суботу, 19 серпня 2017 р.

Реактивний рух

Проект "Реактивний рух"

Презентація проекту

Група експериментаторів

Рух тіла, який виникає за відділення від тіла з певною швидкістю деякої його частини, називають реактивним.  Реактивний рух – це цікавий і дуже важливий випадок практичного використання закону збереження імпульсу.
Дослід «Повітряна кулька»
Беремо звичайну повітряну кульку, надуваємо її та не зав’язуємо. Відпускаємо кульку.
Пояснення. Рух цієї кульки – це реактивний рух. Повітря з кульки витікає в одному напрямку, а кулька рухається в протилежному.
Дослід «Пливи, кораблику!»
Я зробив невеликий кораблик. Матеріалом для корпусу є пінопласт. Установив на корпус кораблика вертикально трубу (прекрасно підійшов пластиковий стаканчик). У задній стінці труби зробив отвір, у який вставив тонку трубку. Якщо у велику трубу налити води, вона почне витікати з тоненької трубочки назад і буде штовхати кораблик вперед. Зі зворотнього боку корпуса можна вставити невелику металеву (або з іншого матеріалу) смужку, яка слугуватиме кермом.
Пояснення. Вода витікає в один бік, а кораблик пливе в інший відповідно до закону збереження імпульсу. Це приклад реактивного руху.

Дослід «Чарівна склянка»   
Я зробив ось таку склянку. До конуса (використано баночку з-під лосьйону) приклеїв кульку від настільного тенісу зі вставленими зігнутими трубочками. Перед цим у кульці було зроблено  отвір.
У конусі також є отвори - утворена рейка і до неї прикріплено нитку.
Наливаємо в конус воду. Щоб здолати сили  тертя та інертність конуса, його потрібно буде злегка крутнути в бік, протилежний до кінців трубок, з яких витікатиме вода.
Пояснення. Цей дослід заснований на реактивному русі, що, своєю чергою, є проявом закону збереження імпульсу. Вода витікає в один бік, а вся конструкція обертається в другий.
Посилання на відео з ютубу:

 Група істориків

Ще за 120 р. до н.е. Герон Олександрійський сконструював перший (відомий нині в історії) реактивний двигун – еоліпил. У кулю наливають води, яка нагрівається вогнем. Пара, що виривається з цієї кулі, обертає її. Цей пристрій ілюструє реактивний рух.

Двигун Герона жерці майстерно використовували для відкривання та закривання дверей храму.
Перші спроби застосування реактивних двигунів для переміщення по землі відносять до XV-XVII ст. Наведемо для прикладу проект реактивного візка І.Ньютона, який учений сконструював у 1680 р. У цьому візку центральне місце займає великий паровий котел у вигляді кулі із соплом, обернутим у бік, протилежний до руху. Під котлом в особливій жаровні за проектом мали б згоряти дрова. Реакція струменя пари, що виривався із сопла, за ідеєю винахідника, мала б надавати візку поступального руху. Водій повинен був тримати в руках кінець досить довгої рукоятки від крана, встановленого на соплі. Відкриваючи менше чи більше кран, водій мав регулювати швидкість руху візка. Однак цей проект реактивного візка, як і багато інших, залишився тільки проектом на папері. Сила реакції, що створювалася потоком пари з котла, була досить малою, щоб штовхати візок.

Уже в XIX ст. деякі вчені робили спроби сконструювати реактивний автомобіль, використовуючи силу реакції пороху. Для цього замість двигуна в задній частині автомобіля встановлювали батарею порохових ракет. Це був ящик із трубками, закупореного з одного боку. Водій натискав кнопку електричного запалу, «постріли» відбувалися один за одним, і автомобіль, отримуючи поштовх за поштовхом, з великою швидкістю рухався вперед.
Однак такі автомобілі могли використовувати лише для встановлення рекордів на короткому прямому відрізку шляху. Їздити на них було неможливо.
Порохові реактивні двигуни знайшли застосування в авіації. Під час Другої світової війни їх використовували як засіб для полегшення зльоту навантаженого літака. До літака прикріплювали ракети, які надавали йому поштовх, що, своєю чергою, полегшувало відрив літака від землі.

