Presentazione sul tema della propulsione a reazione. Presentazione per la lezione "propulsione a reazione"

L'uso della propulsione a reazione in natura Molti di noi nella vita si sono incontrati mentre nuotavano in mare con le meduse. Ma poche persone pensavano che anche le meduse usassero la propulsione a reazione per muoversi. E spesso l'efficienza degli invertebrati marini quando si utilizza la propulsione a reazione è molto superiore a quella delle invenzioni tecnologiche.

Seppie Le seppie, come la maggior parte dei cefalopodi, si muovono nell'acqua nel modo seguente. Porta l'acqua nella cavità branchiale attraverso una fessura laterale e uno speciale imbuto davanti al corpo, quindi lancia vigorosamente un getto d'acqua attraverso l'imbuto. La seppia dirige il tubo dell'imbuto lateralmente o all'indietro e, spremendone rapidamente l'acqua, può muoversi in diverse direzioni.

Calamaro Il calamaro è il più grande invertebrato abitante delle profondità oceaniche. Si muove secondo il principio della propulsione a getto, assorbendo acqua e poi spingendola con grande forza attraverso un foro speciale - un "imbuto", e ad alta velocità (circa 70 km / h) torna indietro a scatti. In questo caso, tutti e dieci i tentacoli del calamaro vengono raccolti in un nodo sopra la testa e acquisisce una forma aerodinamica.

Calamaro volante Questo è un piccolo animale delle dimensioni di un'aringa. Insegue il pesce con tale rapidità che spesso salta fuori dall'acqua, precipitandosi sulla sua superficie come una freccia. Avendo sviluppato la massima spinta del getto nell'acqua, il calamaro pilota decolla in aria e sorvola le onde per più di cinquanta metri. L'apogeo del volo di un razzo vivente si trova così in alto sopra l'acqua che i calamari volanti spesso cadono sui ponti delle navi oceaniche. Quattro o cinque metri non sono un'altezza record a cui i calamari salgono in cielo. A volte volano ancora più in alto.

Polpo Anche i polpi possono volare. Il naturalista francese Jean Verany ha visto un normale polpo accelerare in un acquario e improvvisamente saltare fuori dall'acqua all'indietro. Descrivendo nell'aria un arco lungo circa cinque metri, si lasciò cadere di nuovo nell'acquario. Guadagnando velocità per il salto, il polpo si è mosso non solo grazie alla spinta del getto, ma ha anche remato con tentacoli.

Crazy Cetriolo Nei paesi del sud (e anche qui sulla costa del Mar Nero) cresce una pianta chiamata "Crazy Cucumber". Basta toccare leggermente il frutto maturo, simile a un cetriolo, mentre rimbalza sul gambo, e il liquido con i semi vola fuori dal frutto a una velocità fino a 10 m / s attraverso il foro formato. Spara a un cetriolo pazzo (altrimenti si chiama "pistola da donna") a più di 12 m.

Introduzione Per molti secoli l'umanità ha sognato voli spaziali. Gli scrittori di fantascienza hanno proposto una varietà di mezzi per raggiungere questo obiettivo. Nel XVII secolo apparve una storia dello scrittore francese Cyrano de Bergerac su un volo sulla luna. L'eroe di questa storia è arrivato sulla luna su un carro di ferro, sul quale si lanciava costantemente forte magnete. Attratto da lui, il carro salì sempre più in alto sopra la Terra fino a raggiungere la Luna. E il barone Munchausen ha detto di essere salito sulla luna sul gambo di un fagiolo. E per un certo periodo di tempo, i voli spaziali sono diventati possibili in connessione con la propulsione a reazione. Che siamo riusciti ad applicare grazie agli animali che utilizzano questo tipo di movimento. Se riusciamo a studiare ancora di più la propulsione a reazione, sarà possibile migliorare i motori dei veicoli spaziali.

