Sự phát triển của lực đẩy phản lực. Cơ sở vật lý của nguyên tắc phản lực đẩy

Khái niệm về lực đẩy phản lực và lực đẩy phản lực

Lực đẩy phản lực (theo quan điểm, các ví dụ trong tự nhiên)- chuyển động xảy ra khi một bộ phận của nó tách ra khỏi cơ thể ở một tốc độ nhất định.

Nguyên tắc của lực đẩy phản lực dựa trên định luật bảo toàn động lượng của một hệ cơ cô lập của các vật:

Tức là tổng động lượng của một hệ hạt là một giá trị không đổi. Trong trường hợp không có tác động bên ngoài, động lượng của hệ bằng không và có thể thay đổi nó từ bên trong do lực đẩy phản lực.

Lực đẩy phản lực (theo quan điểm, các ví dụ trong tự nhiên)- phản lực của các hạt phân tách, tác dụng tại điểm tâm của luồng ra (đối với tên lửa - tâm của vết cắt của vòi động cơ) và hướng ngược lại với vectơ vận tốc của các hạt phân tách.

Khối lượng của chất lỏng làm việc (tên lửa)

Gia tốc chung của cơ quan làm việc

Tỷ lệ hết hạn của các hạt (khí) tách rời

Mức tiêu thụ nhiên liệu mỗi giây

Ví dụ về phản lực đẩy trong tự nhiên vô tri

Chuyển động phản lực cũng có thể được tìm thấy trong thế giới thực vật. Ở các nước phía nam (và cả ở bờ Biển Đen), một loại cây được gọi là "dưa chuột điên" mọc lên.

Tên Latinh của chi Ecballium xuất phát từ tiếng Hy Lạp với ý nghĩa - Tôi ném ra ngoài, theo cấu tạo của quả ném ra hạt.

Quả của dưa chuột điên điển có màu xanh lục hoặc xanh lục, mọng nước, hình trứng thuôn dài hoặc thuôn dài 4–6 cm, rộng 1,5–2,5, có nhiều lông, cùn ở hai đầu, nhiều hạt (Hình 1). Hạt thuôn dài, nhỏ, nén, nhẵn, có viền hẹp, dài khoảng 4 mm. Khi hạt chín, các mô xung quanh chúng biến thành một khối nhầy. Đồng thời, rất nhiều áp lực được hình thành trong quả, kết quả là quả bị tách ra khỏi cuống, và hạt cùng với chất nhầy sẽ bị đẩy ra ngoài bằng lực thông qua lỗ hình thành. Những quả dưa chuột tự bay đi theo hướng ngược lại. Bắn một quả dưa chuột điên (hay còn gọi là "súng lục của quý bà") hơn 12 m (Hình 2).

Ví dụ về động cơ phản lực trong vương quốc động vật

Những sinh vật biển

Nhiều động vật biển sử dụng động cơ phản lực để di chuyển, bao gồm sứa, sò điệp, bạch tuộc, mực, mực nang, cá biển và một số loại sinh vật phù du. Tất cả chúng đều sử dụng phản ứng của một tia nước phun ra, sự khác biệt nằm ở cấu trúc của cơ thể, và do đó là ở phương pháp lấy và đẩy nước ra.

Loài nhuyễn thể sò biển (Hình 3) di chuyển do phản lực của tia nước phun ra từ vỏ trong quá trình nén mạnh các van của nó. Anh ấy áp dụng kiểu di chuyển này trong trường hợp nguy hiểm.

Mực nang (Hình 4) và bạch tuộc (Hình 5) lấy nước vào khoang mang qua một khe bên và một chiếc phễu đặc biệt phía trước cơ thể, sau đó phun mạnh một dòng nước qua phễu. Mực nang hướng ống phễu sang một bên hoặc ra sau và nhanh chóng ép nước ra khỏi ống, có thể di chuyển theo các hướng khác nhau. Bạch tuộc, gấp các xúc tu trên đầu, tạo cho cơ thể chúng một hình dạng hợp lý và do đó có thể điều khiển chuyển động, thay đổi hướng của chúng.

