Почему летит и как устроена ракета? Реактивное движение и ракета.

Взлетом космической ракеты сейчас можно полюбоваться и по телевизору, и в кино. Ракета вертикально стоит на бетонном стартовом столе. По команде из пункта управления включаются двигатели, мы видим загорающееся внизу пламя, мы слышим нарастающий рев. И вот ракета в клубах дыма отрывается от Земли и сначала медленно, а потом все быстрее и быстрее устремляется вверх. Через минуту она уже на такой высоте, куда не могут подняться самолеты, а еще через минуту – Космосе, в околоземном безвоздушном пространстве.

Двигатели ракеты называются реактивными. Почему? Потому что в таких двигателях сила тяги является силой реакции (противодействия) силе, которая отбрасывает в противоположную сторону струю раскаленных газов, получаемых от сгорания топлива в специальной камере. Как известно, согласно третьему закону Ньютона сила этого противодействия равна силе действия. То есть, сила, поднимающая ракету в космическое пространство равна силе, которую развивают раскаленные газы, вырывающиеся из сопла ракеты. Если Вам кажется невероятным, что газ, которому положено быть бесплотным, забрасывает на космическую орбиту тяжеленную ракету, вспомните о том, что сжатый в резиновых баллонах воздух успешно поддерживает не только велосипедиста, но и тяжелые самосвалы. Раскаленный добела газ, вырывающийся из сопла ракеты – тоже полон силы и энергии. Настолько, что после каждого старта ракеты стартовый стол ремонтируют, добавляя выбитый огненным вихрем бетон.

Третий закон Ньютона можно сформулировать иначе, как закон сохранения импульса. Импульсом называется произведение массы на скорость. В терминах закона сохранения импульса старт ракеты можно описать так.

Первоначально импульс космической ракеты, покоящейся на стартовой площадке, был равен нулю (Большая масса ракеты, умноженная на нулевую ее скорость). Но вот включен двигатель. Топливо сгорает, образуя огромное количество газообразных продуктов сгорания. Они имеют высокую температуру и с высокой скоростью истекают из сопла ракеты в одну сторону, вниз. Это создает вектор импульса, направленный вниз, величина которого равна массе истекающего газа, умноженного на скорость этого газа. Однако, в силу закона сохранения импульса, суммарный импульс космической ракеты относительно стартовой площадки должен быть по-прежнему равен нулю. Поэтому тут же возникает вектор импульса, направленный вверх, уравновешивающий систему «ракета – отбрасываемые газы». За счет чего возникнет этот вектор? За счет того, что стоящая до тех пор неподвижно ракета начнет движение вверх. Импульс, направленный вверх, будет равен массе ракеты, умноженной на ее скорость.

Если двигатели ракеты мощные, ракета очень быстро набирает скорость, достаточную для того, чтобы вывести космический корабль на околоземную орбиту. Эта скорость называется первой космической скоростью и равна приблизительно 8 километрам в секунду.

Мощность двигателя ракеты определяется в первую очередь тем, какое топливо сгорает в двигателях ракеты. Чем выше температура сгорания топлива, тем мощнее двигатель. В самых ранних советских ракетных двигателях топливом был керосин, а окислителем – азотная кислота. Сейчас в ракетах используется более активные (и более ядовитые) смеси. Топливом в современных американских ракетных двигателях является смесь кислорода и водорода. Кислородно-водородная смесь очень взрывоопасна, но при сгорании выделяет огромное количество энергии.

МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ

« Я - исследователь »

Исследовательская работа

Кукса Дмитрий

ученик 3 «А» класса

МОУ СОШ №7

Руководитель:

г. Алексеевка

Нам в школе объявили, что будет проходить конкурс «Я – исследователь». Я решил: «Буду участвовать!» Пришёл домой и стал думать, какую же тему мне выбрать. А дед, который служил в ракетных войсках, сказал: «Давай, Дима, ракету запустим. Как только расскажешь, какая сила заставляет ракету двигаться, я своё обещание выполню». Мне понравилась эта идея. И задания такого я не испугался. Очень уж хотелось посмотреть на полёт ракеты.

Я поставил задачи

1. Изучить строение ракеты

2. Узнать какая сила заставляет ракету двигаться

Методы исследования:

Теоретические: изучение источников информации

Практические: опыты.

Объектом исследования является: ракета

Предмет исследования: полёт ракеты

Ожидаемый результат: исследования расширят мой кругозор, помогут узнать можно ли поднять ракету в воздух в домашних условиях.

Гипотеза: я думаю изготовить модель ракеты в домашних условиях можно, но поднять в воздух нельзя. Она не взлетит.

Чтобы доказать или опровергнуть гипотезу я сначала изучил литературу. Вот что я узнал.

Русское слово "ракета" произошло от немецкого слова "ракет". А это - уменьшительное от итальянского слова "рокка", что значит "веретено ". Ракета похожа на веретено с острым обтекаемым носом для уменьшения сопротивления воздуха при полёте в атмосфере и это обтекатель ракеты (1)

2 топливный бак - это часть конструкции ракеты, обеспечивающая её топливом. Для жидкотопливных ракет топливный бак делится на бак с горючим и бак с окислителем, который располагается над топливным баком Для твердотопливных ракет топливный бак соединен с камерой сгорания и в процессе горения топлива сам выполняет функцию камеры сгорания.