Compiti: cos'è la propulsione a reazione? Quali rappresentanti del mondo animale usano la propulsione a reazione? Come funziona un motore a reazione per calamari? Quali piante usano la propulsione a getto per diffondere i loro semi? Il principio di funzionamento di un motore a reazione è lo stesso della propulsione a reazione utilizzata da alcune specie di animali e piante?

Esistono diverse definizioni di propulsione a reazione. Eccone tre principali: Reattivo è inteso come il movimento di un corpo che si verifica quando una certa parte di esso viene separata a una certa velocità rispetto al corpo. In questo caso, sorge una forza reattiva, che impartisce accelerazione al corpo. Il moto del getto è il movimento di un corpo risultante dalla separazione di alcune delle sue parti ad una certa velocità rispetto al corpo. La propulsione a reazione è così chiamata perché questa specie il movimento ha la causa principale della reazione del corpo alla spinta. Moto a getto - il movimento di un corpo dovuto alla separazione da esso con una certa velocità di una parte di esso. Il moto del getto è descritto in base alla legge di conservazione della quantità di moto

Capitolo 1. Applicazione della propulsione a getto tra gli animali Molti di noi nella nostra vita si sono incontrati mentre nuotavano in mare con le meduse. Ma poche persone pensavano che anche le meduse usassero la propulsione a reazione per muoversi. Inoltre, è così che si muovono le larve di libellula e alcuni tipi di plancton marino. La propulsione a getto è utilizzata da molti molluschi: polpi, calamari, seppie. Ad esempio, un mollusco di capesante di mare si sposta in avanti a causa della forza reattiva di un getto d'acqua espulso dal guscio durante una forte compressione delle sue valvole. La seppia, come la maggior parte dei cefalopodi, si muove nell'acqua nel modo seguente. Porta l'acqua nella cavità branchiale attraverso una fessura laterale e uno speciale imbuto davanti al corpo, quindi lancia vigorosamente un getto d'acqua attraverso l'imbuto. La seppia dirige il tubo dell'imbuto lateralmente o all'indietro e, spremendone rapidamente l'acqua, può muoversi in diverse direzioni.

Seppie Le seppie, come la maggior parte dei cefalopodi, si muovono nell'acqua nel modo seguente. Porta l'acqua nella cavità branchiale attraverso una fessura laterale e uno speciale imbuto davanti al corpo, quindi lancia vigorosamente un getto d'acqua attraverso l'imbuto. La seppia dirige il tubo dell'imbuto lateralmente o all'indietro e, spremendone rapidamente l'acqua, può muoversi in diverse direzioni.

Salpa Il corpo è cilindrico, lungo da pochi millimetri a 33 cm, ricoperto da una tunica trasparente, attraverso la quale sono visibili fasce di muscoli circolari e intestini. Alle estremità opposte del corpo ci sono aperture dei sifoni dell'orale, che conducono alla vasta faringe e al cloacale. Cuore sul lato ventrale. Il sistema circolatorio non è chiuso. Ganglio sovraesofageo del sistema nervoso con nervi che si diramano da esso. Sopra c'è un organo fotosensibile. Durante il movimento, la salpa riceve acqua attraverso l'apertura anteriore e l'acqua entra in un'ampia cavità, all'interno della quale le branchie sono allungate diagonalmente. Non appena l'animale beve un grande sorso d'acqua, il buco si chiude. Quindi i muscoli longitudinali e trasversali della salpa si contraggono, tutto il corpo si contrae e l'acqua viene espulsa attraverso l'apertura posteriore. La reazione del getto in uscita spinge in avanti la salpa.