Bạch tuộc thậm chí có thể bay. Nhà tự nhiên học người Pháp Jean Verany đã nhìn thấy một con bạch tuộc bình thường đang tăng tốc trong một bể cá và bất ngờ nhảy ra khỏi mặt nước về phía sau. Mô tả trên không trung một vòng cung dài khoảng năm mét, anh lại thả mình vào bể cá. Để đạt được tốc độ nhảy, bạch tuộc di chuyển không chỉ nhờ lực đẩy của máy bay phản lực, mà còn chèo thuyền bằng các xúc tu.

Salpa (Hình 6) là một loài động vật biển có cơ thể trong suốt, khi di chuyển, nó nhận nước qua lỗ trước, nước tràn vào một khoang rộng, bên trong có các mang được kéo theo đường chéo. Ngay sau khi con vật uống một ngụm nước lớn, lỗ sẽ đóng lại. Sau đó, cơ dọc và cơ ngang của salpa co lại, toàn bộ cơ thể co lại và nước được đẩy ra ngoài qua lỗ sau.

Mực (Hình 7). Mô cơ - lớp áo bao quanh cơ thể nhuyễn thể từ mọi phía, thể tích khoang của nó gần bằng một nửa thể tích cơ thể mực. Con vật hút nước vào trong khoang áo, sau đó đột ngột phun ra một tia nước qua một vòi hẹp và lùi về phía sau với tốc độ cao. Trong trường hợp này, tất cả mười xúc tu của con mực được thu vào một nút phía trên đầu và nó có hình dạng thuôn dài. Vòi phun được trang bị một van đặc biệt, và các cơ có thể xoay nó, thay đổi hướng chuyển động. Động cơ mực rất tiết kiệm và có khả năng đạt tốc độ 60 - 70 km / h. Uốn các xúc tu được gấp lại thành một bó sang phải, trái, lên hoặc xuống, con mực quay theo hướng này hoặc hướng khác. Vì tay lái như vậy rất lớn so với bản thân con vật, nên chuyển động nhẹ của nó cũng đủ để con mực, ngay cả khi ở tốc độ tối đa, có thể dễ dàng né tránh va chạm với chướng ngại vật. Nhưng khi cần bơi nhanh, cái phễu luôn thò ra ngay giữa các xúc tu, và con mực lao thẳng đuôi về phía trước.

Các kỹ sư đã tạo ra một động cơ tương tự như động cơ mực. Nó được gọi là tia nước. Trong đó, nước được hút vào buồng. Và sau đó nó được ném ra khỏi nó qua một vòi phun; tàu chuyển động ngược chiều với chiều phụt ra của phản lực. Nước được hút vào bằng động cơ xăng hoặc diesel thông thường (xem Phụ lục).

Phi công tốt nhất trong số các động vật thân mềm là stenoteuthis mực. Các thủy thủ gọi nó là - "mực bay". Anh ta theo đuổi loài cá với tốc độ nhanh đến nỗi anh ta thường nhảy ra khỏi mặt nước, lao nhanh trên bề mặt của nó như một mũi tên. Anh ta cũng sử dụng thủ thuật này để cứu mạng mình khỏi những kẻ săn mồi - cá ngừ và cá thu. Sau khi phát triển lực đẩy phản lực tối đa trong nước, con mực phi công cất cánh lên không trung và bay trên sóng hơn năm mươi mét. Phần đỉnh của chuyến bay của một tên lửa sống nằm ở độ cao trên mặt nước đến nỗi mực bay thường rơi trên boong của các con tàu viễn dương. Bốn hoặc năm mét không phải là chiều cao kỷ lục để mực bay lên trời. Đôi khi chúng còn bay cao hơn nữa.

Nhà nghiên cứu động vật có vỏ người Anh, Tiến sĩ Rees đã mô tả trong một bài báo khoa học, một con mực (chỉ dài 16 cm), bay một khoảng cách khá trong không khí, đã rơi xuống cầu của du thuyền, cao gần bảy mét trên mặt nước.

Nó xảy ra rằng nhiều con mực bay rơi xuống tàu trong một dòng thác lấp lánh. Nhà văn cổ đại Trebius Niger từng kể một câu chuyện buồn về một con tàu được cho là thậm chí bị chìm dưới sức nặng của mực bay rơi trên boong của nó.

