|
Реферат: Реактивное движение. Межконтинентальная баллистическая ракета. (Физика)
Реактивное движение.
Межконтинентальная баллистическая ракета.
Доклад по физике
ученика 9 «б» класса
гимназии №587
Никитина Дмитрия.
Содержание.
Реактивное движение---------------------------------------------------------
---- стр.3
Межконтинентальная баллистическая ракета-------------------------------
стр.4
Заключение------------------------------------------------------------------
------- стр.6
Список использованной литературы-------------------------------------------
стр.6
Реактивное движение.
В течение многих веков человечество мечтало о космических полётах.
Писатели-фантасты предлагали самые разные средства для достижения этой
цели. В XVII веке появился рассказ французского писателя Сирано де
Бержерака о полёте на Луну. Герой этого рассказа добрался до Луны в
железной повозке, над которой он всё время подбрасывал сильный магнит.
Притягиваясь к нему, повозка всё выше поднималась над Землёй, пока не
достигла Луны. А барон Мюнхгаузен рассказывал, что забрался на Луну по
стеблю боба.
Но ни один учёный, ни один писатель-фантаст за многие века не смог
назвать единственного находящегося в распоряжении человека средства, с
помощью которого можно преодолеть силу земного притяжения и улететь в
космос. Это смог осуществить русский учёный Константин Эдуардович
Циолковский(1857-1935). Он показал, что единственный аппарат, способный
преодолеть силу тяжести - это ракета, т.е. аппарат с реактивным двигателем,
использующим горючее и окислитель, находящиеся на самом аппарате.
Реактивный двигатель-это двигатель, преобразующий химическую энергию
топлива в кинетическую энергию газовой струи, при этом двигатель
приобретает скорость в обратном направлении. На каких же принципах и
физических законах основывается его действие?
Каждый знает, что выстрел из ружья сопровождается отдачей. Если бы вес
пули равнялся бы весу ружья, они бы разлетелись с одинаковой скоростью.
Отдача происходит потому, что отбрасываемая масса газов создаёт реактивную
силу, благодаря которой может быть обеспечено движение как в воздухе, так и
в безвоздушном пространстве. И чем больше масса и скорость истекающих
газов, тем большую силу отдачи ощущает наше плечо, чем сильнее реакция
ружья, тем больше реактивная сила. Это легко объяснить из закона сохранения
импульса, который гласит, что геометрическая (т.е. векторная) сумма
импульсов тел, составляющих замкнутую систему, остаётся постоянной при
любых движениях и взаимодействиях тел системы, т.е.
К. Э. Циолковский вывел формулу, позволяющую рассчитать максимальную
скорость, которую может развить ракета. Вот эта формула:
Здесь vmax – максимальная скорость ракеты, v0 – начальная скорость, vr
– скорость истечения газов из сопла, m – начальная масса топлива, а M –
масса пустой ракеты. Как видно из формулы, эта максимально достижимая
скорость зависит в первую очередь от скорости истечения газов из сопла,
которая в свою очередь зависит прежде всего от вида топлива и температуры
газовой струи. Чем выше температура, тем больше скорость. Значит, для
ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо, дающее наибольшее
количество теплоты. Из формулы следует также, что эта скорость зависит и от
начальной и конечной массой ракеты, т.е. от того, какая часть её веса
приходится на горючее, и какая - на бесполезные (с точки зрения скорости
полёта) конструкции: корпус, механизмы, и т.д.
Эта формула Циолковского является фундаментом, на котором зиждется
весь расчёт современных ракет. Отношение массы топлива к массе ракеты в
конце работы двигателя(т.е. по существу к весу пустой ракеты) называется
числом Циолковского.
Основной вывод из этой формулы состоит в том, что в безвоздушном
пространстве ракета разовьёт тем большую скорость, чем больше скорость
истечения газов и чем больше число Циолковского.
Баллистическая ракета[1].
Как выглядит в общих чертах современная ракета сверхдальнего действия?
Прежде всего, это многоступенчатая ракета. В головной части её размещается
боевой заряд, позади него - приборы управления, баки и, наконец, двигатель.
