com o que o fruto se separa do pedúnculo, e as sementes, junto com o muco, são expelidas com força pelo buraco resultante. Os próprios pepinos voam na direção oposta. O pepino louco (também chamado de “pistola feminina”) atira a mais de 12 m (Fig. 2).

Exemplos de propulsão a jato no reino animal

Criaturas marinhas

Muitos animais marinhos usam propulsão a jato para se moverem, incluindo águas-vivas, vieiras, polvos, lulas, chocos, salpas e alguns tipos de plâncton. Todos eles utilizam a reação de um jato de água ejetado, a diferença está na estrutura do corpo e, portanto, na forma de ingestão e liberação de água.

O molusco vieira (Fig. 3) se move devido à força reativa de um jato de água expelido da concha durante uma forte compressão de suas válvulas. Ele usa esse tipo de movimento em caso de perigo.

Os chocos (Figura 4) e os polvos (Figura 5) levam água para a cavidade branquial através de uma fenda lateral e um funil especial na frente do corpo e, a seguir, lançam vigorosamente um jato de água pelo funil. O choco direciona o tubo do funil para o lado ou para trás e, espremendo rapidamente a água, pode se mover em diferentes direções. Polvos, dobrando seus tentáculos sobre a cabeça, dão seus corpos forma simplificada podendo assim controlar seu movimento, mudando sua direção.

Os polvos podem até voar. O naturalista francês Jean Verani viu como um polvo comum acelerou em um aquário e de repente pulou de costas para fora da água. Depois de descrever um arco de cerca de cinco metros de comprimento no ar, ele voltou para o aquário. Ao ganhar velocidade para pular, o polvo se movia não apenas devido ao impulso do jato, mas também remava com seus tentáculos.

A salpa (Fig. 6) é um animal marinho de corpo transparente, ao se movimentar recebe água pela abertura frontal, e a água entra em uma ampla cavidade, dentro da qual as brânquias se estendem diagonalmente. Assim que o animal toma um grande gole de água, o buraco se fecha. Em seguida, os músculos longitudinais e transversais da salpa se contraem, todo o corpo se contrai e a água é expelida pela abertura posterior.

Lulas (Fig. 7). Tecido muscular - o manto envolve o corpo do molusco por todos os lados, o volume de sua cavidade é quase metade do volume do corpo da lula. O animal suga água para dentro da cavidade do manto e, em seguida, lança um jato de água através de um bico estreito e se move para trás com empurrões em alta velocidade. Ao mesmo tempo, todos os dez tentáculos da lula são reunidos em um nó acima de sua cabeça e ela assume uma forma aerodinâmica. O bico é equipado com uma válvula especial e os músculos podem girá-lo, mudando a direção do movimento. O motor squid é muito econômico e pode atingir velocidades de 60 a 70 km/h. Ao dobrar os tentáculos agrupados para a direita, esquerda, para cima ou para baixo, a lula gira em uma direção ou outra. Como tal volante, comparado ao próprio animal, tem um efeito muito tamanhos grandes, então seu leve movimento é suficiente para que a lula, mesmo em velocidade máxima, evite facilmente uma colisão com um obstáculo. Mas quando você precisa nadar rapidamente, o funil sempre se destaca entre os tentáculos, e a lula corre primeiro com o rabo.

Os engenheiros já criaram um motor semelhante ao motor squid. É chamado de canhão de água. Nele, a água é sugada para dentro da câmara. E então é jogado para fora através de um bico; a embarcação se move na direção oposta à direção da emissão do jato. A água é aspirada com gasolina comum ou Motor a gasóleo(ver anexo).

O melhor piloto entre os moluscos é a lula Stenoteuthis. Os marinheiros chamam isso de “lula voadora”. Ele persegue peixes com tanta velocidade que muitas vezes salta para fora da água, deslizando sobre sua superfície como uma flecha. Ele recorre a esse truque para salvar sua vida dos predadores - atum e cavala. Tendo desenvolvido o impulso máximo do jato na água, a lula piloto decola e voa sobre as ondas por mais de cinquenta metros. O apogeu do vôo de um foguete vivo fica tão alto acima da água que as lulas voadoras muitas vezes acabam no convés dos navios oceânicos. Quatro a cinco metros não é uma altura recorde para a qual as lulas sobem ao céu. Às vezes eles voam ainda mais alto.

O pesquisador inglês de moluscos Dr. Rees descreveu em artigo científico uma lula (apenas 16 centímetros de comprimento), que, tendo voado uma distância considerável no ar, caiu na ponte do iate, que se elevava quase sete metros acima da água.

Acontece que muitas lulas voadoras caem no navio em uma cascata cintilante. O antigo escritor Trebius Niger disse uma vez triste história sobre um navio que supostamente até afundou sob o peso de lulas voadoras que caíram em seu convés.

Insetos

As larvas da libélula se movem de maneira semelhante. E não todos eles, mas larvas de barriga longa que nadam ativamente em águas estagnadas (família Rocker) e correntes (família Cordulegaster), bem como larvas rastejantes de barriga curta de água parada. A larva utiliza o movimento do jato principalmente em momentos de perigo para se deslocar rapidamente para outro local. Este método de movimento não permite manobras precisas e não é adequado para perseguir presas. Mas as larvas roqueiras não perseguem ninguém - elas preferem caçar em emboscada.