Côn trùng

Ấu trùng chuồn chuồn cũng di chuyển theo cách tương tự. Và không phải tất cả, trừ ấu trùng bụng dài, tích cực bơi của vùng nước đọng (họ Rocker) và nước chảy (họ Cordulegaster), cũng như ấu trùng bò bụng ngắn của vùng nước tù đọng. Ấu trùng sử dụng chuyển động bằng máy bay phản lực chủ yếu trong thời điểm nguy hiểm để nhanh chóng di chuyển đến nơi khác. Phương thức di chuyển này không mang lại cơ động chính xác và không thích hợp để đuổi theo con mồi. Nhưng ấu trùng của rocker không đuổi theo bất cứ ai - chúng thích săn mồi từ một cuộc phục kích.

Phần chân sau của ấu trùng chuồn chuồn ngoài chức năng chính còn thực hiện vai trò của một cơ quan vận động. Nước lấp đầy chân sau, sau đó dùng lực đẩy ra ngoài, ấu trùng di chuyển theo nguyên tắc phản lực đẩy đi 6 - 8 cm.

kỹ thuật tự nhiên đẩy phản lực

Đăng kí

Định luật Newton cho phép chúng ta giải thích một hiện tượng cơ học rất quan trọng - sự chuyển động do phản lực. Đây là tên được đặt cho chuyển động của một cơ thể xảy ra khi một phần của nó tách khỏi nó ở một tốc độ nào đó.

Lấy ví dụ, một quả bóng bay cao su của trẻ em, thổi phồng nó và thả nó ra. Chúng ta sẽ thấy rằng khi không khí bắt đầu rời khỏi nó theo một hướng thì bản thân quả bóng bay sẽ bay theo hướng khác. Đây là động cơ phản lực.

Theo nguyên lý của lực đẩy phản lực, một số đại diện của giới động vật như mực và bạch tuộc di chuyển. Định kỳ ném ra nước mà chúng lấy vào, chúng có thể đạt tốc độ lên đến 60-70 km / h. Sứa, mực nang và một số động vật khác di chuyển theo cách tương tự.

Ví dụ về động cơ phản lực cũng có thể được tìm thấy trong thế giới thực vật. Ví dụ, quả chín của dưa chuột “điên”, khi chạm nhẹ, sẽ bật ra khỏi cuống và từ lỗ hình thành ở vị trí của phần chân đã tách ra, một chất lỏng đắng có hạt bị đẩy ra bằng lực; những quả dưa chuột tự bay đi theo hướng ngược lại.

Phản ứng chuyển động xảy ra khi nước phun ra có thể được quan sát trong thí nghiệm sau. Hãy đổ nước vào một phễu thủy tinh nối với một ống cao su có đầu hình chữ L (Hình 20). Chúng ta sẽ thấy rằng khi nước bắt đầu chảy ra khỏi ống, bản thân ống sẽ bắt đầu chuyển động và lệch theo hướng ngược lại với hướng của dòng nước chảy ra.

Các chuyến bay dựa trên nguyên lý của động cơ phản lực. tên lửa. Tên lửa vũ trụ hiện đại là một máy bay rất phức tạp, bao gồm hàng trăm nghìn và hàng triệu bộ phận. Khối lượng của tên lửa rất lớn. Nó bao gồm khối lượng của chất lỏng hoạt động (tức là khí nóng sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu và đẩy ra dưới dạng một dòng phản lực) và khối lượng cuối cùng hoặc như người ta nói, khối lượng "khô" của tên lửa còn lại sau khi phóng. của chất lỏng hoạt động từ tên lửa.

Đến lượt mình, khối lượng “khô” của tên lửa bao gồm khối lượng của cấu trúc (nghĩa là vỏ của tên lửa, động cơ và hệ thống điều khiển của nó) và khối lượng của trọng tải (tức là thiết bị khoa học, phần thân của tàu vũ trụ đang được phóng lên quỹ đạo, phi hành đoàn và hệ thống hỗ trợ sự sống của tàu).