Calamaro Di grande interesse è il motore a reazione del calamaro. I calamari hanno raggiunto il massimo livello di eccellenza nella navigazione a reazione. Quando si muove lentamente, il calamaro utilizza una grande pinna a forma di diamante, che periodicamente si piega. Per un lancio veloce, usa un motore a reazione. Tessuto muscolare: il mantello circonda il corpo del mollusco da tutti i lati, il volume della sua cavità è quasi la metà del volume del corpo del calamaro. L'animale aspira l'acqua nella cavità del mantello, quindi espelle bruscamente un getto d'acqua attraverso uno stretto ugello e si muove all'indietro ad alta velocità. In questo caso, tutti e dieci i tentacoli del calamaro vengono raccolti in un nodo sopra la testa e acquisisce una forma aerodinamica. L'ugello è dotato di una valvola speciale ei muscoli possono ruotarlo, cambiando la direzione del movimento. Piegando i tentacoli piegati in un fascio a destra, a sinistra, in alto o in basso, il calamaro gira in una direzione o nell'altra. Poiché un tale volante è molto grande rispetto all'animale stesso, il suo leggero movimento è sufficiente affinché il calamaro, anche a tutta velocità, schivi facilmente una collisione con un ostacolo. Ora ha piegato all'indietro l'estremità dell'imbuto e ora sta scivolando a capofitto. Ma quando devi nuotare velocemente, l'imbuto sporge sempre proprio tra i tentacoli e il calamaro si precipita con la coda in avanti.

Calamaro volante Nessuno sembra aver effettuato misurazioni dirette, ma questo può essere giudicato dalla velocità e dalla portata dei calamari volanti. E tale, si scopre, ci sono talenti nei parenti dei polpi! Il miglior pilota tra i molluschi è il calamaro stenoteuthis. I marinai inglesi lo chiamano - calamaro volante ("calamaro volante"). Questo è un piccolo animale delle dimensioni di un'aringa. Insegue il pesce con tale rapidità che spesso salta fuori dall'acqua, precipitandosi sulla sua superficie come una freccia. Ricorre anche a questo trucco per salvarsi la vita dai predatori: tonno e sgombro. Avendo sviluppato la massima spinta del getto nell'acqua, il calamaro pilota decolla in aria e sorvola le onde per più di cinquanta metri. L'apogeo del volo di un razzo vivente si trova così in alto sopra l'acqua che i calamari volanti spesso cadono sui ponti delle navi oceaniche. Quattro o cinque metri non sono un'altezza record a cui i calamari salgono in cielo. A volte volano ancora più in alto. Il ricercatore inglese di molluschi Dr. Rees ha descritto in un articolo scientifico un calamaro (lungo solo 16 centimetri), che, dopo aver volato a una discreta distanza in aria, è caduto sul ponte dello yacht, che si ergeva a quasi sette metri sopra l'acqua.

Polpo Anche i polpi possono volare. Il naturalista francese Jean Verany ha visto un normale polpo accelerare in un acquario e improvvisamente saltare fuori dall'acqua all'indietro. Descrivendo nell'aria un arco lungo circa cinque metri, si lasciò cadere di nuovo nell'acquario. Guadagnando velocità per il salto, il polpo si è mosso non solo grazie alla spinta del getto, ma ha anche remato con tentacoli. I polpi larghi nuotano, ovviamente, peggio dei calamari. Lo staff del California Aquarium ha cercato di fotografare un polpo che attaccava un granchio. Il polpo si è precipitato sulla preda con una tale velocità che sul film, anche quando si sparava alle massime velocità, c'erano sempre lubrificanti. Quindi, il lancio è durato centesimi di secondo. Joseph Signl, che ha studiato la migrazione dei polpi, ha calcolato che un polpo di mezzo metro nuota attraverso il mare a una velocità media di circa quindici chilometri all'ora. Ogni getto d'acqua lanciato dall'imbuto lo spinge in avanti di due o due metri e mezzo.