3 камера сгорания - служит для сгорания топлива и выброса образовавшихся газов.

4.Сзади ракета имеет стабилизатор . Он похож на оперение стрелы или на хвост самолёта. При движении в атмосфере он не даёт ракете «вилять» из стороны в сторону.

5. А в дне у ракеты дырка. Называется сопло . Из этого сопла газы вырываются сильной струёй. Это от них за ракетой словно огненный хвост остаётся.

Я провёл опрос в классе на тему: почему взлетает ракета.

Многие мои одноклассники написали, что ракеты взлетают, потому что они отталкиваются от земли. Некоторые, что это очень сложный вопрос для них и они не могут ответить. А вот что я узнал: по третьему закону механики, тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. В ракетном двигателе этот закон, открытый гениальным ученым Исааком Ньютоном, выполняется очень просто: выбрасываются газообразные продукты сгорания назад, чтобы получить движение ракеты вперед.
Закон Ньютона можно легко проверить, например, при помощи воздушного шара , заполненного воздухом. Если из него выпускать воздух, то шар начнет двигаться

Отпустить шарик.

Прокомментировать: (правда, очень хаотично) в направлении, противоположном направлению выпускаемого воздуха. Фотографии с шариком:

Я попытался сделать движение шара устойчивым.

Мне потребовалась нитка, коктейльная трубочка и скотч. Опыт. Комментарий: полёт воздушного шара стал плавным. Воздух выходит из шарика и он далеко улетает по верёвке в противоположную сторону.

Ракеты человек изобрёл давно. Их придумали в Китае много сотен лет тому назад. Китайцы использовали их для того, чтобы делать фейерверки.

Ракетное оружие" href="/text/category/raketnoe_oruzhie/" rel="bookmark">ракетное оружие . Это очень грозное оружие. Современные ракеты могут точно поразить цель на расстоянии в тысячи километров. Военные ракеты обычно имеют твёрдотоплевные двигатели.

https://pandia.ru/text/80/331/images/image004_3.jpg" alt="РСЗО Катюша" width="216" height="141 src=">

Взлёт ракеты «земля-воздух». Ракетная установка «Катюша»

А в XX веке школьный учитель физики Константин Эдуардович Циолковский придумал ракетам новую профессию. Он мечтал о том, как человек станет летать в космос. Он назвал нашу планету колыбелью человечества. Для того чтобы выйти из этой колыбели и начать шагать в космическом пространстве, и нужны ракеты.

Циолковским была предложена ракета, работающая на жидком водороде или керосине и был введён второй компонент реактивного топлива – окислитель, в качестве которого был выбран жидкий кислород.
Летающие в настоящее время ракеты обязаны и пороху, и керосину, и жидкому кислороду, и металлам.

Последнее время используются многоступенчатые ракеты. Они оборудованы несколькими двигательными установками (ступенями). Первая ступень самая большая. Ступени последовательно установлены друг за другом. Последняя ступень может достигнуть значительно большей высоты, чем одноступенчатая ракета.
В момент старта работает двигатель только первой ступени, после окончания работы первая ступень отделяется и начинает работать двигатель второй ступени, а затем и третьей.

Вывод: Все ракеты, как самые малые промышленного производства или сконструированные любителями, так и большие, изготовление которых связано с большими затратами сил и средств, имеют одну общую черту - они основаны на принципе реактивного движения.

И я сказал деду: «Реактивная сила заставляет ракету двигаться»

Мы подняли нашу с дедом ракету в воздух. Она была на твёрдом топливе. Вот что у нас получилось.

Гипотеза не подтвердилась, так как ракета поднялась в воздух. Красиво поднялась, на уровне дома.

В результате исследования было выяснено, что запуски ракет вредят атмосфере планеты Земля, т. к. выделяют вредный газ.

Очень хотелось чтобы по – прежнему люди изучали землю и солнечную систему, проводили прогноз погоды и устанавливали связь с помощью ракет, спутников, но не вредили нашей атмосфере. Я надеюсь, что у меня получится исследовать этот вопрос и найти простое, но надёжное решение.

Ещё я понял как опасны могут быть некоторые вещества и скорость взлёта. Я считаю, что запускать ракету или фейерверки нужно только вместе с родителями. Этими наблюдениями и переживаниями я поделился в классе с ребятами.

А мы знаем, что чтобы происходило движение, необходимо воздействие некоторой силы. Тело либо само должно оттолкнуться от чего-нибудь, либо стороннее тело должно толкнуть данное. Это хорошо известно и понятно нам из жизненного опыта.

От чего оттолкнуться в космосе?

У поверхности Земли можно оттолкнуться от поверхности либо от находящихся на ней предметов. Для передвижения по поверхности используют ноги, колеса, гусеницы и так далее. В воде и воздухе можно отталкиваться от самих воды и воздуха, имеющих определенную плотность, и потому позволяющих взаимодействовать с ними. Природа для этого приспособила плавники и крылья.