Khi chất lỏng hoạt động cạn kiệt, các thùng rỗng, các bộ phận thừa của vỏ, v.v., bắt đầu tạo ra gánh nặng cho tên lửa với những hàng hóa không cần thiết, gây khó khăn cho việc tăng tốc. Do đó, tên lửa tổng hợp (hoặc nhiều tầng) được sử dụng để đạt được vận tốc vũ trụ (Hình 21). Lúc đầu, chỉ có các khối của giai đoạn đầu tiên hoạt động trong các tên lửa như vậy, khi nguồn cung cấp nhiên liệu trong chúng cạn kiệt, chúng được tách ra và giai đoạn thứ hai 2 được bật lên; sau khi nhiên liệu cạn kiệt trong nó, nó cũng được tách ra và giai đoạn thứ 3 được bật lên. Vệ tinh hoặc một số tàu vũ trụ khác nằm ở phần đầu của tên lửa được bao phủ bởi một bộ phận đầu 4, hình dạng tinh giản giúp giảm lực cản của không khí khi tên lửa đang bay trong bầu khí quyển của Trái đất.

Khi một tia khí phản ứng phụt ra khỏi tên lửa với tốc độ cao, bản thân tên lửa sẽ lao theo hướng ngược lại. Tại sao chuyện này đang xảy ra?

Theo định luật thứ ba của Newton, lực F mà tên lửa tác dụng lên chất lỏng tác dụng có độ lớn bằng và ngược hướng với lực F "mà chất lỏng tác dụng lên thân tên lửa:

Lực F ”(gọi là phản lực) và gia tốc tên lửa.

Từ đẳng thức (10.1), xung lực truyền đến cơ thể bằng tích của lực và thời gian tác dụng của nó. Do đó, các lực như nhau tác dụng trong cùng một thời điểm tạo cho các vật có xung lực bằng nhau. Trong trường hợp này, động lượng m p v p mà tên lửa nhận được là do xung m khí v khí của các khí phóng ra:

m p v p = m khí v khí

Theo đó tốc độ của tên lửa

Hãy phân tích biểu thức kết quả. Chúng ta thấy rằng tốc độ của tên lửa càng lớn thì tốc độ của khí đẩy ra càng lớn và tỷ lệ giữa khối lượng của chất lỏng làm việc (tức là khối lượng của nhiên liệu) với khối lượng cuối cùng ("khô") của tên lửa.

Công thức (12.2) là gần đúng. Không tính đến việc khi nhiên liệu cháy, khối lượng của tên lửa bay ngày càng nhỏ. Công thức chính xác cho tốc độ của tên lửa được K. E. Tsiolkovsky tìm ra lần đầu tiên vào năm 1897 và do đó mang tên ông.

Công thức Tsiolkovsky cho phép bạn tính toán lượng nhiên liệu dự trữ cần thiết để truyền đạt tốc độ nhất định cho tên lửa. Bảng 3 cho thấy tỉ số giữa khối lượng tên lửa ban đầu m0 và khối lượng cuối cùng m, tương ứng với các vận tốc tên lửa khác nhau ở vận tốc phản lực khí (so với tên lửa) v = 4 km / s.

Ví dụ, để cho một tên lửa có tốc độ cao gấp 4 lần tốc độ dòng khí (v p \ u003d 16 km / s), thì khối lượng ban đầu của tên lửa (cùng với nhiên liệu) phải vượt quá khối lượng cuối cùng (“khô ”) Khối lượng của tên lửa gấp 55 lần (m 0 / m = 55). Điều này có nghĩa là phần sư tử trong toàn bộ khối lượng của tên lửa lúc khởi động phải chính xác là khối lượng của nhiên liệu. Trọng tải, so với nó, nên có khối lượng rất nhỏ.

Một người cùng thời với K. E. Tsiolkovsky, nhà khoa học Nga I. V. Meshchersky (1859-1935), đóng góp quan trọng vào sự phát triển của lý thuyết về lực đẩy phản lực. Phương trình chuyển động của một vật có khối lượng thay đổi được mang tên ông.

1. Động cơ phản lực là gì? Cho ví dụ. 2. Trong thí nghiệm hình 22, khi nước chảy ra qua các ống cong, xô quay theo chiều mũi tên chỉ. Giải thích hiện tượng. 3. Điều gì quyết định tốc độ thu được của tên lửa sau khi đốt cháy nhiên liệu?

Động cơ phản lực trong tự nhiên và công nghệ

TÓM TẮT VỀ VẬT LÝ

Sự chuyển động do phản lực- chuyển động xảy ra khi một bộ phận của nó tách ra khỏi cơ thể ở một tốc độ nhất định.

Phản lực phát sinh mà không có bất kỳ tương tác nào với các vật thể bên ngoài.