O intestino posterior da larva da libélula, além de sua função principal, também serve como órgão de movimento. A água enche o intestino posterior, depois é expelida com força e a larva se move de 6 a 8 cm de acordo com o princípio do movimento do jato.

tecnologia de natureza de propulsão a jato

Aplicativo

A lógica da natureza é a lógica mais acessível e útil para as crianças.

Konstantin Dmitrievich Ushinsky(03.03.1823–03.01.1871) - Professor russo, fundador da pedagogia científica na Rússia.

BIOFÍSICA: MOVIMENTO DO JATO NA NATUREZA VIVA

Convido os leitores das páginas verdes a examinarem mundo fascinante biofísicos e conheça os principais princípios de propulsão a jato na vida selvagem. Hoje no programa: boca-de-água-viva- a maior água-viva do Mar Negro, vieiras, empreendedor larva de libélula roqueira, incrível a lula com seu motor a jato incomparável e ilustrações maravilhosas realizadas por um biólogo soviético e artista de animais Kondakov Nikolai Nikolaevich.

Vários animais se movem na natureza utilizando o princípio da propulsão a jato, por exemplo, águas-vivas, vieiras, larvas de libélula, lulas, polvos, chocos... Vamos conhecer melhor alguns deles ;-)

O método a jato de movimento de águas-vivas

As medusas são um dos predadores mais antigos e numerosos do nosso planeta! O corpo de uma água-viva é composto por 98% de água e é composto em grande parte por tecido conjuntivo hidratado - mesogléia funcionando como um esqueleto. A base da mesoglea é a proteína colágeno. O corpo gelatinoso e transparente da água-viva tem o formato de um sino ou guarda-chuva (alguns milímetros de diâmetro até 2,5 m). A maioria das águas-vivas se move de forma reativa, empurrando a água para fora da cavidade do guarda-chuva.

Medusa Cornerata(Rhizostomae), ordem de animais celenterados da classe dos cifóides. Água-viva ( até 65 cm de diâmetro) sem tentáculos marginais. As bordas da boca são alongadas em lobos orais com numerosas dobras que crescem juntas para formar muitas aberturas orais secundárias. Tocar nas lâminas bucais pode causar queimaduras dolorosas causada pela ação de células urticantes. Cerca de 80 espécies; Eles vivem principalmente em mares tropicais, menos frequentemente em mares temperados. Na Rússia - 2 tipos: Rizostoma pulmo comum em preto e Mares de Azov, Rhopilema asamushi encontrado no Mar do Japão.

Fuga a jato de vieiras de mariscos

Vieiras de marisco, geralmente deitados calmamente no fundo, quando seu principal inimigo se aproxima deles - um predador deliciosamente lento, mas extremamente insidioso - estrela do Mar- apertam com força as portas da pia, empurrando a água para fora dela com força. Assim usando princípio de propulsão a jato, emergem e, continuando a abrir e fechar a concha, podem nadar uma distância considerável. Se por algum motivo a vieira não tiver tempo de escapar com seu vôo a jato, a estrela do mar envolve-o com os braços, abre a concha e come-o...

Vieira(Pecten), um gênero de invertebrados marinhos da classe dos moluscos bivalves (Bivalvia). A concha da vieira é arredondada com uma borda reta. Sua superfície é coberta por costelas radiais divergindo do topo. As válvulas da casca são fechadas por um músculo forte. Pecten maximus, Flexopecten glaber vivem no Mar Negro; nos mares do Japão e Okhotsk – Mizuhopecten yessoensis ( até 17 centímetros em diâmetro).

Bomba de jato de larva de libélula rocker

Temperamento Larvas de libélula rocker, ou eshny(Aeshna sp.) não é menos predatório que seus parentes alados. Ela vive dois e às vezes quatro anos em reino subaquático, rasteja ao longo do fundo rochoso, rastreando pequenos habitantes aquáticos, incluindo alegremente girinos e alevinos de tamanho bastante grande em sua dieta. Em momentos de perigo, a larva da libélula roqueira decola e nada para frente aos solavancos, impulsionada pelo trabalho do notável bomba de jato. Levando água para o intestino posterior e jogando-a fora abruptamente, a larva salta para frente, impulsionada pela força de recuo. Assim usando princípio de propulsão a jato, a larva da libélula roqueira com solavancos e solavancos confiantes se esconde da ameaça que a persegue.

Impulsos reativos da “autoestrada” nervosa das lulas

Em todos os casos acima (princípios de propulsão a jato de águas-vivas, vieiras, larvas de libélulas), choques e solavancos são separados uns dos outros por períodos de tempo significativos, portanto, alta velocidade de movimento não é alcançada. Para aumentar a velocidade do movimento, em outras palavras, número impulsos reativos por unidade de tempo, necessário aumento da condução nervosa que estimulam a contração muscular, consertando um motor a jato vivo. Uma condutividade tão grande é possível com um diâmetro de nervo grande.

Sabe-se que As lulas têm as maiores fibras nervosas do mundo animal. Em média, atingem um diâmetro de 1 mm - 50 vezes maior que o da maioria dos mamíferos - e conduzem excitação a uma velocidade 25m/s. E uma lula de três metros dosidicus(vive na costa do Chile) a espessura dos nervos é fantasticamente grande - 18mm. Os nervos são grossos como cordas! Sinais cerebrais - os gatilhos das contrações - correm ao longo da "autoestrada" nervosa da lula em alta velocidade carro de passageiros – 90 km/h.

Graças às lulas, a investigação sobre as funções vitais dos nervos avançou rapidamente no início do século XX. "E quem sabe, escreve o naturalista britânico Frank Lane, talvez haja pessoas agora que devem à lula o fato de que sistema nervoso está em bom estado..."