Larva di insetto C'è un modo per muoversi nello spazio, quando la massa respinta si trova inizialmente all'interno del corpo in movimento. Prima di utilizzare questo principio di movimento per le esigenze della tecnologia, una persona poteva osservarne la manifestazione nella natura circostante. È noto, ad esempio, che in questo modo le larve delle libellule. E non tutti, ma solo larve panciute che nuotano attivamente di acque stagnanti e correnti, così come larve striscianti panciute di acque stagnanti. La larva utilizza il movimento del getto principalmente in un momento di pericolo per spostarsi rapidamente in un altro luogo. Questo metodo di movimento non prevede manovre precise e non è adatto per inseguire la preda. Ma le larve rocker non inseguono nessuno: preferiscono cacciare da un'imboscata. Per fare questo, hanno una speciale pinza molto forte e veloce, che è un labbro inferiore modificato armato di due grandi ganci di presa - nessun altro insetto ce l'ha. L'intestino posteriore della larva di libellula, oltre alla sua funzione principale, svolge anche il ruolo di organo di movimento. L'acqua riempie l'intestino posteriore, quindi viene espulsa con forza e la larva si muove secondo il principio della propulsione a getto di 6-8 cm L'intestino posteriore funge anche da ninfa per la respirazione, che, come una pompa, pompa costantemente acqua ricca di ossigeno attraverso l'ano.

Capitolo 2 Reattivo nel mondo delle piante Il moto reattivo si trova anche nel mondo delle piante. Ad esempio, i frutti maturi di un cetriolo pazzo, al minimo tocco, rimbalzano sul gambo e un liquido appiccicoso con semi viene espulso con forza dal foro formato. Allo stesso tempo, il cetriolo stesso vola nella direzione opposta fino a 12 M. Conoscendo la legge di conservazione della quantità di moto, puoi modificare la tua velocità di movimento nello spazio aperto. Se sei su una barca e hai dei sassi pesanti, lanciare sassi in una certa direzione ti sposterà nella direzione opposta. Lo stesso principio usa il cetriolo pazzo

Capitolo 3 Propulsione a reazione in ingegneria Gli ingegneri hanno già creato un motore simile a quello di un calamaro. Si chiama getto d'acqua. In esso, l'acqua viene aspirata nella camera. E poi ne viene espulso attraverso un ugello; la nave si muove nella direzione opposta alla direzione di espulsione del getto. L'acqua viene aspirata utilizzando un motore a benzina o diesel convenzionale.

Motore a reazione Un motore a reazione è un motore che converte l'energia chimica del carburante nell'energia cinetica di un getto di gas, mentre il motore acquisisce velocità nella direzione opposta L'idea di K.E.Tsiolkovsky è stata implementata dagli scienziati sovietici sotto la guida dell'accademico Sergei Pavlovich Korolev. Il primo satellite artificiale della storia della Terra fu lanciato da un razzo nell'Unione Sovietica il 4 ottobre 1957. Il principio della propulsione a reazione è ampiamente uso pratico nell'aviazione e nell'astronautica. Nello spazio esterno non esiste un mezzo con cui il corpo possa interagire e quindi cambiare la direzione e il modulo della sua velocità, quindi solo i motori a reazione possono essere utilizzati per i voli spaziali. velivoli, cioè razzi.

Schema della lezione: “Propulsione reattiva. Esplorazione dello spazio"

Traguardi e obbiettivi:

1. Sviluppo: familiarizzazione con l'uso della propulsione a reazione.

2. Didattica: studio del principio e della teoria della propulsione a getto.

3. Educativo: conoscenza della storia dello sviluppo della propulsione a reazione e degli scienziati che hanno lavorato allo sviluppo e all'applicazione della propulsione a reazione.

Attrezzatura didattica:

1. Set educativo e metodico "Fisica 9".

2. Poster "Razzo multistadio".

3. Computer, videoproiettore, C D Schermata "Fisica aperta".

4. Modello di razzo.

Piano della lezione.

Ripetizione

Cos'è un impulso?

Perché la quantità di moto è una quantità vettoriale?

Come è diretto lo slancio?

Qual è l'unità di misura della quantità di moto?

La proprietà principale della quantità di moto...

Perché il calcio di un'arma deve essere premuto saldamente contro la spalla quando si spara?

Piano della lezione.

Il moto del getto è il movimento che si verifica quando una certa massa viene separata dal sistema a una certa velocità.

Propulsione a getto in natura: meduse, calamari, ecc.