Ứng dụng của lực đẩy phản lực trong tự nhiên

Nhiều người trong chúng ta trong đời đã từng gặp sứa biển khi đi bơi ở biển. Trong mọi trường hợp, có đủ chúng ở Biển Đen. Nhưng ít ai ngờ rằng sứa còn sử dụng động cơ phản lực để di chuyển xung quanh. Ngoài ra, đây là cách ấu trùng chuồn chuồn và một số loại sinh vật phù du biển di chuyển. Và thường thì hiệu quả của động vật không xương sống ở biển khi sử dụng động cơ phản lực cao hơn nhiều so với các phát minh kỹ thuật.

Động cơ phản lực được sử dụng bởi nhiều động vật thân mềm - bạch tuộc, mực, mực nang. Ví dụ, một loài nhuyễn thể sò biển di chuyển về phía trước do phản lực của một tia nước phun ra từ vỏ trong quá trình nén mạnh các van của nó.

Bạch tuộc

Mực nang

Mực nang, giống như hầu hết các loài động vật chân đầu, di chuyển trong nước theo cách sau. Cô lấy nước vào khoang mang qua một khe bên và một cái phễu đặc biệt ở phía trước thân, sau đó mạnh mẽ ném một dòng nước qua cái phễu. Mực nang hướng ống phễu sang một bên hoặc ra sau và nhanh chóng ép nước ra khỏi ống, có thể di chuyển theo các hướng khác nhau.

Salpa là loài động vật biển có thân hình trong suốt, khi di chuyển chúng lấy nước qua khe hở phía trước, nước tràn vào một khoang rộng, bên trong mang theo đường chéo kéo dài. Ngay sau khi con vật uống một ngụm nước lớn, lỗ sẽ đóng lại. Sau đó, cơ dọc và cơ ngang của salpa co lại, toàn bộ cơ thể co lại và nước được đẩy ra ngoài qua lỗ sau. Phản lực của luồng phụt đẩy chiếc salpa về phía trước.

Quan tâm nhất là động cơ phản lực mực. Mực là loài động vật không xương sống lớn nhất ở độ sâu đại dương. Mực ống đã đạt đến mức xuất sắc cao nhất trong việc điều hướng máy bay phản lực. Họ thậm chí còn có một cơ thể với hình thức bên ngoài sao chép tên lửa (hoặc tốt hơn, tên lửa sao chép một con mực, vì nó có một ưu tiên không thể chối cãi trong vấn đề này). Khi di chuyển chậm, con mực sử dụng một chiếc vây lớn hình thoi, uốn cong theo chu kỳ. Để ném nhanh, anh ấy sử dụng động cơ phản lực. Mô cơ - lớp áo bao quanh cơ thể nhuyễn thể từ mọi phía, thể tích khoang của nó gần bằng một nửa thể tích cơ thể mực. Con vật hút nước vào trong khoang áo, sau đó đột ngột phun ra một tia nước qua một vòi hẹp và lùi về phía sau với tốc độ cao. Trong trường hợp này, tất cả mười xúc tu của con mực được thu vào một nút phía trên đầu và nó có hình dạng thuôn dài. Vòi phun được trang bị một van đặc biệt, và các cơ có thể xoay nó, thay đổi hướng chuyển động. Động cơ của mực rất tiết kiệm, có thể đạt tốc độ lên tới 60 - 70 km / h. (Một số nhà nghiên cứu tin rằng thậm chí lên đến 150 km / h!) Không phải vô cớ mà mực được gọi là “ngư lôi sống”. Uốn các xúc tu được gấp lại thành một bó sang phải, trái, lên hoặc xuống, con mực quay theo hướng này hoặc hướng khác. Vì tay lái như vậy rất lớn so với bản thân con vật, nên chuyển động nhẹ của nó cũng đủ để con mực, ngay cả khi ở tốc độ tối đa, có thể dễ dàng né tránh va chạm với chướng ngại vật. Một cú bẻ lái gấp - và người bơi lao về hướng ngược lại. Bây giờ anh ta đã uốn cong phần cuối của phễu trở lại và bây giờ là đầu trượt đầu tiên. Anh ta cong nó sang phải - và lực đẩy của máy bay phản lực ném anh ta sang trái. Nhưng khi bạn cần bơi nhanh, cái phễu luôn nhô ra ngay giữa các xúc tu, và con mực lao với đuôi về phía trước, như thể một con ung thư sẽ chạy - một người chạy được phú cho sự nhanh nhẹn của một con ngựa.