A velocidade e manobrabilidade da lula também são explicadas pela sua excelente formas hidrodinâmicas corpo animal, por que lula e apelidada de “torpedo vivo”.

Lula(Teuthoidea), subordem dos cefalópodes da ordem Decápodes. O tamanho é geralmente de 0,25-0,5 m, mas algumas espécies são maiores animais invertebrados(lulas do gênero Architeuthis atingem 18 metros, incluindo o comprimento dos tentáculos).
O corpo das lulas é alongado, pontiagudo para trás, em forma de torpedo, o que determina sua alta velocidade de movimento como na água ( até 70 km/h) e no ar (as lulas podem pular da água a uma altura até 7 metros).

Motor a jato Lula

Jato-Propulsão, agora usado em torpedos, aeronaves, mísseis e projéteis espaciais, também é característico de cefalópodes - polvos, chocos, lulas. Mais interesse para técnicos e biofísicos apresenta motor a jato de lula. Observe como é fácil, com o que custo mínimo a natureza do material resolveu esta tarefa complexa e ainda insuperável;-)

Em essência, o squid tem dois motores fundamentalmente diferentes ( arroz. 1a). Ao se mover lentamente, ele usa uma grande barbatana em forma de diamante, que se dobra periodicamente na forma de uma onda ao longo do corpo. A lula usa um motor a jato para se lançar rapidamente.. A base deste motor é o manto - tecido muscular. Ele envolve o corpo do molusco por todos os lados, perfazendo quase metade do volume do seu corpo, e forma uma espécie de reservatório - cavidade do manto - a “câmara de combustão” de um foguete vivo, para o qual a água é sugada periodicamente. A cavidade do manto contém brânquias e órgãos internos lula ( arroz. 1b).

Com um método de natação a jato o animal suga água através de uma abertura aberta do manto para dentro da cavidade do manto a partir da camada limite. A abertura do manto é firmemente “fixada” com “botões de punho” especiais depois que a “câmara de combustão” de um motor vivo é preenchida com água do mar. A fenda do manto está localizada perto do meio do corpo da lula, onde é mais espessa. A força que causa o movimento do animal é criada jogando um jato de água através de um funil estreito, localizado na superfície abdominal da lula. Este funil, ou sifão, é "bocal" de um motor a jato vivo.

O “bico” do motor está equipado com uma válvula especial e os músculos podem girá-lo. Alterando o ângulo de instalação do bico funil ( arroz. 1c), a lula nada igualmente bem, tanto para frente quanto para trás (se nadar para trás, o funil se estende ao longo do corpo e a válvula é pressionada contra sua parede e não interfere no fluxo de água que flui da cavidade do manto; quando o a lula precisa avançar, a extremidade livre do funil alonga-se um pouco e dobra-se no plano vertical, a sua saída desmorona e a válvula assume uma posição curva). Os choques dos jatos e a absorção de água na cavidade do manto seguem um após o outro com uma velocidade indescritível, e a lula corre como um foguete no azul do oceano.

Lula e seu motor a jato - Figura 1

1a) lula – um torpedo vivo; 1b) motor a jato lula; 1c) a posição do bocal e sua válvula quando a lula se move para frente e para trás.

O animal passa uma fração de segundo absorvendo água e expelindo-a. Ao sugar água para a cavidade do manto na parte traseira do corpo durante períodos de movimentos lentos devido à inércia, a lula realiza a sucção da camada limite, evitando assim que o fluxo pare durante um regime de fluxo instável. Ao aumentar as porções de água ejetada e aumentar a contração do manto, a lula aumenta facilmente sua velocidade de movimento.

O motor a jato squid é muito econômico, graças ao qual ele pode atingir velocidade 70 km/h; alguns pesquisadores acreditam que mesmo 150 km/h!

Engenheiros já criaram motor semelhante a um motor a jato lula: Esse canhao de água, operando com motor convencional a gasolina ou diesel. Por que motor a jato de lula ainda atrai a atenção dos engenheiros e é objeto de pesquisas criteriosas por parte dos biofísicos? Para trabalhar debaixo d'água, é conveniente ter um dispositivo que funcione sem acesso ao ar atmosférico. A busca criativa dos engenheiros visa criar um design motor hidrojato, semelhante jacto de ar…

Baseado em materiais de livros maravilhosos:
“Biofísica nas aulas de física” Cecília Bunimovna Katz,
E "Primatas do Mar" Igor Ivanovich Akimushkina

Kondakov Nikolai Nikolaevich (1908–1999) – Biólogo soviético, artista animal, Candidato em Ciências Biológicas. Sua principal contribuição para a ciência biológica foram os desenhos de diversos representantes da fauna. Essas ilustrações foram incluídas em muitas publicações, como Grande Enciclopédia Soviética, Livro Vermelho da URSS, em atlas de animais e materiais didáticos.

Akimushkin Igor Ivanovich (01.05.1929–01.01.1993) – Biólogo soviético, escritor e divulgador da biologia, autor de livros científicos populares sobre a vida animal. Laureado com o prêmio "Conhecimento" da All-Union Society. Membro do Sindicato dos Escritores da URSS. A publicação mais famosa de Igor Akimushkin é um livro de seis volumes "Mundo animal".

Os materiais deste artigo serão úteis para aplicação não apenas nas aulas de física E biologia, mas também em atividades extracurriculares.
Material biofísicoé extremamente benéfico para mobilizar a atenção dos alunos, para transformar formulações abstratas em algo concreto e próximo, afetando não só a esfera intelectual, mas também a emocional.