La legge di conservazione della quantità di moto per il sistema a razzo-gas.

Per il sistema a razzo-gas, secondo la legge di conservazione della quantità di moto, abbiamo:

m g v 0g + m p v 0p \u003d m g v g + m p v p

Poiché v 0r \u003d 0 e v 0r \u003d 0,

allora m g v g + m p v p = 0, donde

m p v p = - m g v g e

v p \u003d - m g v g / m p

Il primo satellite terrestre artificiale

Il 4 ottobre 1957 l'umanità entrò nell'era dell'esplorazione spaziale. In questo giorno, il primo satellite terrestre artificiale sovietico al mondo è stato lanciato nell'orbita terrestre bassa. Scienziati e ingegneri sovietici hanno risolto i problemi scientifici e tecnici più complessi associati alla creazione della tecnologia missilistica e spaziale e alla fornitura di voli spaziali. Questo eccezionale risultato è diventato una prova convincente delle inesauribili possibilità della mente umana e ha chiaramente dimostrato lo stato dell'arte della scienza e della tecnologia nel nostro paese.
Il razzo vettore, avendo fornito la prima velocità spaziale pari a 7,9 km/s al termine del segmento attivo, ha lanciato il satellite in un'orbita geocentrica (near-Earth) con una distanza massima dalla superficie terrestre (all'apogeo) di 947 km e una pressione minima (al perigeo) di 228 km. Il peso del satellite era di 83,6 kg, il suo corpo aveva la forma di una palla con un diametro di 0,58 m.
Il primo ricercatore spaziale ha lavorato attivamente per tre settimane. Con il suo aiuto sono state effettuate le prime misurazioni della densità dell'atmosfera, sono stati ottenuti dati sulla propagazione dei segnali radio nella ionosfera.
Le prime orbite del satellite sono diventate i primi passi della cosmonautica mondiale.

Il primo aereo a reazione per passeggeri domestici - Tu-104.

Propulsione a reazione nell'aviazione e nell'artiglieria.

Ripetizione. Generalizzazione

In base a quale principio si muovono meduse e seppie?

Qual è l'essenza della propulsione a reazione?

Può un razzo muoversi nello spazio vuoto?
Un ventilatore montato sul ponte può guidare una barca a vela?
Cosa determina la velocità di un razzo?

Spiegare l'idea di un razzo a più stadi?

Compiti a casa: § 22, ripetere § 21; N. 351, 353 (facoltativo).

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Applicazione della propulsione a getto in natura

Molti di noi nella nostra vita si sono incontrati mentre nuotavano in mare con le meduse. Ma poche persone pensavano che anche le meduse usassero la propulsione a reazione per muoversi. E spesso l'efficienza degli invertebrati marini quando si utilizza la propulsione a reazione è molto superiore a quella delle invenzioni tecniche.

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La propulsione a getto è utilizzata da molti molluschi: polpi, calamari, seppie.

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Seppia

La seppia, come la maggior parte dei cefalopodi, si muove nell'acqua nel modo seguente. Porta l'acqua nella cavità branchiale attraverso una fessura laterale e uno speciale imbuto davanti al corpo, quindi lancia vigorosamente un getto d'acqua attraverso l'imbuto. La seppia dirige il tubo dell'imbuto lateralmente o all'indietro e, spremendone rapidamente l'acqua, può muoversi in diverse direzioni.

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Calamaro

I calamari hanno raggiunto il massimo livello di eccellenza nella navigazione a reazione. Hanno persino un corpo che copia un razzo con le sue forme esterne (o meglio, un razzo copia un calamaro, visto che ha una priorità indiscutibile in questa materia)

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Il calamaro è il più grande abitante invertebrato delle profondità oceaniche. Si muove secondo il principio della propulsione a getto, assorbendo acqua e poi spingendola con grande forza attraverso un foro speciale - un "imbuto", e ad alta velocità (circa 70 km / h) torna indietro a scatti. In questo caso, tutti e dieci i tentacoli del calamaro vengono raccolti in un nodo sopra la testa e acquisisce una forma aerodinamica.