Nếu không cần phải vội vàng, mực và mực nang bơi, nhấp nhô vây của chúng - những làn sóng nhỏ chạy qua chúng từ trước ra sau, và con vật lướt nhẹ một cách duyên dáng, đôi khi cũng tự đẩy mình bằng một tia nước văng ra từ dưới lớp áo. Sau đó, những cú sốc riêng lẻ mà động vật thân mềm nhận được tại thời điểm phun trào các tia nước có thể nhìn thấy rõ ràng. Một số loài cephalopods có thể đạt tốc độ lên tới 55 km một giờ. Dường như không ai thực hiện các phép đo trực tiếp, nhưng điều này có thể được đánh giá bằng tốc độ và phạm vi bay của mực bay. Và như vậy, hóa ra, có những tài năng trong họ hàng của bạch tuộc! Hoa tiêu tốt nhất trong số các động vật thân mềm là stenoteuthis mực. Các thủy thủ trong tiếng Anh gọi nó là - mực bay ("bay mực"). Đây là một loài động vật nhỏ có kích thước bằng một con cá trích. Anh ta theo đuổi loài cá với tốc độ nhanh đến nỗi anh ta thường nhảy ra khỏi mặt nước, lao nhanh trên bề mặt của nó như một mũi tên. Anh ta cũng sử dụng thủ thuật này để cứu mạng mình khỏi những kẻ săn mồi - cá ngừ và cá thu. Sau khi phát triển lực đẩy phản lực tối đa trong nước, con mực phi công cất cánh lên không trung và bay trên sóng hơn năm mươi mét. Phần đỉnh của chuyến bay của một tên lửa sống nằm ở độ cao trên mặt nước đến nỗi mực bay thường rơi trên boong của các con tàu viễn dương. Bốn hoặc năm mét không phải là chiều cao kỷ lục để mực bay lên trời. Đôi khi chúng còn bay cao hơn nữa.

Bạch tuộc cũng có thể bay. Nhà tự nhiên học người Pháp Jean Verany đã nhìn thấy một con bạch tuộc bình thường đang tăng tốc trong một bể cá và bất ngờ nhảy ra khỏi mặt nước về phía sau. Mô tả trên không trung một vòng cung dài khoảng năm mét, anh lại thả mình vào bể cá. Để đạt được tốc độ nhảy, bạch tuộc di chuyển không chỉ nhờ lực đẩy của máy bay phản lực, mà còn chèo thuyền bằng các xúc tu.
Những con bạch tuộc khổng lồ tất nhiên bơi kém hơn mực, nhưng trong những thời điểm quan trọng, chúng có thể thể hiện đẳng cấp kỷ lục dành cho những vận động viên chạy nước rút giỏi nhất. Các nhân viên của Thủy cung California đã cố gắng chụp ảnh một con bạch tuộc đang tấn công một con cua. Bạch tuộc lao vào con mồi với tốc độ đến nỗi trên phim dù quay ở tốc độ cao nhất vẫn luôn có dầu bôi trơn. Vì vậy, cú ném kéo dài hàng trăm giây! Thông thường bạch tuộc bơi tương đối chậm. Joseph Signl, người đã nghiên cứu sự di cư của bạch tuộc, đã tính toán rằng một con bạch tuộc dài nửa mét bơi qua biển với tốc độ trung bình khoảng 15 km một giờ. Mỗi tia nước văng ra khỏi phễu sẽ đẩy nó về phía trước (hay nói đúng hơn là lùi lại, khi bạch tuộc bơi ngược) từ hai đến hai mét rưỡi.

Chuyển động phản lực cũng có thể được tìm thấy trong thế giới thực vật. Ví dụ, quả chín của “dưa chuột điên” khi chạm nhẹ sẽ bật ra khỏi cuống và một chất lỏng dính có hạt được đẩy ra bằng lực từ lỗ hình thành. Quả dưa chuột tự bay theo hướng ngược lại lên đến 12 m.