В зависимости от топлива стартовый вес ракеты превышает вес полезного груза
в 100-200 раз! Поэтому весит она много десятков тонн, а в длину достигает
высоты десятиэтажного дома.
Рис.1 Схема внутреннего устройства ракеты.
Конструкция ракеты должна отвечать ряду требований. Например, очень
важно, чтобы сила тяги проходила через центр тяжести ракеты. Если не
выполнить этого и ещё ряда других условий, то ракета может отклониться от
заданного курса или даже начать вращательное движение. «Подправить» курс
можно с помощью рулей. Пока ракета летит в плотном воздухе, могут работать
аэродинамические рули, а в разреженном воздухе - предложенные ещё
Циолковским газовые рули, отклоняющие направление газовой струи. Впрочем,
сейчас конструкторы начинают отказываться от применения газовых рулей,
заменяя их несколькими дополнительными соплами или поворачивая само главное
сопло. Например, на американской ракете, построенной по проекту «Авангард»,
двигатель подвешен на шарнирах, и его можно отклонять на 5-7О.
Действительно, в начале полёта, когда плотность воздуха ещё велика, мала
скорость ракеты, поэтому рули плохо управляют. А там, где ракета
приобретает большую скорость, мала плотность воздуха. Газовые рули хрупки и
ломки, потому что их приходиться делать из графита или керамики.
Каждая ступень ракеты работает в совершенно различных условиях,
которые и определяют её устройство. Мощность каждой следующей ступени и
время её действия меньше, поэтому и конструкция может быть проще.
В настоящее время двигатели баллистических ракет преимущественно
работают на жидком топливе. В качестве горючего обычно используют керосин,
спирт, гидразин, анилин, а в качестве окислителей - азотную и хлорную
кислоты, жидкий кислород и перекись водорода. Очень активными окислителями
являются фтор и жидкий озон, но из-за крайней взрывоопасности они пока
находят ограниченное применение.
Наиболее ответственной частью ракеты является двигатель, а в нём -
камера сгорания и сопло. Здесь должны использоваться особо жаропрочные
материалы и сложные методы охлаждения, так как температура сгорания топлива
доходит до 2500-3500ОС. Обычные материалы таких температур не выдерживают.
Достаточно сложны и остальные агрегаты. Например, насосы, которые подавали
горючее и окислитель к форсункам камеры сгорания, уже в ракете ФАУ-2 были
способны перекачивать 125 кг топлива в секунду. В ряде случаев вместо
баллонов применяют баллоны со сжатым воздухом или каким-нибудь другим
газом, который вытесняет горючее из баков и гонит его в камеру сгорания.
Запускается баллистическая ракета со специального стартового
устройства. Часто это ажурная металлическая мачта или даже башня, около
которой ракету собирают по частям подъёмными кранами. Площадки на башне
размещаются против смотровых люков, через которые проверяют и налаживают
оборудование. Потом ракету заправляют топливом, и башня отъезжает.
Стартуя вертикально, ракета затем наклоняется и описывает почти строго
эллиптическую траекторию. Значительная часть траектории полёта таких ракет
проходит на высоте больше 1000 км над Землёй, где сопротивление воздуха
практически отсутствует, однако с приближением к цели атмосфера начинает
резко тормозить движение ракеты, при этом оболочка сильно нагревается, и,
если не принять меры, ракета может разрушиться, а её заряд - преждевременно
взорваться.
Заключение.
От себя добавлю, что данное мной описание работы межконтинентальной
баллистической ракеты устарело и соответствует уровню развития науки и
техники 60-х годов, но, ввиду ограниченности доступа к современным научным
материалам, я не имею возможности дать точное описание работы современной
межконтинентальной баллистической ракеты сверхдальнего радиуса действия.
Однако мною были освещены общие свойства, присущие всем ракетам, поэтому я
считаю свою задачу выполненной.
Список использованной литературы:
Дерябин В. М. Законы сохранения в физике. – М.: Просвещение, 1982.
Гельфер Я. М. Законы сохранения. – М.: Наука, 1967.