Человек создал двигатели на основе пропеллеров, которые во много раз увеличивают площадь контакта со средой за счет вращения и позволяют отталкиваться от воды и воздуха. А как быть в случае безвоздушного пространства? От чего отталкиваться в космосе? Там нет воздуха, там ничего нет. Как осуществлять полеты в космосе? Вот тут-то и приходит на помощь закон сохранения импульса и принцип реактивного движения. Разберем подробнее.

Импульс и принцип реактивного движения

Импульс это произведение массы тела на его скорость. Когда тело неподвижно, его скорость равна нулю. Однако тело обладает некоторой массой. При отсутствии сторонних воздействий, если часть массы отделится от тела с некоторой скоростью, то по закону сохранения импульса, остальная часть тела тоже должна приобрести некоторую скорость, чтобы суммарный импульс остался по-прежнему равным нулю.

Причем скорость оставшейся основной части тела будет зависеть от того, с какой скоростью отделится меньшая часть. Чем эта скорость будет выше, тем выше будет и скорость основного тела. Это понятно, если вспомнить поведение тел на льду или в воде.

Если два человека будут находиться рядом, а потом один из них толкнет другого, то он не только придаст тому ускорение, но и сам отлетит назад. И чем сильнее он толкнет кого-либо, тем с большей скоростью отлетит сам.

Наверняка, вам приходилось бывать в подобной ситуации, и вы можете представить себе, как это происходит. Так вот, именно на этом и основано реактивное движение .

Ракеты, в которых реализован этот принцип, выбрасывают некоторую часть своей массы на большой скорости, вследствие чего сами приобретают некоторое ускорение в противоположном направлении.

Потоки раскаленных газов, возникающие в результате сгорания топлива, выбрасываются через узкие сопла для придания им максимально большой скорости. При этом, на величину массы этих газов уменьшается масса ракеты, и она приобретает некую скорость. Таким образом реализован принцип реактивного движения в физике.

Принцип полета ракеты

В ракетах применяют многоступенчатую систему. Во время полета нижняя ступень, израсходовав весь свой запас топлива, отделяется от ракеты, чтобы уменьшить ее общую массу и облегчить полет.

Количество ступеней уменьшается, пока не остается рабочая часть в виде спутника или иного космического аппарата. Топливо рассчитывают таким образом, чтобы его хватило как раз для выхода на орбиту.

В 1738 г. швейцарский ученый Данииил Бернулли вывел , названный его именем. Согласно этому при возрастании скорости потока жидкости или газа статическое давление в них падает и наоборот, при снижении скорости – возрастает.

В 1904 году ученый Н.Е. Жуковский разработал теорему о подъемной силе, действующей на тело, обтекаемое плоскопараллельным потоком газа или жидкости. Согласно этой теореме, на тело (крыло), находящееся в движущейся жидкостной или газовой среде, действует подъемная сила, которой зависит от параметров среды и тела. Главным результатом работы Жуковского стала коэффициента подъемной силы.

Подъемная сила

Профиль крыла несимметричен, верхняя его часть является более выпуклой, чем нижняя. При движении самолета скорость воздушного потока, проходящего сверху крыла, оказывается выше скорости потока, проходящего снизу. В результате этого (по теореме Бернулли) давление воздуха под крылом самолета становится выше давления над крылом. Вследствие разности этих давлений возникает подъемная сила (Y), толкающая крыло вверх. Ее значение равно:
Y = Cy*p*V²*S/2, где:
- Cy – коэффициент подъемной силы;
- p – плотность среды (воздуха) в кг/м³;
- S – площадь в м²;
- V – скорость потока в м/с.

Под действием разных сил

На , движущийся в воздушном пространстве, несколько сил:
- сила тяги двигателя (винтового или реактивного), толкающая самолет вперед;
- лобовое сопротивление, направленное назад;
- сила притяжения Земли (вес самолета), устремленная вниз;
- подъемная сила, толкающая самолет вверх.

Значение подъемной силы и лобового сопротивления зависит от формы крыла, угла атаки (угла, под которым поток встречает крыло) и от плотности воздушного потока. Последняя в свою очередь зависит от скорости и от атмосферного давления воздуха.

При разгоне самолета и увеличении его скорости, подъемная сила возрастает. Как только она превышает вес самолета, он взлетает вверх. При горизонтальном движении самолета с постоянной скоростью все силы являются уравновешенными, их результирующая (суммарная сила) равна нулю.
Форма крыла подбирается такой, чтобы лобовое сопротивление было как можно меньше, а подъемная сила – как можно больше. Подъемную силу можно увеличивать, повышая скорость движения и площадь крыльев. Чем выше скорость движения, тем меньшей может быть площадь крыльев и наоборот.

Видео по теме

Полезный совет

Теорема Н.Е. Жуковского известна также под именем теоремы Кутта-Жуковского. Это вызвано тем, что параллельно с русским ученым исследованиями по изучению подъемной силы занимался и немецкий ученый Мартин Кутт.

О существовании подъемной силы ученые и исследователи знали и до открытия теоремы Жуковского. Однако ее природа объяснялась по иному – как следствие ударения о тело частиц воздуха по теории Ньютона. С учетом этого была даже разработана формула расчета подъемной силы, однако ее применение давало заниженное значение подъемной силы.