Biết định luật bảo toàn động lượng, bạn có thể thay đổi tốc độ chuyển động của chính mình trong không gian mở. Nếu bạn đang ở trong một chiếc thuyền và bạn có một số tảng đá nặng, thì việc ném đá theo một hướng nhất định sẽ di chuyển bạn theo hướng ngược lại. Điều tương tự cũng sẽ xảy ra trong không gian vũ trụ, nhưng động cơ phản lực được sử dụng cho việc này.

Mọi người đều biết rằng một phát súng từ súng đi kèm với độ giật. Nếu trọng lượng của viên đạn bằng trọng lượng của súng thì chúng sẽ bay ra xa nhau với cùng vận tốc. Hiện tượng giật xảy ra do khối lượng khí bị loại bỏ tạo ra phản lực, do đó có thể đảm bảo chuyển động cả trong không khí và trong không gian không có không khí. Và khối lượng và tốc độ của các khí bay ra càng lớn thì lực giật do vai ta cảm nhận càng lớn, súng càng phản lực mạnh thì phản lực càng lớn.

Việc sử dụng động cơ phản lực trong công nghệ

Trong nhiều thế kỷ, nhân loại đã mơ ước về những chuyến bay vào vũ trụ. Các nhà văn khoa học viễn tưởng đã đề xuất nhiều phương tiện khác nhau để đạt được mục tiêu này. Vào thế kỷ 17, một câu chuyện xuất hiện của nhà văn Pháp Cyrano de Bergerac kể về một chuyến bay lên mặt trăng. Người anh hùng của câu chuyện này đã lên mặt trăng trong một toa xe sắt, trên đó anh ta liên tục ném một nam châm mạnh. Bị thu hút bởi anh ta, toa tàu ngày càng cao lên trên Trái đất cho đến khi nó đến Mặt trăng. Và Nam tước Munchausen nói rằng ông đã leo lên mặt trăng trên thân cây đậu.

Vào cuối thiên niên kỷ đầu tiên của thời đại chúng ta, động cơ phản lực được phát minh ở Trung Quốc, cung cấp năng lượng cho tên lửa - những ống tre chứa đầy thuốc súng, chúng cũng được sử dụng như một trò vui. Một trong những dự án xe hơi đầu tiên cũng với động cơ phản lực và dự án này thuộc về Newton

Tác giả của dự án máy bay phản lực đầu tiên trên thế giới được thiết kế cho chuyến bay của con người là nhà cách mạng Nga N.I. Kibalchich. Ông bị xử tử vào ngày 3 tháng 4 năm 1881 vì tham gia vào vụ ám sát Hoàng đế Alexander II. Anh ta đã phát triển dự án của mình trong tù sau bản án tử hình. Kibalchich viết: “Khi ở trong tù, vài ngày trước khi chết, tôi đang viết dự án này. Tôi tin vào tính khả thi của ý tưởng của mình, và niềm tin này hỗ trợ tôi ở vị trí khủng khiếp của tôi ... Tôi sẽ bình tĩnh đối mặt với cái chết, biết rằng ý tưởng của tôi sẽ không chết cùng với tôi.

Nhà khoa học người Nga Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky đã đề xuất ý tưởng sử dụng tên lửa cho các chuyến bay vũ trụ vào đầu thế kỷ của chúng ta. Năm 1903, một bài báo của một giáo viên của phòng tập thể dục Kaluga K.E. Tsiolkovsky "Nghiên cứu không gian thế giới bằng thiết bị phản lực". Công trình này chứa phương trình toán học quan trọng nhất cho du hành vũ trụ, ngày nay được gọi là “công thức Tsiolkovsky”, mô tả chuyển động của một vật thể có khối lượng thay đổi. Sau đó, ông đã phát triển một kế hoạch cho động cơ tên lửa nhiên liệu lỏng, đề xuất một thiết kế tên lửa nhiều tầng và bày tỏ ý tưởng về khả năng tạo ra toàn bộ thành phố không gian trong quỹ đạo gần Trái đất. Ông đã chỉ ra rằng thiết bị duy nhất có khả năng vượt qua trọng lực là một tên lửa, tức là một bộ máy có động cơ phản lực sử dụng nhiên liệu và một chất oxy hóa nằm trên chính bộ máy.

Động cơ máy bay phản lực- Đây là động cơ biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành động năng của tia khí, đồng thời động cơ thu vận tốc theo hướng ngược lại.