Literatura:
§ Katz Ts.B. Biofísica nas aulas de física

§ § Akimushkin I.I. Primatas do mar
Moscou: Editora Mysl, 1974
§ Tarasov L.V. Física na natureza
Moscou: Editora Prosveshchenie, 1988

Propulsão a jato na natureza e tecnologia

RESUMO DE FÍSICA

Jato-Propulsão- movimento que ocorre quando qualquer parte dele é separada do corpo a uma determinada velocidade.

A força reativa ocorre sem qualquer interação com corpos externos.

Aplicação de propulsão a jato na natureza

Muitos de nós em nossas vidas encontramos águas-vivas enquanto nadamos no mar. De qualquer forma, há um número suficiente deles no Mar Negro. Mas poucas pessoas pensavam que as águas-vivas também usavam propulsão a jato para se mover. Além disso, é assim que as larvas da libélula e alguns tipos de plâncton marinho se movem. E muitas vezes a eficiência dos animais invertebrados marinhos ao usar a propulsão a jato é muito maior do que a das invenções tecnológicas.

A propulsão a jato é usada por muitos moluscos - polvos, lulas, chocos. Por exemplo, um molusco vieira avança devido à força reativa de um jato de água expelido da concha durante uma forte compressão de suas válvulas.

Polvo

Choco

O choco, como a maioria dos cefalópodes, move-se na água Da seguinte maneira. Ela leva água para a cavidade branquial através de uma fenda lateral e um funil especial na frente do corpo e, em seguida, lança energicamente um jato de água através do funil. O choco direciona o tubo do funil para o lado ou para trás e, espremendo rapidamente a água, pode se mover em diferentes direções.

A salpa é um animal marinho de corpo transparente, ao se movimentar recebe água pela abertura frontal, e a água entra em uma ampla cavidade, dentro da qual as brânquias se estendem diagonalmente. Assim que o animal toma um grande gole de água, o buraco se fecha. Em seguida, os músculos longitudinais e transversais da salpa se contraem, todo o corpo se contrai e a água é expelida pela abertura posterior. A reação do jato que escapa empurra a salpa para frente.

O motor a jato da lula é de maior interesse. A lula é o maior invertebrado habitante das profundezas do oceano. As lulas alcançaram perfeição suprema na navegação reativa. Até o seu corpo, com suas formas externas, copia o foguete (ou melhor, o foguete copia a lula, pois tem prioridade indiscutível neste assunto). Ao se mover lentamente, a lula usa uma grande barbatana em forma de diamante que se dobra periodicamente. Ele usa um motor a jato para lançar rapidamente. Tecido muscular - o manto envolve o corpo do molusco por todos os lados, o volume de sua cavidade é quase metade do volume do corpo da lula. O animal suga água para dentro da cavidade do manto e, em seguida, lança um jato de água através de um bico estreito e se move para trás com empurrões em alta velocidade. Ao mesmo tempo, todos os dez tentáculos da lula são reunidos em um nó acima de sua cabeça e ela assume uma forma aerodinâmica. O bico é equipado com uma válvula especial e os músculos podem girá-lo, mudando a direção do movimento. O motor squid é muito econômico, é capaz de atingir velocidades de 60 a 70 km/h. (Alguns pesquisadores acreditam que até 150 km/h!) Não admira que a lula seja chamada de “torpedo vivo”. Ao dobrar os tentáculos agrupados para a direita, esquerda, para cima ou para baixo, a lula gira em uma direção ou outra. Como esse volante é muito grande em comparação com o próprio animal, seu leve movimento é suficiente para que a lula, mesmo em velocidade máxima, evite facilmente uma colisão com um obstáculo. Uma virada brusca do volante - e o nadador corre para lado reverso. Então ele dobrou a ponta do funil para trás e agora desliza de cabeça. Ele dobrou para a direita - e o impulso do jato o jogou para a esquerda. Mas quando você precisa nadar rápido, o funil sempre se destaca bem entre os tentáculos, e a lula corre primeiro com o rabo, assim como um lagostim correria - um caminhante rápido dotado da agilidade de um corredor.

Se não há necessidade de pressa, lulas e chocos nadam com nadadeiras ondulantes - ondas em miniatura passam sobre eles de frente para trás, e o animal desliza graciosamente, ocasionalmente empurrando-se também com um jato de água lançado por baixo do manto. Então, os choques individuais que o molusco recebe no momento da erupção dos jatos d'água são claramente visíveis. Alguns cefalópodes podem atingir velocidades de até cinquenta e cinco quilômetros por hora. Parece que ninguém fez medições diretas, mas isso pode ser avaliado pela velocidade e alcance de vôo das lulas voadoras. E acontece que os polvos têm muitos talentos na família! O melhor piloto entre os moluscos é a lula Stenoteuthis. Os marinheiros ingleses chamam-na de lula voadora (“lula voadora”). Este é um pequeno animal do tamanho de um arenque. Ele persegue peixes com tanta velocidade que muitas vezes salta para fora da água, deslizando sobre sua superfície como uma flecha. Ele recorre a esse truque para salvar sua vida dos predadores - atum e cavala. Tendo desenvolvido o impulso máximo do jato na água, a lula piloto decola e voa sobre as ondas por mais de cinquenta metros. O apogeu do vôo de um foguete vivo fica tão alto acima da água que as lulas voadoras muitas vezes acabam no convés dos navios oceânicos. Quatro a cinco metros não é uma altura recorde para a qual as lulas sobem ao céu. Às vezes eles voam ainda mais alto.