Источники:

Гидродинамика и аэродинамика. Подъемная сила крыла и полет самолета.
почему летают самолеты

Почти сразу после своего появления ракеты стали использоваться в военном деле. Эволюция в военном ракетостроении привела к появлению мощнейших комплексов, оснащенных ракетами сверхдальнего радиуса действия. В России одними из наиболее эффективных являются ракетные комплексы класса «Тополь».

«Тополь» и «Тополь-М» представляют собой ракетные комплексы стратегического назначения, в которых входят межконтинентальные баллистические ракеты 15Ж58 и 15Ж65 соответственно. Ракеты обоих комплексов имеют по три ступени с твердотопливными двигателями и боевые части, оснащенные ядерными зарядами. Комплекс «Тополь» существует только в подвижном, а «Тополь-М» как в подвижном, так и стационарном (шахтное базирование) вариантах.

Работа ракет комплексов «Тополь» и «Тополь-М» с их запуска. До этого момента ракеты находятся в герметичных транспортно-пусковых контейнерах, исключающих их повреждение, а также случайное загрязнение окружающей среды радиоактивными материалами. Перед пуском ракет подвижных комплексов транспортно-пусковые переводятся в вертикальное положение. При шахтном базировании этого не требуется. Запуск ракет комплексов класса «Тополь» осуществляется путем «минометного старта» - ракета выбрасывается из контейнера пороховым давления, после чего начинается ее разгон двигателями.

Траектория полета ракеты делится на три участка: активный, и атмосферный. На активном участке производится набор скорости и вывод боевой части за пределы атмосферы. В этой фазе последовательно отрабатывают двигатели всех ступеней (после выгорания топлива ступень отделяется). Также на данном этапе ракета осуществляет интенсивное маневрирование для уклонения от противоракет и точного выхода на траекторию. На ракетах комплекса «Тополь» управление курсом осуществляется с помощью решетчатых аэродинамических рулей, установленных на первой ступени. Все ступени ракет «Тополь-М» оснащены поворотными соплами, за счет которых и производится маневрирование.

В начале участка траектории от последней ступени ракеты отделяется головная часть. Она производит маневрирование для затруднения перехвата, нацеливание для максимально точного , а также разбрасывание ложных целей для противодействия системам противоракетной обороны. Для этого головная часть ракет «Тополь» имеет одну двигательную установку. В головных частях ракет комплексов «Тополь-М» содержится несколько десятков корректирующих двигателей, множество активных и ложных целей.

В заключительной фазе от головных частей ракет отделяются боевые блоки. Головная часть , засоряя пространство осколками, которые также выступают в качестве ложных целей. Начинается атмосферный участок траектории. Боевые блоки входят в атмосферу и через 60-100 секунд взрываются в непосредственной близости от целей.

Один из самых привлекательных, хоть и дорогих видов воздушного транспорта – вертолет, которому, в отличие от самолета, не нужна длинная взлетно-посадочная полоса. Частные вертолеты становятся частыми гостями в российском небе, однако перед тем, как садиться за штурвал, необходимо научиться управлять этой сложной машиной.

Инструкция

Чтобы научиться управлять вертолетом хотя бы на уровне пилота-любителя, необходимо прослушать курс теоретических лекций, включающий лекции об аэродинамике, навигационных методиках, знакомство с принципом полета и устройством вертолета. Естественно, не обойтись и без практических занятий. Согласно авиационным правилам, для получения свидетельства пилота-любителя государственного образца нужно иметь 42 летных часа. Такое свидетельство даст вам право управлять вертолетом для собственных нужд, то есть работать пилотом по найму будет нельзя. Свидетельство выдается сроком на два года, по окончании которых его можно продлить, сдав зачеты в квалификационной комиссии.

В России достаточно много организаций имеют лицензии, позволяющие проводить обучение пилотов гражданской авиации. Помимо университетов и институтов, готовящих пилотов для авиаперевозок, обучением занимаются различные авиационные клубы. Например, в Москве есть 5 авиационных клубов и фирм, в которых можно пройти курсы для получения свидетельства пилота. Продолжительность курса составляет порядка четырех месяцев. Подготовка ведется по одному типу вертолета, а чтобы переучиться на другой, потребуется еще около 15-20 учебных часов.

К сожалению, научиться управлять вертолетом – довольно дорогое удовольствие. В зависимости от уровня организации, стоимость полного курса может варьироваться от 500 тысяч рублей до миллиона. Львиную долю этой суммы будет составлять оплата летных часов. Впрочем, за такие деньги некоторые фирмы предоставляют ряд дополнительных услуг, вплоть до заказа инструктора с вертолетом «на дом». Также в этих организациях можно приобрести вертолеты в личное пользование или взять в аренду.

Порой кажется, что время летит быстрее, чем есть на самом деле. Причем, с возрастом это ощущение все усиливается. С самим течением времени все в порядке: стрелки на часах не стали вращаться быстрее, все дело в вашем восприятии.