Кузов К. Мир без форм. – М.:Мир, 1976.
Детская энциклопедия. – М.: Издательство АН СССР, 1959.
-----------------------
[1] Соответствует уровню развития науки и техники 60-х годов (см.
заключение).
-----------------------
аппаратура
окислитель
камера сгорания
горючее
сопло
[pic]
[pic]
Реферат на тему: Реактивный двигатель
РЕФЕРАТ
РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Выполнил: Мельников Семен.
Физическая основа теплового двигателя
Совершение механической работы в современных машинах и механизмах в
основном происходит за счет внутренней энергии веществ.
Тепловой двигатель – устройство, преобразующее внутреннюю энергию
топлива в механическую энергию
Невозможно представить себе современную цивилизацию без тепловых
двигателей.
Механическая работа в двигателе совершается при расширении рабочего
вещества, перемещающего поршень в цилиндре. Для цикличной, непрерывной
работы двигателя необходимо возвращения поршня в его первоначальное
положение, т.е. сжатие рабочего вещества. Легко сжимаемым веществом
является вещество в газообразном состоянии, поэтому в качестве рабочего
вещества в тепловых двигателях используется газ или пар.
Работы теплового двигателя состоит из периодически повторяющихся процессов
расширения и сжатия газа. Сжатие газа не может быть самопроизвольным, оно
происходит только под действием внешней силы, например за счет энергии,
запасенной маховиком двигателя при расширении газа.
Полная механическая работа А складывается из работы расширения газа
Арасш и работы сжатия газа Асж, совершаемой силами давления газа при его
сжатии. Так как при сжатии ?V), характеристика эффективности системы
(устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии;
определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному
количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно h =
Wпол/Wcyм.
В электрических <двигателях> — отношение совершаемой (полезной)
механической работы к электрической энергии, получаемой от источника; в
тепловых <двигателях> — отношение полезной механической работы к
затрачиваемому количеству теплоты; в электрических трансформаторах —
отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к
энергии, потребляемой первичной обмоткой. Для вычисления разные виды
энергии и механическая работа выражаются в одинаковых единицах на основе
механического эквивалента теплоты, и др. аналогичных соотношений. В силу
своей общности понятие позволяет сравнивать и оценивать с единой
точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические
генераторы и <двигатели>, теплоэнергетические установки, полупроводниковые
приборы, биологические объекты и т. д.
Из-за неизбежных потерь энергии на трение, на нагревание окружающих тел и
т. п. всегда меньше единицы. Соответственно этому выражается в
долях затрачиваемой энергии, т. е. в виде правильной дроби или в процентах,
и является безразмерной величиной. тепловых электростанций достигает
35—40%, <двигателей> внутреннего сгорания — 40—50%, динамомашин и
генераторов большой мощности—95%, трансформаторов—98%. процесса
фотосинтеза составляет обычно 6—8%, у хлореллы он достигает 20—25%. У
тепловых <двигателей> в силу второго начала термодинамики имеет
верхний предел, определяемый особенностями термодинамического цикла
(кругового процесса), который совершает рабочее вещество. Наибольшим
обладает Карно цикл.
Различают отдельного элемента (ступени) машины или устройства и
, характеризующий всю цепь преобразований энергии в системе.
первого типа в соответствии с характером преобразования энергии может быть
механическим, термическим и т. д. Ко второму типу относятся общий,
экономический, технический и др. виды . Общий системы равен
произведению частных , или ступеней.
В технической литературе иногда определяют т. о., что он может
оказаться больше единицы. Подобная ситуация возникает, если определять
отношением Wпол/Wзатр, где Wпол — используемая энергия, получаемая на
«выходе» системы, Wзатр — не вся энергия, поступающая в систему, а лишь та
её часть, для получения которой производятся реальные затраты. Например,
при работе полупроводниковых термоэлектрических обогревателей (тепловых
насосов) затрата электроэнергии меньше количества теплоты, выделяемой
термоэлементом. Избыток энергии черпается из окружающей среды. При этом,
хотя истинный установки меньше единицы, рассмотренный | |