O pesquisador inglês de moluscos Dr. Rees descreveu em um artigo científico uma lula (apenas 16 centímetros de comprimento), que, tendo voado uma boa distância no ar, caiu na ponte de um iate, que se elevava quase sete metros acima da água.

Acontece que muitas lulas voadoras caem no navio em uma cascata cintilante. O antigo escritor Trebius Niger contou certa vez uma triste história sobre um navio que supostamente afundou sob o peso de lulas voadoras que caíram em seu convés. As lulas podem decolar sem aceleração.

Os polvos também podem voar. O naturalista francês Jean Verani viu como um polvo comum acelerou em um aquário e de repente pulou de costas para fora da água. Depois de descrever um arco de cerca de cinco metros de comprimento no ar, ele voltou para o aquário. Ao ganhar velocidade para pular, o polvo se movia não apenas devido ao impulso do jato, mas também remava com seus tentáculos.
Os polvos folgados nadam, é claro, pior que as lulas, mas em momentos críticos podem mostrar uma classe recorde para os melhores velocistas. A equipe do Aquário da Califórnia tentou fotografar um polvo atacando um caranguejo. O polvo avançava sobre sua presa com tanta velocidade que o filme, mesmo filmando nas velocidades mais altas, sempre continha gordura. Isso significa que o lançamento durou centésimos de segundo! Normalmente, os polvos nadam relativamente devagar. Joseph Seinl, que estudou as migrações dos polvos, calculou: um polvo de meio metro nada no mar a uma velocidade média de cerca de quinze quilômetros por hora. Cada jato de água lançado para fora do funil o empurra para frente (ou melhor, para trás, já que o polvo nada para trás) de dois a dois metros e meio.

O movimento do jato também pode ser encontrado no mundo das plantas. Por exemplo, os frutos maduros do “pepino louco”, ao menor toque, saltam do pedúnculo e um líquido pegajoso com sementes é lançado com força para fora do buraco resultante. O próprio pepino voa na direção oposta até 12 m.

Conhecendo a lei da conservação do momento, você pode alterar sua própria velocidade de movimento em espaço aberto. Se você estiver em um barco e tiver várias pedras pesadas, atirar pedras em uma determinada direção o moverá na direção oposta. O mesmo acontecerá no espaço sideral, mas lá eles usam motores a jato para isso.

Todo mundo sabe que um tiro de arma é acompanhado de recuo. Se o peso da bala fosse igual ao peso da arma, eles se separariam na mesma velocidade. O recuo ocorre porque a massa de gases ejetada cria uma força reativa, graças à qual o movimento pode ser garantido tanto no ar como no espaço sem ar. E quanto maior a massa e a velocidade dos gases que fluem, maior será a força de recuo que nosso ombro sente, mais forte será a reação da arma e maior será a força reativa.

Aplicação de propulsão a jato em tecnologia

Durante muitos séculos, a humanidade sonhou com voos espaciais. Os escritores de ficção científica propuseram uma variedade de meios para atingir esse objetivo. No século XVII apareceu uma história Escritor francês Cyrano de Bergerac sobre o voo para a lua. O herói desta história chegou à Lua em uma carroça de ferro, sobre a qual lançava constantemente um forte ímã. Atraída por ele, a carroça subiu cada vez mais acima da Terra até chegar à Lua. E o Barão Munchausen disse que subiu à lua ao longo de um talo de feijão.

No final do primeiro milênio dC, a China inventou a propulsão a jato, que movia foguetes - tubos de bambu cheios de pólvora, que também eram usados ​​​​como diversão. Um dos primeiros projetos de carro também foi com motor a jato e esse projeto pertenceu a Newton

O autor do primeiro projeto mundial de um avião a jato destinado ao voo humano foi o revolucionário russo N.I. Kibalchich. Ele foi executado em 3 de abril de 1881 por sua participação na tentativa de assassinato do imperador Alexandre II. Ele desenvolveu seu projeto na prisão após ser condenado à morte. Kibalchich escreveu: “Enquanto estou na prisão, alguns dias antes da minha morte, estou escrevendo este projeto. Acredito na viabilidade da minha ideia, e essa fé me apoia na minha terrível situação... Enfrentarei a morte com calma, sabendo que minha ideia não morrerá comigo.”

A ideia de usar foguetes para vôos espaciais foi proposto no início deste século pelo cientista russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Em 1903, um artigo do professor do ginásio Kaluga, K.E., foi publicado. Tsiolkovsky “Exploração de espaços mundiais usando instrumentos reativos.” Este trabalho continha a equação matemática mais importante para a astronáutica, agora conhecida como “fórmula de Tsiolkovsky”, que descrevia o movimento de um corpo de massa variável. Posteriormente, ele desenvolveu um projeto para um motor de foguete de combustível líquido, propôs um projeto de foguete de vários estágios e expressou a ideia da possibilidade de criar cidades espaciais inteiras em órbita baixa da Terra. Ele mostrou que o único dispositivo capaz de superar a gravidade é um foguete, ou seja, um dispositivo com motor a jato que utiliza combustível e oxidante localizado no próprio dispositivo.