Счастливые часов не наблюдают

Вы встретились со старым другом в кафе и не успели обсудить и половину из того, что хотели, как уже наступил поздний вечер и пора расходиться по домам. На долгожданном концерте группа, казалось бы, исполнила всего пару композиций, а уже начинает собирать инструменты. Вы пригласили близких на свой день рождения. Прозвучало лишь несколько тостов, а люди уже встают из-за стола. Хорошее настроение ускоряет время. Переживая радостные моменты, люди настолько увлечены происходящим, что не смотрят на часы, не испытывают скуки, а наслаждаются происходящим. Время проходит просто незаметно, ведь вам было не до слежки за ним.

Зловредная рутина

Специалисты заметили забавный эффект: для человека, чьи дни обделены яркими красками и наполнены рутиной, время течет довольно медленно. Такие люди, сидя на рабочем месте, могут зевать, регулярно поглядывая на часы и с нетерпением дожидаться, когда же стрелки покажут шесть, и можно будет пойти домой. Дома они, занимаясь уборкой или готовкой, мечтают о том, чтобы все доделать и поскорее лечь спать. Кажется, что их дни растягиваются, однако позже, когда они будут вспоминать прожитый год, им будет казаться, что тот пролетел в одно мгновение. Причина именно в монотонной жизни и отсутствии важных событий и сильных эмоций: памяти не за что уцепиться, и все дни сливаются в общую серую массу.

Время, вперед!

Многие люди подмечают, что скорость времени для них меняется в зависимости от их возраста. В детстве месяцы тянулись по-черепашьи медленно. Казалось, что четверть никогда не закончится, а три месяца летних каникул были целой жизнью, за которую можно успеть сделать столько всего интересного. С возрастом время шло все быстрее: не успеет начаться декабрь, как приходит Новый Год, отпуск пролетал на одном дыхании, дети вырастали незаметно. Ученые считают, что у таких изменений в скорости течения времени могут быть две причины. Существует версия, что на это влияет так называемый эффект пропорциональности, ведь для десятилетнего ребенка один год – это 10% его жизни, а вот для пятидесятилетнего человека – всего 2%.

Вторая причина кроется в том, что для ребенка каждый день насыщен событиями. Он познает мир, многое для него в новинку, события зачастую вызывают сильные эмоции, в то время как накопленный опыт делает переживания менее интенсивными. Из-за этой разницы в восприятии складывается впечатление, что время для детей и взрослых течет с разной скоростью.

Любая МБР, «Тополь-М» в том числе, имеет скорость в пределах от 6 до 7,9 км/с. Максимальное расстояние, на котором «Тополь-М» может поражать цели, 11 000 км. Склонение и предельную скорость МБР определяют в момент старта, они зависят от заданной цели.

Американская ПРО против «Тополя-М»

Когда генерал-лейтенант Армии США объявил, что первые испытания ракеты-перехватчика, двигатель которой использует кинетическую энергию, завершены, и их планируется взять на вооружение лишь в следующем десятилетии, В.В. Путин прокомментировал это. Он отметил, что данные комплексы ПРО весьма интересны, только эффективны лишь для объектов, которые движутся по баллистической траектории. Для МБР эти перехватчики что есть, что нет.

Летные испытания «Тополь-М» закончились в 2005 году. РВСН уже получили на вооружение грунтовые подвижные ракетные комплексы. США стараются разместить свои средства перехвата как можно ближе к границам РФ. Они считают, что ракеты нужно фиксировать в момент старта и уничтожать еще до того, как отделится боевой блок.

«Тополь-М» имеет три твердотопливных маршевых двигателя, благодаря им он намного быстрее, чем его предшественники, набирает скорость, а это делает его гораздо менее уязвимым. При этом данная МБР может маневрировать не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной, поэтому ее полет абсолютно непредсказуем.

Что такое «Тополь-М»

Современная МБР «Тополь-М» оснащена маневрирующим гиперзвуковым ядерным блоком. У этой крылатой ракеты прямоточный воздушно-реактивный двигатель, который способен разогнать ее до сверхзвуковой скорости. На следующем этапе включается маршевый двигатель, который обеспечивает МБР крейсерский полет, скорость выше скорости звука в 4 или 5 раз. Когда-то США отказались от разработки подобных ракет, сочтя их слишком дорогими.

Россия прекратила разработку сверхскоростных ракет в 1992 году, но вскоре ее возобновила. Когда пресса обсуждала запуск этой ракеты, то особое внимание было обращено на несвойственное поведение боеголовки с точки зрения законов баллистики. Тогда было высказано предположение, что она оснащена дополнительными двигателями, которые позволяют боеголовке непредсказуемо маневрировать в атмосфере при очень высокой скорости.

Направление полета, как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной менялось очень легко, при этом аппарат не разрушался. Для того чтобы уничтожить такую МБР, необходимо точно рассчитать траекторию ее полета, но сделать это невозможно. Таким образом, благодаря огромной скорости и маневренности «Тополь-М» способен легко обходить современные системы ПРО, даже те, которые сегодня у США только в разработке.

От принятых на вооружение баллистических ракет «Тополь-М» отличается тем, что траекторию полета он может менять самостоятельно, причем в самый последний момент. Ее также можно перенацелить и над вражеской территорией.