Ý tưởng của K.E. Tsiolkovsky được các nhà khoa học Liên Xô thực hiện dưới sự hướng dẫn của Viện sĩ Sergei Pavlovich Korolev. Vệ tinh Trái đất nhân tạo đầu tiên trong lịch sử được Liên Xô phóng bằng tên lửa vào ngày 4/10/1957.

Nguyên lý của động cơ phản lực được ứng dụng rộng rãi trong thực tế hàng không và du hành vũ trụ. Trong không gian vũ trụ, không có phương tiện nào mà cơ thể có thể tương tác và do đó thay đổi hướng và mô-đun vận tốc của nó; do đó, chỉ máy bay phản lực, tức là tên lửa, mới có thể được sử dụng cho các chuyến bay vào vũ trụ.

Thiết bị tên lửa

Chuyển động của tên lửa dựa trên định luật bảo toàn động lượng. Nếu tại một thời điểm nào đó, một vật thể được ném ra khỏi tên lửa, thì nó sẽ nhận được cùng một động lượng, nhưng hướng theo hướng ngược lại

Trong bất kỳ tên lửa nào, bất kể thiết kế của nó, luôn có vỏ và nhiên liệu với chất oxy hóa. Vỏ tên lửa bao gồm trọng tải (trong trường hợp này là tàu vũ trụ), khoang chứa dụng cụ và động cơ (buồng đốt, máy bơm, v.v.).

Khối lượng chính của tên lửa là nhiên liệu với chất ôxy hóa (chất ôxy hóa cần thiết để giữ cho nhiên liệu cháy, vì không có ôxy trong không gian).

Nhiên liệu và chất oxy hóa được bơm vào buồng đốt. Nhiên liệu, khi đốt cháy, biến thành chất khí có nhiệt độ cao và áp suất cao. Do sự chênh lệch áp suất lớn trong buồng đốt và trong không gian bên ngoài, các khí từ buồng đốt lao ra ngoài theo phản lực mạnh qua một cái chuông có hình dạng đặc biệt, gọi là vòi phun. Mục đích của vòi phun là tăng tốc độ của tia nước.

Trước khi tên lửa phóng, động lượng của nó bằng không. Kết quả của sự tương tác của khí trong buồng đốt và tất cả các bộ phận khác của tên lửa, khí thoát ra qua vòi phun nhận được một số xung động. Khi đó tên lửa là một hệ thống kín, và tổng động lượng của nó phải bằng 0 sau khi phóng. Do đó, vỏ của tên lửa, dù ở trong nó, nhận một xung lực bằng giá trị tuyệt đối với xung lực của chất khí, nhưng ngược hướng.

Phần lớn nhất của tên lửa, được thiết kế để phóng và tăng tốc toàn bộ tên lửa, được gọi là giai đoạn đầu. Khi giai đoạn lớn đầu tiên của tên lửa nhiều tầng cạn kiệt tất cả nhiên liệu dự trữ trong quá trình tăng tốc, nó sẽ tách ra. Tiếp tục tăng tốc ở giai đoạn thứ hai, ít khối lượng hơn, và với tốc độ đạt được trước đó với sự trợ giúp của giai đoạn đầu tiên, nó tăng thêm một số tốc độ, và sau đó tách ra. Giai đoạn thứ ba tiếp tục tăng tốc độ của nó đến giá trị yêu cầu và đưa trọng tải vào quỹ đạo.

Người đầu tiên bay trong không gian vũ trụ là Yuri Alekseevich Gagarin, một công dân Liên Xô. Ngày 12 tháng 4 năm 1961 Ông đi vòng quanh địa cầu trên tàu vệ tinh Vostok

Tên lửa của Liên Xô là những tên lửa đầu tiên bay tới Mặt trăng, bay quanh Mặt trăng và chụp ảnh mặt vô hình của nó từ Trái đất, là những tên lửa đầu tiên đến được hành tinh Sao Kim và đưa các thiết bị khoa học lên bề mặt của nó. Năm 1986, hai tàu vũ trụ của Liên Xô "Vega-1" và "Vega-2" đã nghiên cứu Sao chổi Halley ở cự ly gần, cứ 76 năm lại tiếp cận Mặt trời một lần.