Concluído:
Estudante
Grupos 1-121
Okuneva Alena
Verificado:
P.L.Vineaminovna

Cidade de Perevoz
2011
Contente:

Introdução: O que é propulsão a jato ……………………………………………………… …..……………………………………..3
Lei da conservação do momento …………………………………………………………….4
Aplicação da propulsão a jato na natureza…………………………..….…....5
Aplicação da propulsão a jato em tecnologia…….………………...…..….….6
Propulsão a jato “Míssil intercontinental”…………..……......7
Base física da operação do motor a jato..................... .................... 8
Classificação dos motores a jato e características de seu uso……………………………………………………………………………….………….…….9
Características do projeto e criação de uma aeronave…..…10
Conclusão……………………………………………………………………………….11
Lista de referências………………………………………………………..12

"Jato-Propulsão"
O movimento reativo é o movimento de um corpo causado pela separação de alguma parte dele a uma certa velocidade. O movimento do jato é descrito com base na lei da conservação do momento.
A propulsão a jato, hoje utilizada em aviões, foguetes e espaçonaves, é característica de polvos, lulas, chocos, águas-vivas - todos eles, sem exceção, utilizam a reação (recuo) de um jato de água ejetado para nadar.
Exemplos de propulsão a jato também podem ser encontrados no mundo vegetal.
Nos países do sul cresce uma planta chamada "pepino louco". Assim que você toca levemente uma fruta madura, semelhante a um pepino, ela salta do caule e, pelo buraco resultante, o líquido com sementes sai voando da fruta como uma fonte a uma velocidade de até 10 m/s.

Os próprios pepinos voam na direção oposta. O pepino louco (também chamado de “pistola feminina”) atira a mais de 12 m.

"Lei da Conservação do Momentum"
Em um sistema fechado, a soma vetorial dos impulsos de todos os corpos incluídos no sistema permanece constante para quaisquer interações dos corpos deste sistema entre si.
Esta lei fundamental da natureza é chamada de lei da conservação do momento. É uma consequência da segunda e terceira leis de Newton. Consideremos dois corpos em interação que fazem parte de um sistema fechado.
Denotamos as forças de interação entre esses corpos por e De acordo com a terceira lei de Newton Se esses corpos interagem durante o tempo t, então os impulsos das forças de interação são iguais em magnitude e direcionados em direções opostas: Vamos aplicar a segunda lei de Newton a esses corpos :

“Aplicação da propulsão a jato na natureza”
A propulsão a jato é usada por muitos moluscos - polvos, lulas, chocos. Por exemplo, um molusco vieira avança devido à força reativa de um jato de água expelido da concha durante uma forte compressão de suas válvulas.

Polvo
Os chocos, como a maioria dos cefalópodes, movem-se na água da seguinte maneira. Ela leva água para a cavidade branquial através de uma fenda lateral e um funil especial na frente do corpo e, em seguida, lança energicamente um jato de água através do funil. O choco direciona o tubo do funil para o lado ou para trás e, espremendo rapidamente a água, pode se mover em diferentes direções.
A salpa é um animal marinho de corpo transparente, ao se movimentar recebe água pela abertura frontal, e a água entra em uma ampla cavidade, dentro da qual as brânquias se estendem diagonalmente. Assim que o animal toma um grande gole de água, o buraco se fecha. Em seguida, os músculos longitudinais e transversais da salpa se contraem, todo o corpo se contrai e a água é expelida pela abertura posterior. A reação do jato que escapa empurra a salpa para frente. O motor a jato da lula é de maior interesse. A lula é o maior invertebrado habitante das profundezas do oceano. As lulas alcançaram a mais alta perfeição na navegação a jato. Até seu corpo, com seu formato externo, copia um foguete. Conhecendo a lei da conservação do momento, você pode alterar sua própria velocidade de movimento em um espaço aberto. Se você estiver em um barco e tiver várias pedras pesadas, atirar pedras em uma determinada direção o moverá na direção oposta. O mesmo acontecerá no espaço sideral, mas lá eles usam motores a jato para isso.

“Aplicação da propulsão a jato em tecnologia”
No final do primeiro milênio dC, a China inventou a propulsão a jato, que movia foguetes - tubos de bambu cheios de pólvora, que também eram usados ​​​​como diversão. Um dos primeiros projetos de automóveis também foi com motor a jato e esse projeto pertenceu a Newton.
O autor do primeiro projeto mundial de um avião a jato destinado ao voo humano foi o revolucionário russo N.I. Kibalchich. Ele foi executado em 3 de abril de 1881 por sua participação na tentativa de assassinato do imperador Alexandre II. Ele desenvolveu seu projeto na prisão após ser condenado à morte. Kibalchich escreveu: “Enquanto estou na prisão, alguns dias antes da minha morte, estou escrevendo este projeto. Acredito na viabilidade da minha ideia, e essa fé me apoia na minha terrível situação... Enfrentarei a morte com calma, sabendo que minha ideia não morrerá comigo.”
A ideia de usar foguetes para voos espaciais foi proposta no início deste século pelo cientista russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky. Em 1903, um artigo do professor do ginásio Kaluga, K.E., foi publicado. Tsiolkovsky “Exploração de espaços mundiais usando instrumentos reativos.” Este trabalho continha a equação matemática mais importante para a astronáutica, agora conhecida como “fórmula de Tsiolkovsky”, que descrevia o movimento de um corpo de massa variável. Posteriormente, ele desenvolveu um projeto para um motor de foguete de combustível líquido, propôs um projeto de foguete de vários estágios e expressou a ideia da possibilidade de criar cidades espaciais inteiras em órbita baixa da Terra. Ele mostrou que o único dispositivo capaz de superar a gravidade é um foguete, ou seja, um dispositivo com motor a jato que utiliza combustível e oxidante localizado no próprio dispositivo. Os foguetes soviéticos foram os primeiros a chegar à Lua, circundaram a Lua e fotografaram seu lado invisível da Terra, e foram os primeiros a alcançar o planeta Vênus e entregar instrumentos científicos à sua superfície. Em 1986, duas naves espaciais soviéticas, Vega 1 e Vega 2, examinaram de perto o cometa Halley, que se aproxima do Sol uma vez a cada 76 anos.