Реактивний рух був відомий досить давно. Так, найпростіші реактивні снаряди застосовували ще в давні часи. Ракети винайшли китайці більш ніж дві тисячі років тому. Їх використовували для військових цілей.
Використовували ракети для військових цілей і пізніше в різних країнах. Відомий чеський полководець і державний діяч XV ст. Ян Гус наводив панічний страх на своїх ворогів ракетами, які мали вигляд вогняних птахів. Ці жахливі «птахи» хмарами неслися на міста, спричиняючи пожежі.
Реактивні снаряди використовувалися під час оборони Севастополя, а реактивна артилерія була на озброєнні середньоазіатських частин російської армії до 80-х років XIX ст.
Російський науковець К.Костянтинов винайшов особливий легкий станок для запуску ракет. Дальність польоту таких реактивних снарядів досягала чотирьох кілометрів.
Проте винайдення нарізної зброї загальмувало розвиток реактивної артилерії. Знову ракети з’явилися під час Другої світової війни.  Цей новий вид зброї створили радянські конструктори. Знамениті ракетні установки «катюші» наводили жах на німецьких загарбників.
Посилання на відео з ютубу:



Група біологів.

Серед тваринного світу реактивний рух зустрічається в кальмарів, восьминогів, медуз, каракатиць та інших. Та дуже часто ККД морських безхребетних тварин під час використання реактивного руху набагато вищий, ніж у техновинаходів.
Кальмар є найкрупнішим безхребетним мешканцем океанських глибин. Він пересувається за принципом реактивного руху, вбираючи в себе воду, а потім із величезною силою проштовхуючи її через особливий отвір – «воронку», і з великою швидкістю (близько 70 км/год) рухається поштовхами назад. При цьому всі десять щупалець кальмара збираються у вузол над головою, і він набуває обтічної форми.
Найкращий пілот серед молюсків – кальмар-стенотеатіс. Англійські моряки називають його фланг-сквід («кальмар, що літає»). Це невелика тварина розміром з оселедця. Він переслідує риб із такою стрімкістю, що нерідко вискакує з води.
Сальпа – морська тварина з прозорим тілом, яка під час руху приймає воду через передній отвір, причому вода потрапляє в широку порожнину, усередині якої по діагоналі витягнуті зябра. Щойно тварина зробить великий ковток води, отвір закривається. Тоді поздовжні й поперечні м’язи сальпи скорочуються, усе тіло стискається, і вода через задній отвір виштовхується назовні. Реакція вихідного струменя штовхає сальпу вперед.
Восьминоги – це головоногі тварини, що мешкають по всьому світовому океану на глибині до 150м. Через спосіб свого життя полюбляють мешкати на коралових рифах і в різних розломах та ущелинах морського дна. Досліди, які час від часу проводять науковці, показали, що восьминоги є найрозумнішими представниками безхребетних.
Характерна риса головоногих – здатність плавати за допомогою реактивного руху. Через щілину, розташовану знизу, на межі голови та тулуба, вода надходить до мантійної порожнини. Згодом, за скорочення м’язів мантії, вода із силою викидається через особливий трубчастий отвір – лійку – видозмінену частину ноги. Це спричиняє реактивну тягу, унаслідок чого молюск отримує поштовх і рухається заднім кінцем уперед. Потім мантійна щілина відкривається, і мантія знову заповнюється водою.
Медузи – найстаріші тварини на планеті, їхня історія налічує не менш ніж 650 млн років. У природі налічується неймовірна кількість різноманітних видів, але навіть зараз фіксують появу нових, раніше не знайомих людству.

Тіло типової медузи прозоре й драглисте (складається з води на 95%), за формою схоже на парасольку чи дзвоник. Завдяки такій будові медуза здатна до реактивного руху. Тварина за скорочення м’язів стінок тіла виштовхує з-під дзвоника воду й рухається в протилежному напрямку. Але медузи не можуть протистояти сильним течіям, тому їх вважають елементами планктону. Поза водою життя медузи неможливе.
Серед рослин реактивний рух трапляється в дозрілих плодів скаженого огірка. За дозрівання рослини її плід відчіплюється від плодоніжки. Під великим тиском із плоду викидається рідина з насінням, яка спрямована в протилежний бік від руху плода.
Посилання на відео з ютубу:

Група інженерів

Приклади реактивного руху в техніці – це:
·         Явище віддачі за пострілу;
·         Вибухи;
·         Удари під час аварій;
·         Явище віддачі за використання потужного брандспойта;
·         Катер із водометним двигуном;
·         Реактивний літак та ракета.
Будь-яка ракета – це система двох тіл. Вона складається з оболонки й пального, яке в ній міститься. Оболонка має форму труби, один кінець якої закритий, а другий відкритий і забезпечений трубчастою насадкою з отвором особливої форми – реактивним соплом. Пальне за запуску ракети спалюється й перетворюється на газ високого тиску й високої температури.
Унаслідок високого тиску цей газ із великою швидкістю виривається із сопла ракети. Оболонка ракети рухається при цьому в протилежний бік.
«Серцем» будь-якої ракети є двигун.


Думку про  те, що принцип реактивного руху можна використати для польоту людини, уперше висловив М.Кибальчич. Незадовго до страти за революційну діяльність у 1882 р. М.Кибальчич склав проект літальної машини, яка являла собою велику ракету, що приводилася в рух дією пороху. На той час ще не були відомі інші види пального, які мали більший запас енергії, ніж порох. Принцип дії літальної машини М.Кибальчича був правильним, але порох як пальне не давав достатню кількість енергії для тривалого польоту людини.
Більш вигідним у цьому випадку виявилося рідке пальне. Рідинні ракети вперше запропонував та розробив знаменитий  російський науковець К.Ціолковський у 1903 р.
Узагалі розробкою наукових основ реактивного руху розпочали займатися наприкінці XIX ст. два російські науковці: І.Мещерський та К.Ціолковський. І.Мещерський встановив основні рівняння руху тіл, маса яких змінюється під час руху. Натомість К.Ціолковський зосередив увагу на вивченні ракет. Науковець досліджував рух ракети в просторі з відсутнім тяжінням та опором.  Він запропонував формулу, з якої випливає, що ракета може досягти космічної швидкості, якщо запас пального (його маса) досить великий порівняно з масою корпуса ракети. Vоб=mг×vг/mоб.
Снаряд, який спроектував К.Ціолковський, мав витягнуту обтічну форму. У його головній частині розміщувався екіпаж та прилади керування, а майже весь інший простір заповнювався пальним – воднем та киснем у рідкому стані. Вони розділялися перегородкою й надходили в камери згоряння, де й відбувалося їх з’єднання. Камера згоряння була з’єднана із соплом. К Ціолковський вказував, що такі рідинні ракети придатні для польоту не лише в земній атмосфері, а й у безповітряному просторі.
Незалежно від К.Ціолковського основні проблеми космонавтики, космічних польотів та конструювання космічних кораблів розробляв український винахідник, один із конструкторів-піонерів ракетної техніки та теорії космічних польотів Ю.Кондратюк(1897-1942).
Свої думки він виклав у книзі «Тим, хто буде читати, щоб будувати» (1918). Ця праця була пізніше вдосконалена автором і видана під новою назвою – «Завоювання міжпланетних просторів» (1929). Ю.Кондратюк вивів основне рівняння польоту ракети, розглянув енергетично най економніші траєкторії космічних польотів, виклав теорію багатоступеневих ракет. Науковець запропонував використовувати для ракетного палива деякі метали й неметали та їхні водневі сполуки (наприклад, бороводні).
У своїй книзі Ю.Кондратюк також розглянув проблеми створення проміжних міжпланетних ракетних баз – супутників планет, повернення космічних кораблів на Землю та їхню посадку з гальмуванням в атмосфері.
Багато ідей, які запропонував Ю.Кондратюк, використовують у космонавтиці, зокрема під час створення комічних систем, розрахунків траєкторії польотів для посадки на поверхню Місяця.  Іменем Ю.Кондратюка названо один із кратерів на поверхні Місяця.
Посилання на відео з ютубу:

Опубліковано о Немає коментарів:

вівторок, 8 серпня 2017 р.

Методичні знахідки

Цікава добірка матеріалів з педагогічної преси

Опубліковано о Немає коментарів:
Підписатися на: Дописи (Atom)