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calamari volanti

Questo è un piccolo animale delle dimensioni di un'aringa. Insegue il pesce con tale rapidità che spesso salta fuori dall'acqua, precipitandosi sulla sua superficie come una freccia. Avendo sviluppato la massima spinta del getto nell'acqua, il calamaro pilota decolla in aria e sorvola le onde per più di cinquanta metri. L'apogeo del volo di un razzo vivente si trova così in alto sopra l'acqua che i calamari volanti spesso cadono sui ponti delle navi oceaniche. Quattro o cinque metri non sono un'altezza record a cui i calamari salgono in cielo. A volte volano ancora più in alto.

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Polpo

Anche i polpi possono volare. Il naturalista francese Jean Verany ha visto un normale polpo accelerare in un acquario e improvvisamente saltare fuori dall'acqua all'indietro. Descrivendo nell'aria un arco lungo circa cinque metri, si lasciò cadere di nuovo nell'acquario. Guadagnando velocità per il salto, il polpo si è mosso non solo grazie alla spinta del getto, ma ha anche remato con tentacoli.

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Derivazione della formula della velocità del razzo durante il decollo Secondo la terza legge di Newton: F1 = - F2, dove F1 è la forza con cui il razzo agisce sui gas caldi, e F2 è la forza con cui i gas respingono il razzo da se stessi. I moduli di queste forze sono uguali: F1 = F2. È la forza F2 che è la forza reattiva. Calcola la velocità che può acquisire il razzo. Se la quantità di moto dei gas espulsi è Vg mg e la quantità di moto del razzo è Vr mr, allora secondo la legge di conservazione della quantità di moto otteniamo: Vg mg = Vr mr

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Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky L'idea di utilizzare i razzi per i voli spaziali è stata avanzata all'inizio del XX secolo dallo scienziato, inventore e insegnante russo Konstantin Eduardovich Tsialkovsky. Tsialkovsky sviluppò la teoria del moto dei razzi, sviluppò una formula per calcolarne la velocità e fu il primo a proporre l'uso di razzi a più stadi.

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Il primo cosmonauta del pianeta e capo progettista di missili domestici e tecnologia spaziale Sergei Pavlovich Korolev è uno scienziato e progettista sovietico, capo di tutti i voli spaziali. Yuri Alekseevich Gagarin - il primo cosmonauta, fece il giro della Terra il 12 aprile 1961 in 1 ora e 48 minuti sulla navicella Vostok.

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Movimento reattivo Il movimento reattivo si verifica a causa del fatto che una parte di esso è separata dal corpo e si muove, a seguito della quale il corpo stesso acquisisce un impulso diretto in modo opposto.

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Il principio della propulsione a getto trova ampia applicazione pratica nell'aviazione e nell'astronautica. Nello spazio esterno non esiste alcun mezzo con cui il corpo possa interagire e quindi cambiare la direzione e il modulo della sua velocità. Pertanto, solo gli aerei a reazione possono essere utilizzati per i voli spaziali, ad es. razzi.

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Diagramma visivo di un razzo monostadio. In ogni razzo, indipendentemente dal suo design, c'è sempre un guscio e carburante con un ossidante. La figura mostra una sezione trasversale di un razzo. Vediamo che il guscio del razzo include carico utile (navicella spaziale), vano strumenti e motore (camera di combustione, pompe, ecc.).

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Razzi multistadio Nella pratica dei voli spaziali vengono solitamente utilizzati razzi multistadio, che sviluppano velocità molto più elevate e sono progettati per voli più lunghi. La figura mostra un diagramma di un tale razzo. Dopo che il carburante e l'ossidante del primo stadio sono esauriti, questo stadio viene automaticamente scartato e subentra il motore del secondo stadio, e così via. Ridurre la massa totale del razzo scartando uno stadio già non necessario consente di risparmiare carburante e ossidante e aumentare la velocità del razzo.