Propulsão a jato "Míssil Intercontinental"
A humanidade sempre sonhou em viajar para o espaço. Escritores - escritores de ficção científica, cientistas, sonhadores - propuseram uma variedade de meios para atingir esse objetivo. Mas, durante muitos séculos, nem um único cientista ou escritor de ficção científica foi capaz de inventar o único meio à disposição de uma pessoa com a qual se pode superar a força da gravidade e voar para o espaço. K. E. Tsiolkovsky é o fundador da teoria do voo espacial.
Pela primeira vez, os sonhos e aspirações de muitas pessoas foram aproximados da realidade pelo cientista russo Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky (1857-1935), que mostrou que o único dispositivo capaz de vencer a gravidade é um foguete, ele apresentou pela primeira vez evidências científicas da possibilidade de utilização de foguete para voos ao espaço sideral, além da atmosfera terrestre e para outros planetas sistema solar. Tsoilkovsky chamou de foguete um dispositivo com motor a jato que usa combustível e oxidante.
Como você sabe no curso de física, um tiro de arma é acompanhado de recuo. De acordo com as leis de Newton, uma bala e uma arma voariam em direções diferentes e com a mesma velocidade se tivessem a mesma massa. A massa de gases ejetada cria uma força reativa, graças à qual o movimento pode ser garantido, tanto no ar quanto no espaço sem ar, e assim ocorre o recuo. Quanto maior for a força de recuo que o nosso ombro sente, maior será a massa e a velocidade dos gases que escapam e, portanto, quanto mais forte for a reacção da arma, maior será a força reactiva. Esses fenômenos são explicados pela lei da conservação do momento:
a soma vetorial (geométrica) dos impulsos dos corpos que compõem um sistema fechado permanece constante para quaisquer movimentos e interações dos corpos do sistema.
A fórmula de Tsiolkovsky apresentada é a base sobre a qual se baseia todo o cálculo dos mísseis modernos. O número de Tsiolkovsky é a razão entre a massa do combustível e a massa do foguete no final da operação do motor - e o peso do foguete vazio.
Assim, descobrimos que a velocidade máxima alcançável do foguete depende principalmente da velocidade do fluxo de gás do bocal. E a vazão dos gases do bocal, por sua vez, depende do tipo de combustível e da temperatura do jato de gás. Isso significa que quanto maior a temperatura, maior a velocidade. Então, para um foguete real, você precisa selecionar o combustível com maior teor calórico e que produza a maior quantidade de calor. A fórmula mostra que, entre outras coisas, a velocidade do foguete depende da massa inicial e final do foguete, de que parte de seu peso é combustível e de que parte é inútil (em termos de velocidade de vôo) estruturas: corpo, mecanismos, etc. d.
A principal conclusão desta fórmula de Tsiolkovsky para determinar a velocidade de um foguete espacial é que em um espaço sem ar o foguete se desenvolverá quanto maior a velocidade, maior a velocidade do fluxo de gás e mais número maior Tsiolkovsky.

"Base física da operação do motor a jato"
Os poderosos motores a jato modernos de vários tipos são baseados no princípio da reação direta, ou seja, o princípio de criar uma força motriz (ou impulso) na forma de uma reação (recuo) de um fluxo de “substância de trabalho” fluindo do motor, geralmente gases quentes. Em todos os motores existem dois processos de conversão de energia. Primeiro, a energia química do combustível é convertida em energia térmica dos produtos de combustão e, em seguida, a energia térmica é utilizada para realizar trabalho mecânico. Esses motores incluem motores de pistão de automóveis, locomotivas a diesel, turbinas a vapor e a gás de usinas de energia, etc. Após a geração de gases quentes contendo grande energia térmica na máquina térmica, essa energia deve ser convertida em energia mecânica. Afinal, os motores servem para realizar trabalhos mecânicos, para “mover” algo, para colocá-lo em ação, seja um dínamo, se solicitados a serem complementados com desenhos de uma usina, de uma locomotiva a diesel, de um carro ou de um avião. Para que a energia térmica dos gases se transforme em energia mecânica, o seu volume deve aumentar. Com essa expansão, os gases realizam um trabalho que consome sua energia interna e térmica.
O bico do jato pode ter diferentes formatos e, além disso, diferentes designs dependendo do tipo de motor. O principal é a velocidade com que os gases saem do motor. Se esta velocidade de saída não exceder a velocidade com que as ondas sonoras se propagam nos gases que saem, então o bocal é uma simples seção cilíndrica ou cônica de tubo. Se a velocidade de saída exceder a velocidade do som, o bico terá o formato de um tubo em expansão ou primeiro estreitando e depois expandindo (bocal Lavl). Somente num tubo com esta forma, como mostram a teoria e a experiência, o gás pode ser acelerado a velocidades supersónicas e atravessar a “barreira do som”.