У МБР «Тополь-М» боеголовку можно сделать разделяющейся, несущей три заряда, которые будут поражать цели через 100 км после точки разделения. Части боезаряда отделяются через 30-40 секунд. Ни одна разведывательная система не способна зафиксировать ни боевых блоков, ни момента их разделения.

Сразу после запуска в 1957 году в СССР первого искусственного спутника Земли моделисты во всем мире стали строить стендовые модели ракет. Такая модель не летает, а просто украшает интерьер помещения, в котором установлена.

РЕГИОНАЛЬНЫЙ ЭТАП ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ

«ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКЕ»

Секция: ФИЗИКА

Тема: ПОЧЕМУ РАКЕТЫ ЛЕТАЮТ…

Научный руководитель: Касенкова Ирина Николаевна

Место выполнения работы: МОУ «Рождественская СОШ» Валуйского района Белгородской области

Оглавление

Выдвижение гипотезы……………………………………………………3

Актуальность темы………………………………….…………………….4

Цель и задачи исследования…………………………..………………….5

Основная часть……………………………………………………………..6

Результаты и выводы…………………………………………………….15

Литература……………………………………………………………….16

Выдвижение гипотезы

Готовясь к празднованию Дня рождения сестры, я украшал дом воздушными шариками. Когда я надувал шары, то один из них вырвался из рук и с большой скоростью полетел от меня в противоположную сторону. Я задал себе вопрос: что же произошло с шариком? Родители объяснили, что это реактивное движение. Неужели шарик летает так же, как ракета?

Проблема: можно ли создать макет ракеты, которая сможет взлететь, используя подручные материалы.

Быть может, уже много тысяч лет, глядя в небо, человек думал о полете к звездам. Мерцающие ночные звезды заставляли его уноситься мыслью в огромные дали Вселенной, будоражили воображение, заставляли задуматься над тайнами создания Вселенной. Шли века, человек приобретал все большую власть над природой, но мечта о полете к далеким звездам не оставляла человечество.

Гипотеза, которую я выдвинул в ходе исследования: возможно, реактивное движение встречается в природе и повседневной жизни, и я смогу создать макет ракеты, используя знания об этих явлениях.

Актуальность темы.

Я слышал, что говорят: век пара, век электричества, век радио... А можно ли говорить о веке ракеты? Я думаю, можно, потому что этот век наступил.

Ракеты прочно завоевали себе место в современном мире. Ракеты с автоматическими самозаписывающими приборами уже поднялись на огромные высоты и помогают нам раскрыть тайны воздушного океана, простирающегося над Землей.

Проверить и дополнить то, что мы знаем об атмосфере, пополнить наши знания о больших высотах поможет созданная человеком ракета. Ракета поднимает на эти высоты телевизионные передатчики, и мы видим на экранах наших телевизоров Землю с большой высоты, Землю-планету.

Ракета несёт службу погоды. Метеорологические ракеты забрались туда, куда не поднимается шар-зонд с приборами. Пролетая огромные расстояния с большими скоростями, ракеты могут дать информацию о погоде на большие пространства, передавая по радио сведения о состоянии атмосферы на различных высотах, в разных местах. Так ракеты помогают нам предсказывать погоду, и даже управлять погодой.

Вообще представить жизнь современного общества без достижений в ракетостроении и космонавтике не возможно. Ведь благодаря освоению космоса, в наши дни вокруг Земли движутся всевозможные спутники разного назначения. С помощью научных спутников учёные наблюдают за небесными телами. Всё это, то, что есть сейчас, а в будущем научные станции и установки станут более легкими, а обитаемые жилые станции будущего, вращаясь рядом с планетой, позволят своим обитателям часто возвращаться на родную планету и принимать гостей. А если какая-то часть человечества решит поселиться в далёком космосе, связь можно будет поддерживать, только посылая радиосигналы. Вероятно, нам еще придется подождать пока не появятся межпланетные корабли, способные развивать скорость, превышающую несколько сотен тысяч километров в час, а при современном развитии космических технологий путь на Землю и обратно займёт десятки лет. Конечно же, найдутся люди желающие стать поселенцами колоний, которые на огромных космических кораблях повезут с собой отобранные виды растений, животных. Но не так уж далёк день, когда космические колонии станут новыми мирами. Это и будет веком реактивного движения.

В своем исследовании я попробую создать макет ракеты, которая сможет взлететь, используя подручные материалы.

Цель и задачи исследования.

Цель исследования:

Создание макета ракеты, которая сможет взлететь, используя подручные материалы.

Чтобы подтвердить или опровергнуть мою гипотезу, я поставил перед собой задачи:

1. изучить теоретический материал по данной теме;

2. провести опыты, иллюстрирующие реактивное движение;

3. экспериментально проверить возможность создания макета ракеты, которая сможет взлететь, используя подручные материалы.

Основная часть.

Изучение теоретического материала по данной теме.

Реактивное движение применялось еще при изготовлении первых пороховых фейерверочных и сигнальных ракет в Китае в X веке. В конце XVIII века индийские войска в борьбе с английскими колонизаторами использовали боевые ракеты на чёрном дымном порохе. В российской армии пороховые ракеты были приняты на вооружение в начале XIX века.