“Classificação dos motores a jato e características de seu uso”
Porém, esse poderoso tronco, princípio da reação direta, deu origem a uma enorme coroa da “árvore genealógica” da família dos motores a jato. Conhecer os principais ramos de sua copa, coroando o “tronco” da reação direta. Logo, como você pode ver na foto (veja abaixo), esse tronco está dividido em duas partes, como se tivesse sido dividido por um raio. Ambos os novos baús são igualmente decorados com coroas poderosas. Essa divisão ocorreu porque todos os motores a jato “químicos” são divididos em duas classes dependendo se utilizam ou não o ar ambiente para seu funcionamento.
Em um motor sem compressor de outro tipo, de fluxo direto, não existe nem essa grade de válvulas e a pressão na câmara de combustão aumenta em decorrência da pressão de alta velocidade, ou seja, freando o fluxo de ar que entra no motor em vôo. É claro que tal motor é capaz de operar apenas quando a aeronave já está voando a uma velocidade suficientemente alta; não desenvolverá empuxo quando estacionada. Mas em uma velocidade muito alta, 4-5 vezes velocidade mais alta som, um motor ramjet desenvolve empuxo muito alto e consome menos combustível do que qualquer outro motor a jato "químico" nessas condições. É por isso que os motores ramjet.
etc..................

Entre as grandes conquistas técnicas e científicas do século XX, um dos primeiros lugares pertence, sem dúvida, a foguetes e teoria da propulsão a jato. Os anos da Segunda Guerra Mundial (1941-1945) levaram a uma melhoria invulgarmente rápida no design de veículos a jato. Foguetes de pólvora reapareceram nos campos de batalha, mas usando pó TNT sem fumaça de alto teor calórico (“Katyusha”). Foram criadas aeronaves com respiração aérea, aeronaves não tripuladas com motores respiradores pulsantes ("FAU-1") e mísseis balísticos com alcance de até 300 km ("FAU-2").

Os foguetes estão agora se tornando uma indústria muito importante e em rápido crescimento. O desenvolvimento da teoria do vôo a jato é um dos problemas urgentes desenvolvimento científico e tecnológico moderno.

K. E. Tsiolkovsky fez muito pelo conhecimento fundamentos da teoria da propulsão de foguetes. Ele foi o primeiro na história da ciência a formular e investigar o problema do estudo dos movimentos retilíneos dos foguetes com base nas leis mecânica teórica. Como indicamos, o princípio da comunicação do movimento, com a ajuda das forças de reação das partículas lançadas, foi realizado por Tsiolkovsky em 1883, mas sua criação de uma teoria matematicamente rigorosa da propulsão a jato remonta a final do século XIX séculos.

Em uma de suas obras, Tsiolkovsky escreveu: “Durante muito tempo olhei para o foguete, como todo mundo: do ponto de vista do entretenimento e das pequenas aplicações. Não me lembro bem como me ocorreu fazer cálculos relacionados ao foguete. Parece-me que as primeiras sementes do pensamento foram plantadas pelo famoso sonhador Júlio Verne; despertou o trabalho do meu cérebro direção conhecida. Os desejos apareceram, por trás dos desejos surgiu a atividade da mente. ...Um antigo pedaço de papel com as fórmulas finais relativas ao aparelho a jato está marcado com a data 25 de agosto de 1898.”

“...Nunca afirmei ter uma solução completa para o problema. Os primeiros vêm inevitavelmente: pensamento, fantasia, conto de fadas. Atrás deles vem o cálculo científico. E no final, a execução coroa o pensamento. Meus trabalhos sobre viagens espaciais pertencem à fase intermediária da criatividade. Mais do que ninguém, compreendo o abismo que separa uma ideia da sua implementação, pois durante a minha vida não só pensei e calculei, mas também executei, trabalhando também com as mãos. Porém, é impossível não ter uma ideia: a execução é precedida pelo pensamento, o cálculo preciso é precedido pela fantasia.”

Em 1903, o primeiro artigo de Konstantin Eduardovich sobre tecnologia de foguetes apareceu na revista Scientific Review, chamado “Exploração de espaços mundiais usando instrumentos de foguete”. Neste trabalho, com base nas leis mais simples da mecânica teórica (a lei da conservação do momento e a lei da ação independente das forças), foi apresentada a teoria do voo do foguete e fundamentada a possibilidade de utilização de veículos a jato para comunicações interplanetárias. (Criação teoria geral o movimento de corpos cuja massa muda durante o movimento pertence ao Professor I. V. Meshchersky (1859-1935)).

A ideia de usar um foguete para resolver problemas científicos, o uso de motores a jato para criar o movimento de grandiosas naves interplanetárias pertence inteiramente a Tsiolkovsky. Ele é o fundador dos modernos foguetes de propelente líquido longo alcance, um dos criadores novo capítulo mecânica teórica.

A mecânica clássica, que estuda as leis do movimento e equilíbrio dos corpos materiais, baseia-se em três leis do movimento, formulado de forma clara e estrita por um cientista inglês em 1687. Essas leis foram utilizadas por muitos pesquisadores para estudar o movimento de corpos cuja massa não mudava durante o movimento. Foram considerados casos de movimento muito importantes e uma grande ciência foi criada - a mecânica dos corpos de massa constante. Os axiomas da mecânica dos corpos de massa constante, ou leis do movimento de Newton, foram uma generalização de todo o desenvolvimento anterior da mecânica. Atualmente, as leis básicas do movimento mecânico são estabelecidas em todos os livros didáticos de física para ensino médio. Nós vamos dar aqui resumo As leis do movimento de Newton, desde o próximo passo da ciência, que possibilitou o estudo do movimento dos foguetes, foram desenvolvimento adicional métodos da mecânica clássica.