Во время Великой Отечественной войны немецкие войска применяли баллистические ракеты Фау-2, обстреливая английские и бельгийские города. Советские войска с большим успехом использовали установки залпового огня «Катюша».

Первым применить реактивное движение для полетов в космос предложил Н. И. Кибальчич. Дальнейшая теоретическая разработка ракетостроительства принадлежит русскому ученому Циолковскому К.Э. Его труды вдохновили С.П.Королёва на создание летательных аппаратов для полета человека в космос.

Благодаря его идеям впервые в мире 4 октября 1957 года был осуществлен запуск искусственного спутника Земли и первого пилотируемого искусственного спутника Земли с летчиком - космонавтом на борту Ю.А. Гагариным - 12 апреля 1961 г. Запуски космических кораблей положили новую эпоху в освоение космоса.

Современные достижения в космонавтике

17 июня 1992 года Россия и США заключили соглашение о сотрудничестве в исследовании космоса. В соответствии с ним Российское космическое агентство и НАСА разработали совместную программу «Мир - Шаттл». Эта программа предусматривала полёты американских многоразовых кораблей «Шаттл» к российской космической станции «Мир». В ходе реализации программы «Мир- Шаттл» родилась идея объединения национальных программ создания орбитальных станций. Международная космическая станция, парящая сегодня над планетой, стала компромиссом между Россией и США. МКС начало эксплуатацию 20 ноября 1998 года, и эксплуатируется до сих пор.

В январе 2004 года президент США выступил с новой программой космических исследований трёх этапов. Планируется испытать новый космический корабль «Орион», который заменит Шаттлы. В 2015 году «Орион» должен доставить американский экипаж на МКС, а спустя 5 лет на Луну. В будущем такие полёты станут регулярными, а на спутнике Земли будет построена первая постоянная лунная база, которая превратится в центр экспедиций на Марс и к другим планетам Солнечной системы. Пилотируемый полёт к Марсу запланирован на 2037 год. Может в рамках программы человек наконец-то сможет прогуляться по красному марсианскому песку. Учёные посылали автоматические зонды на другие планеты земной группы – к Марсу, Меркурию, и Венере. На Марс и Венеру высаживались спускаемые модули, поэтому мы уже много знаем об этих планетах. Для изучения планет-гигантов тоже запустили космические модули. Космический зонд «Новые горизонты» с 2006 года находится на пути к Плутону. Учёные ожидают, что в 2015 году он достигнет планеты.

Одной из основных целей спутников стало наблюдение и фотографирование иностранных территорий. Американцы вышли на первое место по этому виду шпионажа, их спутники прослушивают и перехватывают сообщения, а бортовые камеры и телескопы улавливают даже незначительное передвижение войск. Радары на спутниках видят, что происходит в океане на глубине до 100 метров. Есть ещё метеорологические спутники, оборудование на них позволяет довольно точно предсказывать погоду на пять дней вперёд и предупреждать население о приближение ненастья. Эти спутники передают сведения о состоянии облачности, температуре почвы или количестве снега в горах. Спутники умеют измерять расстояние и высоту с точностью до сантиметра. Они используются для обустройства территорий, например для прокладывания дорог. Спутниковая картография находит применение и в океанологии, они считывают ландшафт дна, течений, температуры поверхности океана, скорости ветра, нефтяного загрязнения и ледяного покрова. С начала 1960-х годов искусственные спутники Земли используются в качестве трансляций радиоволн, они передают сигналы телевизионного вещания, телефонной связи и цифровой информации. В 1992 году была создана всемирная сеть орбитальных спутников (GPS ), которая позволяет узнать местоположение любого движущегося или неподвижного объекта на земле, в воздухе и под водой.

Физические принципы реактивного движения и устройство.

Реактивное движение основано на принципе действия и противодействия: если одно тело воздействует на другое, то при этом на него самого будет действовать точно такая же сила, но направленная в противоположную сторону.

Современная космическая ракета это очень сложный летательный аппарат, состоящий из сотен тысяч деталей. Она состоит из корпуса, двигателя и отсека с полезным грузом. Большая часть корпуса заполнена топливом. Двигатель состоит из камеры сгорания и сопла. Сопло – это выходное отверстие для газов, образующихся при сгорании топлива. Для достижения больших космических скоростей применяют многоступенчатые ракеты. Когда реактивная газовая струя выбрасывается из ракеты, сама ракета устремляется в противоположную сторону, разгоняясь до 1-й космической скорости: 8 км/с.

Реактивное движение в природе.

Итак, где же в природе встречается реактивное движение? Рыбы плывут, птицы летят, звери бегут. Вроде бы все очень просто. Как бы не так. Охота к перемене мест у животных не каприз, а суровая необходимость. Хочешь есть – умей быстро двигаться. Не хочешь, чтобы тебя съели – умей быстро убежать. Чтобы быстро передвигаться в пространстве, нужно развивать большие скорости.

Для этого, например, морской гребешок – обзавелся реактивным двигателем. Он очень быстро выбрасывает из раковины воду и пролетает расстояние, которое в 10-20 раз больше его собственной длины!

Осьминог развивает скорость до 50 км/час и это благодаря реактивной тяге. Он даже по суше может прогуляться, т.к. есть у него на этот случай запас воды за пазухой. Кальмар – самый большой беспозвоночный обитатель океанских глубин передвигается по принципу реактивного движения.

Примеры реактивного движения можно обнаружить и в мире растений. В южных странах (и у нас на побережье Черного моря тоже) произрастает растение под названием "бешеный огурец ". Если только слегка прикоснуться к плоду, похожему на огурец, как он отлетает от плодоножки, а через образовавшееся отверстие из плода фонтаном со скоростью до 10 м/с вылетает жидкость с семенами. Сами огурцы при этом отлетают в противоположном направлении. Стреляет бешеный огурец (иначе его называют «дамский пистолет») более чем на 12 м.

Выполнение практической части исследования.

Я провел опыт, который доказывает, что каждому действию есть равное противодействие. Для этого я нагревал воду в сосуде, закрытом пробкой, который был подвешен на нитях, до кипения и увидел как при вылетании пробки сосуд отлетел в противоположную сторону.

Этот опыт доказывает справедливость правила равенства действий и противодействий. Если пар действует на пробку, то и пробка действует на пар в обратную сторону, а пар передает это противодействие пробирке.

Затем, я сделал автомобиль-воздухомет и испытал его в действии. Эта игрушка представляет собой автомобиль, на котором укреплен надутый резиновый шарик.

П
оставил игрушку на край стола и отпустил её.

Игрушка приходит в движение за счёт энергии выбрасываемого воздуха. Так же я убедился, что чем больше воздуха закачено в шар, тем дальше движется автомобиль. Таким образом я построил модель простейшего реактивного двигателя.

Но, движение которое я наблюдал, хотя и являлось примером реактивного движения, мало походило на запуск и движение ракеты, которое я видел по телевидению. И тогда я приступил к созданию макета ракеты, для этого я использовал чертежи из детской энциклопедии. Чтобы ракета повыше взлетела, она должна быть максимально легкая. Поэтому, материал для изготовления моделей ракеты – это бумага для принтера.

В
качестве бака для топлива я использовал пластиковую баночку. И макет ракеты был готов!

Наступил момент для запуска ракеты.

В
качестве топлива я взял смесь напитка Кока-кола и конфет «Ментос». «Ментос» имеет пористую поверхность, которая создаёт множество центров высвобождения растворённого в газированых напитках углекислого газа. Другие ингредиенты, которые играют роль в цепной реакции,- аспартам (заменитель сахара), бензонат натрия (консервант) и кофеин в кока-коле, и желатин в «Ментосе». Эти ингредиенты хорошо сочетаются друг с другом, и если их смешать при большом количестве центров высвобождения газа, начинается бурная реакция, которая высвобождает сразу весь углекислый газ, под действием вырывающейся струи которого взлетает наша ракета.

П
роизводим отсчет: 5, 4, 3, 2, 1, пуск!... И наша ракета взлетает вверх. Все получилось. Ракета летит!

И снова я оказался недоволен полученным результатом, ракета взлетела всего на 40-50 см от земли и после запуска стала непригодной для дальнейшего использования.

Я приступил к созданию новой ракеты, способной взлететь еще выше .

Мне пригодились все мои чертежи, я их только увеличил в размере, а материалом для изготовления ракеты стал ватман. Для взлета моей ракеты я купил специальный двигатель МРД – 0,25, который состоит из корпуса и сопла. Внутри корпуса три отсека, в первом находится спрессованный порох, который медленно сгорая дает газ для поднятия ракеты. Второй отсек - замедлитель заполнен смесью пороха и талька, при сгорании пороха в этом отсеке ракета летит еще выше по инерции. И, наконец третий отсек заполнен рассыпчатым порохом, который при сгорании выбивает парашют, который я поместил внутри ракеты.

Парашют я сделал из тонкого полиэтилена, а стропы из обычных швейных нитей. Теперь моя ракета сможет спуститься на землю без аварий.

Внутри сопла я поместил запал к клеммам которого присоединил аккумулятор, для того чтобы двигатель пришел в действие необходим электрический ток. При возгорании пороха клеммы вместе с аккумулятором отсоединятся самостоятельно.

Наступил момент запуска, ракета установлена, клеммы подсоединены.

Производим отсчет: 5, 4, 3, 2, 1. Пуск!..... Ракета взлетает вверх, из сопла вырываются клубы дыма и огонь. За считанные секунды ракета достигает высоты 20-30 метров. Хлопок,…. И парашют вылетает над ракетой. Ракета медленно спускается на землю.

Результаты и выводы.

Вывод:

опытным путем я выяснил, что создание макета ракеты, которая сможет взлететь, используя подручные материалы вполне возможно;

принцип реактивного движения это - физический закон действия и противодействия;

убедился, что реактивное движение встречается в технике, природе и быту.

Теперь, зная о реактивном движении, я могу избежать многих неприятностей, например, спрыгивая с лодки на берег, стреляя из ружья, включая душ и т. д. я буду учитывать закон действия и противодействия.

Итак, я могу утверждать, что гипотеза, выдвинутая мною подтвердилась: реактивное движение встречается в природе и повседневной жизни, и я создал макет ракеты, используя знания об этих явлениях.